Brevet FR2559565A1 — publié le 19850816

DIFFERENTIEL AGISSANT PROPORTIONNELLEMENT AU COUPLE AVEC PIECE D'ESPACEMENT CYLINDRIQUE La présente invention concerne un différentiel agissant proportionnellement au couple avec pièce d'espacement cylindrique. Des différentiels agissant en proportion d'un couple du type à engrenage différentiel à pignons hélicoïdaux sont connus dans la technique antérieure ainsi qu'il ressort des brevets US-A-3706239 au nom de Myers et US-A-4365524 au nom de Disset et d'autres, tous deux cédés à l'actuel demandeur. Dans ces différentiels connus, on produit un couple biais interne quand un mouvement relatif se produit grâce à l'action différentielle du mécanisme. Le bottier porteur du différentiel comprend deux parties ayant chacune des cavités pour pignons, ces cavités ayant une forme cylindrique interne et étant parallèles aux arbres entratnés. Ainsi, les cavités dans l'une des parties du bottier s'adaptent aux cavités dans l'autre partie du boîtier et sont alignées avec elles de façon que quand les deux parties sont jointes l'une avec l'autre, une seule cavité cylindrique pour chaque pignon du différentiel soit formée. Les cavités des pignons sont disposées en paires discrètes, une cavité de chaque paire étant en intersection avec l'autre cavité de cette paire. Quand les pignons sont montés dans leurs cavités respectives, les pignons de chaque paire discrète s'engrènent l'un avec l'autre. Un pignon de chaque paire s'engrène à son tour avec un engrenage planétaire ou latéral et l'autre pignon s'engrène avec l'engrenage latéral adjacent. Les pignons de chaque paire sont décalés axialement l'un avec l'autre. Les engrenages latéraux sont montés tournants dans une ouverture pour pignon diposée centralement dans le boîtier porteur du différentiel. Dans le brevet de Disset et d'autres, un dispositif d'espacement en forme de coin, pouvant s'effacer ou s'étendre, est prévu pour maintenir les arbres de sortie en relation espacée et pour réagir contre des forces de poussée axiale dirigées vers -2 - l'intérieur. Lors de l'assemblage de l'appareil différentiel, le bloc d'espacement est introduit, quand il est en position effacée, dans le bottier à travers un trou d'accès transversal jusqu'à une position située entre les arbres de sortie, après quoi, le bloc en forme de coin est étendu axialement dans une position o il est supporté par suite de son engagement avec les extrémités adjacentes des arbres de sortie. La présente invention a été développée en vue de réaliser un appareil différentiel perfectionné de fabrication simplifiée moins coûteuse et plus légère, quoique plus résistant et d'usage plus long en fonctionnement, qui maintienne positivement les arbres de sortie et les engrenages latéraux dans la position espacée désirable et qui supporte positivement ces composants en les retenant contre les forces de poussée axiale qui s'y appliquent tandis que le différentiel est en fonctionnement. Conformément au premier objet de la présente invention, on réalise un différentiel perfectionné du type agissant proportionnellement au couple et à pignons hélicoïdaux qui comprend une pièce ou tige d'espacement cylindrique unitaire qui est insérée entre les deux extrémités adjacentes des arbres de sortie pour contrecarrer les forces de poussée agissant axialement vers l'intérieur sur lesdits axes. La tige d'espacement comprend une partie cylindrique qui s'étend dans un trou correspondant disposé centralement, ce trou étant ménagé dans le bottier du différentiel et une partie cylindrique élargie formant tête qui est logée dans un creux ou contre-trou correspondant de forme adaptée. Une vis ou un boulon de retenue s'étend à travers un passage transversal disposé diamétralement dans la partie de tête élargie, ladite pièce de retenue étant reçue dans un filetage à l'une de ses extrémités dans un trou fileté correspondant formé dans une languette d'une paire de languettes de support prévue dans le bottier sur des côtés opposés diagonalement du contre-trou. Cette nouvelle conception permet aux engrenages latéraux d'exercer une poussée vers le centre du corps du bottier plut8t que sur le bloc en forme de coin du brevet susvisé de Disset et d'autres. Des tolérances améliorées pouvant être obtenues dans cette nouvelle conception ainsi que des - 3 - économies substantielles de prix de revient. En outre, l'installation finale de l'ensemble du différentiel dans l'ensemble des arbres est beaucoup plus simple et produit une économie de temps substantielle. La nouvelle tige d'espacement transversale a une seule fonction, à savoir l'espacement entre arbres contrairement au bloc d'espacement en coin de la technique antérieure qui servait également de face de portée pour les engrenages latéraux quand ils étaient poussés en direction axiale intérieure. Un objet supplémentaire de l'invention est de réaliser un différentiel à pignons hélicoïdaux dans lequel le bottier comprend une partie centrale et une paire de parties d'extrémités formant couvercle ou coquille boulonnées à la partie centrale, l'usage de rondelles de poussée étant évité. A cette fin, au moins les parties d'extrémités formant couvercle sont formées de fer nodulaire perlitique dont les surfaces d'extrémité adjacentes sont durcies à la flamme ou par induction afin de pouvoir s'appuyer en contiguïté directe avec les faces d'extrémité correspondantes de la partie centrale du bottier respectivement. Ce changement, non seulement permet l'élimination des rondelles de poussée auparavant requises pour une bonne tenue de surface afin de contenir les forces de poussée axiales des pignons et des engrenages latéraux, mais il permet également une économie de prix considérable, de même qu'un allongement des pignons et des engrenages latéraux en vue d'être capable de supporter une charge supplémentaire. Un autre objet de l'invention est de réaliser un différentiel dans lequel des boulons relativement courts sont utilisés pour fixer chaque partie d'extrémité formant couvercle à la partie centrale du bottier. Ceci élimine la nécessité d'obéir à des tolérances serrées pour le carter, en ce qui concerne l'alignement des trous dans le corps du carter et permet une tolérance plus lâche des jeux dans l'emplacement des trous dans chaque couvercle. Ceci permet également de réduire considérablement le temps d'assemblage du différentiel avec économie subséquente du prix de revient. -4- D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront lors de l'étude de la description qui va suivre et de la considération des dessins annexés, dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale du différentiel à pignons hélicoidaux de la présente invention; - la Fig. 2 est une section faite selon la ligne de coupe 2-2 de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue en élévation latérale de la tige d'espacement cylindrique de la présente invention; - la Fig. 4 est une vue en coupe prise selon la ligne de coupe 4-4 de la Fig. 3; et - les Figs. 5 et 6 sont des vues de côté et d'en haut respectivement de la tige d'espacement cylindrique. En se référant d'abord plus particulièrement aux Figs. 1 et 2, le boîtier du différentiel 10 comporte une partie centrale 10a, une partie formant flanc et couvercle ou coquille 10b et une partie d'extrémité formant couvercle 10c, chacune de ces parties de couvercle étant fixée rigidement à la partie centrale, respectivement par des boulons relativement courts 12. Conformément à une caractéristique importante de l'invention, les parties d'extrémités formant couvercle sont faites de fer nodulaire perlitique, et ont des surfaces adjacentes qui sont durcies à la flamme ou par induction, d'o il résulte que les parties formant couvercle peuvent être boulonnées directement en engagement contigu avec les surfaces d'extrémité de la partie centrale, et que l'on peut se dispenser des rondelles de pression habituelles. La partie centrale 10a peut être constituée de fer nodulaire ferritique ou de fer nodulaire perlitique. Dans ce dernier cas, les surfaces d'extrémité de la partie centrale peuvent être durcies si désiré à la flamme ou par induction. Comme il sera plus amplement décrit ci-après, les surfaces adjacentes durcies des parties d'extr9mité des couvercles 10b et 10c supportent les surfaces d'extrémité des pignons hélicoïdaux du différentiel 24 et 26 et les surfaces d'extrémité éloignées des engrenages latéraux 28 et 30, respectivement. - Le boîtier 10 supportant le différentiel est entrainé en rotation par un arbre d'entraînement 14 via le pignon d'entrainement 16 et l'engrenage annulaire 18 boulonne sur le boîtier par des boulons 19, pour normalement entraîner les arbres de sortie 20 et 22 via des paires de pignons hélicoïdaux gauche et droit 24 et 26 respectivement, qui coopèrent entre eux et les engrenages latéraux 28 et 30 clavetés de façon à pouvoir tourner sur les arbres de sortie 20 et 22 respectivement. Tout déplacement vers l'extérieur des arbres de sortie 20 et 22 par rapport aux engrenages latéraux 28 et 30 respectivement est empêché par des organes de verrouillage 34 en forme de C qui sont élastiquement retenus dans une rainure correspondante formée dans la partie d'extrémité clavetée des arbres de sortie. Les pignons 24 et 26 sont montés libres en rotation dans des trous longitudinaux correspondants 40 et 42 contenus dans les extrémités opposées de la partie de corps central 10a respectivement, lesquels trous sont en communication à leurs extrémités adjacentes, ce qui permet de mettre en prise les portions d'extrémité adjacentes des engrenages hélicoïdaux 24 et 26 du différentiel. Les engrenages latéraux 28 et 30 sont montés rotatifs par rapport aux trous correspondants formés dans les extrémités opposées de la partie de corps centrale. Les pignons 24 et 26 du différentiel portent des filetages à dents hélicoïdales et de sens gauche et droite respectivement, chaque engrenage ayant normalement huit dents hélicoïdales avec un angle de pression d'environ 30 et un angle d'hélice d'environ 40 (comme il est décrit dans le brevet sus-mentionné US-A-4365524 aux noms de Dissett et d'autres). Conformément à une autre caractéristique de l'invention, une tige d'espacement transverse et cylindrique 50 est prévue qui s'étend transversalement dans la partie centrale du boîtier entre les extrémités adjacentes des arbres de sortie 20 et 22 pour maintenir ces arbres dans une certaine position d'espacement axial. Plus particulièrement, comme présenté dans la Fig. 2, la tige d'espacement 50 comporte à une de ses extrémités une partie en forme de tige cylindrique d'espacement 50a qui s'étend dans un trou - - 6 -- -6- transversal correspondant 52 disposé centralement et formée dans la partie du boîtier central 10a. A son autre extrémité, la tige d'espacement comporte une tête cylindrique élargie 50b qui est montée dans un contre-trou cylindrique 54 formé dans la partie centrale du boîtier 10a. Tout déplacement axial de la tige d'espacement par rapport à la partie centrale du boîtier est empêché par un boulon de retenu 56 qui s'étend à travers un passage 58 disposé diamétralement, contenu dans la portion de tête élargie b de la tige d'espacement et à travers des passages alignés correspondants 60 contenus dans les parties espacées de languettes externes prévues dans la partie centrale du bottier. Supposons que les engrenages latéraux 28 et 30 soient clavetés aux arbres de sortie 20 et 22 respectivement et que les pièces de verrouillage en forme de C 34 soient brusquement introduites dans les rainures circonférentielles formées dans les arbres de sortie. Après que l'engrenage annulaire 18 est boulonné par les boulons 19 à la portion de flanc de la partie de couvercle 0lob, la tige d'espacement est introduite dans le passage 52 et le contre-trou 54 comme représenté dans la Fig. 2, les extrémités adjacentes des arbres de sortie étant en prise avec la portion d'extrémité cylindrique 50a de la tige d'espacement. La tige de retenue est montée dans le passage 58 disposé diamétralement et dans le passage prévu dans les languettes de la partie centrale du bottier, verrouillant ainsi la tige d'espacement dans sa position opératoire représentée sur la Fig. 2. Si l'on fait tourner l'arbre d'entraînement 14, les arbres de sortie 20 et 22 sont normalement entrainés à la même vitesse par le pignon d'entraînement 16, l'engrenage annulaire 18, le bottier 10, les pignons hélicotdaux 24 et 26 et les engrenages latéraux 28 et 30. Ainsi, le couple d'entraînement appliqué à l'engrenage annulaire 18 est réparti en deux chemins parallèles de délivrance de couple qui comprennent les paires engrenantes des pignons 24 et 26 du différentiel, ce qui introduit en conséquence une charge radiale de dents d'engrenage sur les pignons d'o résulte une résistance de frottement due à la rotation; ceci introduit un couple biais ou de déséquilibre, inhérent. A cause de l'angle -7- d'hélice des pignons 24 et 26 et des engrenages latéraux coopérants, une force de poussée est produite sur les pignons, ce qui cause une résistance de frottement due à l'engagement des pignons avec les extrémités des cavités respectives de pignons. Les forces de poussée sont aussi introduites sur le bloc d'espacement en forme de coin 54 par suite de la charge axiale de dents d'engrenage des deux engrenages latéraux. Finalement, une autre force de poussée sur le pignon est produite par les charges axiales de dents d'engrenage, force de poussée qui est transmise directement aux surfaces d'extrémités durcies adjacentes des pièces de couvercle d'extrémité, respectivement. Ainsi, les surfaces d'extrémité de couvercle durcies encaissent les forces de poussée axiale des deux pignons 24 et 26 et des surfaces d'extrémité correspondantes des engrenages latéraux. Dans les conditions normales o l'effort de traction est le même sur chaque pneumatique, des forces de résistance égales sont appliquées par chaque engrenage latéral, si bien que les pignons n'ont aucune action de différentiel. Cependant, quand un engrenage latéral applique une résistance plus forte au couple qui entraîne le pignon (à cause de coefficients de sol dissemblables), les pignons correspondants tendent à se séparer des engrenages latéraux et à se coincer dans leur logement dans le carter. Quand le couple d'entrée augmente la tendance des pignons à se coincer dans le carter augmente également. Quand le coefficient de frottement sous chacune des roues motrices varie, le pourcentage de couple attribué à chaque roue est automatiquement proportionné de façon à commander le glissement du pneumatique de la roue ayant la force de traction la plus faible. Dans le différentiel de la présente invention, le biais du couple augmente quand le couple d'entrée augmente. Ceci est une caractéristique favorable, car, à grande vitesse, le différentiel "voit" un couple faible et fonctionne comme un différentiel habituel. Cependant, à basse vitesse et dans des conditions de couple élevé, le différentiel produit automatiquement un déséquilibre de couple plus grand vers la roue motrice qui a le plus de résistance au pivot de la roue. - 8 - Le différentiel nécessite une certaine valeur de résistance sur le sol en vue de déclencher l'action de déséquilibre, approximativement la résistance développée par un pneu de camionnette sur la neige. Le différentiel n'est pas déséquilibré si la roue qui tourne ne repose pas sur le sol. Si le coefficient est au-dessous de 0,1, ou même nul (ce qui représente une roue ne reposant plus sur le sol), le conducteur se borne simplement à agir légèrement sur le frein jusqu'à ce qu'un couple résistance suffisant soit développé pour faire démarrer l'action de déséquilibre du différentiel et faire mouvoir le véhicule. Une huile de lubrification convenable pour fournir un film d'huile de lubrification normal peut être introduite dans les cavités de pignons et d'engrenages par l'orifice 80 d'huile de lubrification situé dans la partie de couvercle 10c. En faisant varier l'angle d'hélice des dents d'engrenage, la force de poussée des pignons sur le carter peut être augmentée ou diminuée. En faisant varier l'angle de pression des dents d'engrenage, la force de séparation des pignons par rapport aux engrenages latéraux peut être augmentée ou diminuée. En faisant varier le nombre de couples de pignons, la capacité en ce qui concerne les couples du montage différentiel, peut être augmentée ou diminuée. En faisant varier l'angle d'hélice et l'angle de pression des dents d'engrenage, toute répartition de couple désirée ou tout déséquilibre peut être obtenu. Maintenant que la réalisation préférée a été illustrée et décrite, d'autres changements et modifications peuvent être apportés sans se départir des concepts exposés ci-dessus. -9- REV E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif différentiel à engrenages pour fournir un couple d'entraînement venant d'un arbre moteur à une paire d'arbres de sortie espacés axialement et alignés, comprenant: (a) un boîtier porteur de différentiel à plusieurs parties, adapté pour être entraîné en rotation par l'arbre moteur, ledit boîtier comportant une partie de corps centrale et une paire de parties de couvercle d'extrémité, fixées à la partie centrale sur les cotés opposés de celle-ci; (b) une paire d'engrenages latéraux annulaires hélicoïdaux (28, 30), montés rotatifs dans des trous alignés correspondants contenus dans les extrémités opposées de la partie de corps centrale, respectivement, lesdits engrenages latéraux ayant des moyens de clavetage intérieurs pour établir une connexion en rotation avec les arbres de sortie quand les extrémités adjacentes de ces arbres s'étendent en relation d'espacement axial à travers les ouvertures alignées dans les parties formant couvercle d'extrémité', respectivement; (c) une pluralité de paires de pignons hélicoïdaux (24, 26) de différentiel ayant des filetages de sens opposés, les pignons de chaque paire étant montés avec un diamètre extérieur adapté dans des trous longitudinaux contenus dans les extrémités opposées de la partie centrale du boîtier, respectivement, les extrémités adjacentes desdits trous étant en communication et les extrémités adjacentes des pignons hélicoïdaux du différentiel se chevauchant et engrenant entre elles, lesdits pignons ayant des axes parallèles à ceux des engrenages latéraux et engrenant avec lesdits engrenages latéraux, respectivement, d'o il résulte que le couple transmis à travers le mécanisme différentiel introduit des charges sur les dents d'engrenage desdits pignons, ce qui cause une résistance de couple de frottement quand les pignons tournent dans leur cavité respective et introduit un déséquilibre de couple dans le mécanisme différentiel; - 10 - (d) des moyens de verrouillage pour empêcher le déplacement axial des arbres de sortie vers l'extérieur par rapport aux engrenages latéraux respectivement; caractérisé en ce que ladite partie de corps centrale contient un passage d'accès transversal central (52) de section droite à configuration circulaire, une extrémité dudit passage transversal étant élargie pour définir une cavité (54) sur l'un des côtés de la partie de corps centrale, et en ce que le dispositif différentiel comprend en outre une tige transverse (50) ayant à une extrémité une partie cylindrique (50a) montée dans ledit passage d'accès transversal (52) pour être en engagement contigu avec les extrémités adjacentes des arbres de sortie, ladite tige transverse ayant à son autre extrémité une partie élargie de tête (50b) montée dans ladite cavité (54), des moyens de retenue empêchant le déplacement axial de ladite tige transverse par rapport à la partie de corps centrale du bottier. 2 - Dispositif différentiel conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la partie élargie de tête (50b) est cylindrique, ladite cavité (54) ayant une paroi cylindrique d'un diamètre correspondant généralement avec celui de la partie de tête élargie. 3 - Dispositif différentiel conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de retenue comprennent une pièce de retenue (56) qui s'étend à-travers un passage (58) disposé diamétralement dans la partie de tête élargie (50b) au moins l'une des extrémités de ladite pièce de retenue s'étendant dans une ouverture (60) correspondante contenue sur-une languette support de ladite partie de corps centrale adjacente à ladite cavité. 4 - Dispositif différentiel conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les parties terminales du bottier formant couvercle (0lob, O10c) sont formées par du fer nodulaire perlitique, les surfaces adjacentes desdites parties de couvercle étant durcies en vue de leur engagement contigu avec les surfaces d'extrémité correspondantes de ladite partie centrale du boîtier (10a). - 11 -- - Dispositif différentiel conforme à la reven.dication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des vis (12) relativement courtes pour fixer chacune des parties de couvercle aux extrémités correspondantes de la partie centrale de boîtier, respectivement.