Brevet FR2572153A1 — publié le 19860425

MECANISME DIFFERENTIEL AVEC CAME CENTRALE A PIGNONS PLANETAIRES CENTRES Etat de la technique antérieure Des mécanismes différentiels destinés à entratner une paire d'arbre de sortie à partir d'un arbre d'entrée menant sont connus dans la technique antérieure et décrits par exemple dans les brevets des Etats Unis d'Amérique de Knoblock n 2.329.059, 2.638.794 et 3.397.593, de Myers n 2.667.087, 2.830.466 et 3.651.907 et de Bokovoy n 3.791.238. Comme le montrent ces brevets, il est traditionnel de prévoir des bagues de retenue pouvant se déplacer angulairement entre les positions embrayée et débrayée par rapport à un élément central d'entraînement ou croisillon pour maintenir en position temporairement désengrénée un élément d'embrayage associé à un arbre mené dont la vitesse dépasse celle de l'autre arbre mené (comme cela peut, par exemple, se produire lorsque un véhicule automobile prend un virage). Lorsque l'état de dépassement est terminé, la bague de retenue est ramenée angulairement à sa position initiale par rapport à l'élément central de- commande, après quoi l'élément d'embrayage est à nouveau sollicité par ressort pour s'engager avec l'élément central d'entraînement. L'utilisation d'un bague élastique pour centrer l'élément de came central par rapport à l'élément central de commande est signalé dans les brevets de Myers et Bokovoy ci-dessus référencés ainsi que dans le brevet de Knoblock n 2.329.059 et, dans le brevet de Knoblock n 3.397.593, l'élément de came- centrale est -2- centré par rapport à l'élément central de commande au moyen de cames de commande placées de part et d'autre de la came centrale. Des efforts constants ont été faits pour améliorer le fonctionnement et réduire les coits de tels mécanismes différentiels. La présente invention a pour but de fournir un mécanisme différentiel perfectionné du type à came centrale, n'utilisant ni bague élastique, ni bague de retenue. Sommaire de l'invention L'un des principaux buts de la présente invention est de fournir un mécanisme différentiel comprenant un élément de came central centré à l'intérieur de l'élément de commande par les pignons planétaires, permettant ainsi de supprimer la bague élastique traditionnelle. Conformément à une caractéristique de l'invention, l'élément de came central comprend, sur sa périphérie intérieure, une bride de centrage annulaire placée en position !5 centrale et dirigée radialement vers l'intérieur, dont les surfaces extrêmes sont en butée contre les extrémités adjacentes des pignons planétaires. Les pignons planétaires sont, quant à eux, munis de brides extérieures d'arrêt dont les surfaces extrêmes éloignées sont en butée contre les parois extrêmes adjacentes des chambres du carter, permettant ainsi de positionner avec précision l'élément de came central par rapport à l'élément central de commande et de supprimer une bague élastique. Un des buts davatange spécifique de la présente invention est de fournir un mécanisme différentiel du type décrit ci-dessus, permettant de supprimer les bagues de retenue traditionnelles. En supprimant les bagues de retenue, les gorges prévues dans les éléments d'embrayage pour recevoir les bagues de retenue, les -3- fentes prévues dans la came centrale pour recevoir les bagues de retenue, la bague élastique placée entre la came centrale et les éléments de croisillon, et la gorge prévue dans les éléments de croisillon et de came centrale pour recevoir la bague élastique, il est donc possible de réduire considérablement la complexité et le codt de fabrication dudit mécanisme. Les éléments d'embrayage peuvent être à l'état "brut de forgeage", l'alésage n'étant réalisé que sur la configuration à cannelures intérieures. En outre, l'usinage sous tolérance sévère, qui devait auparavant être effectué sur les rampes des cames centrales lorsque des bagues de retenue étaient utilisées, est supprimé. La longueur du moyeu intérieur des pignons planétaires est réduite pour obtenir un positionnement positif avec le prolongement annulaire dirigé radialement vers l'intérieur prévu sur l'élément de came centrale. Ainsi le nombre d'ensembles fonctionnels ou de pièces détachées est réduit, un fonctionnement simple et efficace est obtenu et le respect des tolérances cumulées est moins difficile à réaliser dans la mesure o les pièces constitutives ne comportent pas de bague de retenue. Brève description des dessins D'autres buts et avantages de la présente invention ressortiront lors de l'étude de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexées dans lesquels: la Fig.1 est une vue détaillée en coupe longitudinale du mécanisme différentiel perfectionné; la Fig.2 est une vue en coupe longitudinale de l'un des pignons planétaires du mécanisme de la Fig.1; - 4 - la Fig.3 est une vue détaillée de l'épaulement d'appui du pignon planétaire de la Fig.2; les Figs.4 et 5 sont des vues en coupe respectivement de face et longitudinale d'un des éléments d'embrayage de la Fig.1; la Fig.6 est une vue en coupe selon l'axe 6-6 de la Fig.4; la Fig.7 est une vue en coupe d'une des pièces de retenue de ressort de la Fig.1; la Fig.8 est une vue de face de l'élément de came central en métal fritté de la Fig.1; les Figs.9 et 10 sont des vues en coupe selon les axes respectivement 9-9 et 10-10 de la Fig.8; la Fig.11 est une vue en coupe détaillée prise selon l'axe 11-11 de la Fig.1; la Fig.12 est une vue en élévation frontale d'une seconde réalisation d'usinage de l'élément de came central; et les Figs.13 et 14 sont des vues en coupe prises selon les axes respectifs 13-13 et 14-14 de la Fig.12. Description détaillée En se référant plus particulièrement à la Fig.1, le mécanisme différentiel de la présente invention comprend un élément central d'entraînement annulaire ou croisillon 2 monté dans le bottier ou carter 4 représenté en esquisse, ledit carter comprenant les parties 4a et 4b boulonnées ensemble pour loger l'élément central d'entraînement, ledit carter étant mené par l'arbre d'entraînement 6 par l'intermédiaire du pignon 7 et de la couronne dentée 8. A chaque extrémité, l'élément central d'entraînement comporte des dents qui s'engrènent normalement avec les dents d'embrayage correspondantes 10a, 12a prévues respectivement sur les éléments -5annulaires d'embrayage 10 et 12. Les éléments d'embrayage 10 et 12 sont montés concentriquement et comportent des dents cannelées 10b, 14a et 12b, 16a assurant un déplacement axial par rapport respectivement aux pignons planétaires 14 et 16, lesdits pignons planétaires coopérant de manière non rotative par l'intermédiaire des dents cannelées 14b et 16b avec les arbres de sortie respectivement 18 et 20. Les éléments d'embrayage 10 et 12 sont normalement sollicités vers l'intérieur en direction de l'élément central d'entraînement 2 par des ressorts hélicoïdaux de compression 22 et 24 agissant entre respectivement des butées de ressort 26 et 28 et les éléments d'embrayage 10 et 12. A l'intérieur de l'élément central d'entraînement 2 est monté concentriquement un élément de came central annulaire 30 réalisé en fer fritté et présentant aux deux extrémités des dents de came 30a qui coopèrent avec les parties de dents d'embrayage lOa et 12a qui sont placées radialement vers l'intérieur par rapport aux parties de dents d'embrayage qui coopèrent avec les dents de l'élément central d'entraînement 2. Conformément à une caractéristique de l'invention, l'élément de came central 30 comporte sur sa périphérie intérieure un épaulement annulaire d'arrêt ou de centrage 30b dirigé radialement vers l'intérieur, dont les extrémités opposées constituent une butée pour les extrémités adjacentes des pignons planétaires 14 et 16 respectivement, comme indiqué à la Fig.l. En référence aux Figs.8 et 9, l'élément de came central 30 est claveté en vue d'un déplacement angulaire limité par rapport à l'élément central d'entraînement 2, ledit élément central d'entraînement étant muni d'une clavette intérieure 2a s'étendant -6- axialement qui s'engage radialement vers l'intérieur dans une fente surdimensionnée 32 prévue dans des moyens externes d'équilibrage de masse 30c placés à la périphérie extérieure de l'élément de came central 30. Des moyens d'équilibrage de masse 30d diamétralement opposés aux moyens 30c sont prévus pour contrebalancer les moyens de bride 30c définissant une fente. En référence à la Fig.2, le pignon planétaire 14 comprend des dents extérieures cannelées 14a qui coopèrent avec les dents intérieures cannelées 10b de l'élément d'embrayage 10 déplaçable axialement et avec les dents intérieures cannelées 14b pour obtenir une liaison non rotative du pignon planétaire avec l'arbre de sortie 18. Le pignon planétaire est également muni d'une bride d'appui annulaire externe 14c servant à la fois d'épaulement d'appui pour la butée annulaire de ressort 26 et de butée destinée à la paroi adjacente extrême de la chambre de carter 4c, comme indiqué à la Fig.l1. Au besoin, la partie extrême du pignon planétaire adjacente à l'élément de came central peut être munie d'une partie contre-alésée 14d présentant une surface cylindrique intérieure lisse pour recevoir l'une des extrémités d'un élément d'écartement cylindrique optionnel 36 placé entre les extrémités adjacentes des arbres de sortie 18 et 20. Le pignon planétaire 16 possède une configuration correspondante. Comme indiqué à la Fig.7, la butée de ressort 26 possède une cannelure intérieure qui lui permet de glisser depuis l'extrémité droite du pignon planétaire sur les dents cannelées 14a jusqu'à une position de coopération avec l'épaulement d'appui 14c. La butée de ressort est munie de cannelures intérieures pouvant recevoir les cannelures 14a et 16a lorsque la butée de ressort est montée axialement sur le pignon planétaire. La butée de ressort 28 présente une structure correspondante. Fonctionnement Si l'on suppose que la mécanisme différentiel est dans son état normal de fonctionnement tel que représenté à la Figo.1, la rotation de l'arbre de commande 6 entraîne les arbres de sortie 18 et 20 selon des vitesses de rotation égales par l'intermédiaire de la couronne 8, de l'élément central d'entraînement 2, des éléments d'embrayage 10 et 12 et des pignons planétaires 14 et 16. Etant donné que les distances d (Figo2) entre les brides d'appui 14c et 16c des butées de ressort sont équidistantes des surfaces d'arrêt existant aux extrémités opposées de l'épaulement intérieur d'arrgt ou de centrage 3Gb de l'élément de came central, des forces de sollicitation égales sont appliquées aux éléments d'embrayage 10 et 12 par les ressorts hélîcoidaux 22 et 24 qui sont utilisés pour rappeler les embrayages en coopération avec l'élément central d'entraînement. Au cas o la vitesse de rotation de l'arbre de sortie gauche 18 excède celle de l'arbre de sortie droite 20 (ce qui peut se produire lorsque le véhicule prend un virage sur la droite), l'élément de came central 30 qui est déjà déplacé angulairement par rapport à l'élément central d'entraînement d'o il résulte que les dents d'embrayage 10a (Fig.11) de l'élément d'embrayage 10 remontent sur les côtés des dents 30a de l'élément de came central pour dégager l'élément d'embrayage 10 par rapport à l'élément central d'entraînement et ainsi dégager les parties des dents d'embrayage 10a des dents de commande correspondantes de l'élément central d'entraînement 2. L'élément d'embrayage 10 est maintenu en - 8 - - état désengréné jusqu'à ce que le véhicule ait terminé son virage et que les vitesses de rotation des arbres menés soient identiques, après quoi le différentiel retrouve son état de fonctionnement normal. On constate donc que'le différentiel fonctionne sans l'aide de bagues de retenue et que l'élément de came central est centré avec précision à l'intérieur de l'élément central d'entraînement par la coopération des extrémités adjacentes des pignons planétaires avec l'épaulement d'arrêt 30b de l'élément de came central s'étendant radialement vers l'intérieur. Dans une variante de l'élément de came central, la fente surdimensionnée 132 destinée à recevoir la clavette intérieure de l'élément central d'entraînement est réalisée directement dans le corps de la came centrale 130. Dans cet exemple de réalisation, le corps de la came centrale est exécuté en acier 8620. L'un des avantages de l'invention réside en ce que les éléments d'embrayage peuvent être utilisés à l'état "brut de forgeage" dans la mesure o seule la version avec cannelures intérieures nécessite un alésage. On peut donc faire l'économie des bagues de retenue et des frais d'usinage des gorges corrrespondantes pratiquées dans les éléments d'embrayage. En outre, la réduction du nombre des éléments constitutifs se traduit par un abaissement important des coits et on obtient un fonctionnement simple et efficace tout en augmentant la fiabilité. Enfin, par suite de la suppression des bagues de retenue, le respect des tolérances cumulées est moins difficile à réaliser. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 - Mécanisme différentiel destiné à entra!ner une paire d'arbres de sortie (18, 20) disposés colinéairement à partir d'un arbre d'entrée (6), comprenant: (a) un carter (4) renfermant une chambre délimitant des parois extrêmes opposées comportant des ouvertures alignées destinées à recevoir respectivement lesdits arbres de sortie; (b) un élément central d'entraînement annulaire (2) placé dans ladite chambre et disposé concentriquement selon l'axe longitudinal des arbres de sortie; (c) des moyens d'embrayage assurant normalement une liaison d'entraînement entre ledit élément central d'entratnement et lesdits arbres de sortie, lesdits moyens d'embrayage comprenant une paire de pignons planétaires annulaires (14, 16) montés sur les extrémités adjacentes desdits arbres de sortie, une paire d'éléments d'embrayage menés (10, 12) prévus pour se déplacer axialement et montés sur lesdits pignons sur les c6tés opposés dudit élément central d'entratnement, lesdits éléments d'embrayage menés possédant des dents d'embrayage (10a, 10b) pouvant coopérer avec des dents d'entraînement correspondantes prévues aux extrémités opposées dudit élément central d'entraînement, et des moyens de ressort (22, 24) sollicitant vers l'intérieur lesdits éléments d'embrayage menés dans le sens de l'embrayage en direction dudit élément central d'entraînement; (d) des moyens de came centraux fonctionnant lorsque la vitesse de l'un des arbres de sortie dépasse celle de l'autre, permettant de dégager dudit élément de commande l'élément - 10 - d'embrayage mené associé à' l'arbre dont la vitesse est supérieure, le macanisme étant caractérisé en ce que: (dl) lesdits moyens de came comprennent un élément de came central annulaire (30) monté concentriquement à l'intérieur dudit élément central d'entraînement entre lesdits éléments d'embrayage, ledit élément de came central comportant, à des extrémités opposées, des dents de came (30a) coopérant avec des parties des dents d'embrayage des éléments d'embrayage adjacents; et (d2) et des moyens (2a, 32) reliant ledit élément de came central, destinés à limiter le déplacement angulaire entre les I0 positions embrayée et débrayée par rapport audit élément central d'entraînement, les dents de came prévues sur l'élément de came central pouvant coopérer avec les dents d'embrayage correspondantes et dégager l'élément d'embrayage associé d'avec l'arbre dont la vitesse est supérieure; -(e) enfin des moyens permettant de placer ledit élément de came central en position centrale par rapport audit élément central d'entraînement, lesdits moyens comprenant: (el) une bride annulaire de centrage (30b) placée en position centrale sur la périphérie intérieure dudit élément de came central et s'étendant radialement vers l'intérieur entre lesdits pignons planétaires; (e2) les extrémités adjacentes desdits pignons planétaires étant en butée contre les faces extrêmes de ladite bride de centrage, lesdits pignons planétaires comportant des épaulements d'appui extérieurs annulaires (14c, 16c) dont les surfaces éloignées viennent en butée sur la surface adjacente des parois - 11 i eztrêmes du carterD pour centrer avec précision ledit élément de came central par rapport audit élément central d'entratnement. 2 - MIécanisme conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments d'embrayage sont reliés pour les besoins du déplacement axial sur les extrémités adjacentes desdits pignons planétaires, et en ce que lesdits moyens de ressort comprennent: (a) une paire d'éléments de butée de ressort (26, 28) montés concentriquement autour deadits pignons planétaires pour assurer un engagement contigu avec les faces adjacentes desdits épaulements d'appui; et (b) une paire de ressorts hélicodauc de compression (22, 24) montés entre lesdits éléments de butée de ressort et les éléments d'embrayage correspondants lesdits ressorts de compression étant prévus pour exercer des forces de sollicitation uniformes sur lesdits éléments d'embrayage respectivement. 3 - Mécanisme conforme à la revendication 2, caracérisé en ce que chacun desdits pignons planetaires comprend des dents cannelées internes (14b, 16b) et externes (14a, 16a) destinées à relier chaque pignon planétaire avec l'arbre de sortie correspondant et avec l'élément d'embrayage correspondant. 4 - Mécanisme conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les parties extrêmes adjacentes desdits pignons planétaires comportent des contre-alésages (14d, 16d) possédant des surfaces cylindriques internes lisses et comprenant en outre un élément d'écartement cylindrique (36) placé concentriquement à l'intérieur dudit élément de came central et coopérant à ses extrémités opposées avec lesdits arbres de sortie, ledit élément d'écartement - 12- s'étendant à ses extrémités opposées à l'intérieur desdites parties contre-alésées des pignons planétaires. - Mécanisme conforme à la revendication 1, caracatérisé en ce que lesdits moyens reliant ledit élément de came central assurant un déplacement angulaire par rapport audit élément central d'entraînement comprend une nervure intérieure s'étendant axialement (2a) implantée sur ledit élément central d'entraînement, ladite nervure intérieure s'étendant radialement vers l'intérieur et pénétrant dans une fente surdimensionnée (32) s'étendant axialement ménagée à la périphérie extérieure dudit élément de came central. 6 - Mécanisme conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit carter comprend plusieurs parties (4a, 4b) reliées pour constituer un carter rigide.