Brevet FR2568198A1 — publié le 19860131

L'invention concerne un différentiel pour véhicules automobiles, comprenant un boîtier de différentiel monté rotatif, une roue dentée d'entraînement ou couronne disposée sur le boîtier, au moins deux roues coniques montées rotatives et formant des satellites et une paire de roues coniques entraînées qui sont en prise avec les satellites et formant des planétaires. L'invention concerne en particulier un différentiel de ce type o un joint homocinétique tournant est incorporé dans chacun des planétaires. Un tel différentiel a pour fonction de compenser les différences de vitesse de rotation - se produisant pour différentes raisons - des roues motrices et de répartir le couple d'entraînement à peu près uniformément sur les roues. Dans l'exécution habituelle des différentiels, l'application des efforts se fait par le pignon d'attaque à la couronne et de celle-ci au boîtier du différentiel par l'intermédiaire des vis de fixation. A partir du boîtier, le couple est transmis par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs axes de différentiel aux satellites puis de ces derniers aux deux planétaires. La transmission du couple à travers la paroi du boîtier provoque une sollicitation à la torsion du boîtier. Les vis doivent être dimensionnées en fonction du couple à transmettre et le boîtier doit être de construction suffisamment rigide pour assurer des conditions d'engrènement convenables du pignon et de la couronne, ainsi que 'des satellites et des planétaires, sous toutes les charges. Ceci est valable pour des boîtiers d'un seul tenant mais aussi et surtout pour les boîtiers en deux parties. La nécessité d'une rigidité suffisante se traduit par des boîtiers d'un poids considérable. Les vis pour la fixation de la couronne et l'axe ou les axes pour le montage des satellites augmentent également le poids donc aussi le coût du différentiel. Par le brevet autrichien AT-284 644, il est connu, pour gagner de la place, d'intégrer des joints homocinétiques qui sont à la fois coulissantset tournants dans les planétaires d'un différentiel. Ce dernier est cependant réalisé par ailleurs de façon classique en ce sens que les satellites sont montés rotatifs sur le boîtier au moyen d'un ou de plusieurs axes, les deux espaces o se trouvent les joints étant en outre séparés par des cloisons du volume intérieur du différentiel. Ces cloisons, de même que l'axe ou les axes de différentiel traversant le volume intérieur, s'opposent à une réalisation compacte du différentiel dans le sens axial. L'invention vise à créer un différentiel pour véhicules automobiles qui soit remarquable par une réduction considérable du poids, donc également du coût. L'invention vise en particulier à réduire la sollicitation du boîtier et de l'assemblage vissé entre la couronne et le boîtier, afin de permettre une exécution moins coOteuse. Dans le cas d'un différentiel avec des joints homocinétiques intégrés, l'invention vise en plus à réduire l'espacement axial des joints à un minimum afin de permettre ainsi, par une construction compacte, une réduction supplémentaire du poids et une diminution de l'angle d'inclinaison permanent. A cet effet, selon l'invention, un différentiel comme indiqué au début est caractérisé en ce que les satellites sont reliés mécaniquement, c'està-dire par une Liaison par sûreté de forme, à la couronne à l'aide d'évidements, ajours ou ouvertures radiales et/ou axiales analogues, le boîtier de différentiel ou ses parties ou moitiés étant en liaison avec La couronne et le boîtier de différentiel étant ajouré ou divisé dans la région de chaque satellite. Partant de cette caractéristique essentielle, le couple peut maintenant être transmis de la couronne aux satellites par une liaison par sûreté de forme, sans que le boîtier et l'assem- blage vissé entre la couronne et le boîtier participent à la trans- mission. Le boîtier n'a plus qu'à encaisser les forces de réaction qui résultent de l'entraînement et à les transmettre aux paliers du boîtier. Celui-ci peut de ce fait être réalisé moins rigide donc plus Léger. Il est possible en plus d'employer des vis de fixation plus petites et par conséquent plus économiques, ou de ne pas prévoir de vis du tout. La disposition de la couronne dans le plan axial des satellites, c'est-àdire dans le plan des axes des satellites, simplifie le montage en rotation et l'appui axial des satellites sur la couronne. Ceci permet également une réduction de 2 5 6 2 1 9 8 256e198 l'épaisseur de paroi du boîtier du différentiel comparativement à des exécutions o les satellites sont montés sur le boîtier. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les évidements radiaux sont des rainures de clavette formées sur le côté intérieur de la couronne et les satellites portent sur leurs côtésextérieurs un tourillon par lequel ils sont montés rotatifs dans des clavettes disposées dans les rainures de cla- vette. Ainsi, les satellites sont montés rotatifs sur la couronne et sont appuyés sur celle-ci pour encaisser des forces de réaction, sans interposition du boîtier. En cas d'usure, les clavettes peuvent facilement être remplacées après enlèvement de la couronne. Selon un autre mode de réalisation, les évidements ra- diaux dans la couronne sont des perçages radiaux, chaque satellite présente sur le côté extérieur un perçage axial et des axes sont disposés dans les perçages mutuellement alignés de la couronne et des satellites. La transmission du couple depuis la couronne aux satellites s'effectue ainsi par l'intermédiaire des axes, pénétrant d'un côté dans un satellite et de l'autre côté dans la couronne. Il est possible dans ce cas également de disposer un disque ou une rondelle d'usure, en bronze par exemple, entre la couronne et le satellite. Dans ce mode de réalisation, comme dans celui décrit dans le paragraphe suivant, le côté extérieur des satellites peut être en calotte sphérique et le côté intérieur de la couronne peut être pourvu de cavités en calotte sphérique complémentaires, réa- lisées au tour. Les forces de réaction radiales dues à la trans- mission du couple aux satellites sont encaissées par les surfaces en calotte sphérique des cavités. Un autre mode de réalisation de l'invention prévoit que la couronne, réalisée sous forme d'un disque avec des ouvertures axiales, est reliée sur les deux côtés à des parties du boîtier, les ouvertures axiales servant au montage en rotation des satel- lites. Selon un perfectionnement de ce mode de réalisation, les côtés extérieurs des satellites sont en calotte sphérique et s'appliquent contre un côté intérieur de forme complémentaire des parties du boîtier du différentiel. Il est préférable dans ce cas que des tourillons soient formés sur le côté extérieur et sur le côté intérieur des satellites et que ces tourillons pénètrent dans des parties correspondantes des ouvertures. Alors que la couronne transmet le couple seulement au côté extérieur des satellites dans les modes de réalisation décrits jusqu'ici, l'extension de la couronne jusqu'à l'intérieur du boîtier pro- cure la possibilité de monter les satellites à-la fois par leur côté extérieur et par leur côté intérieur, ce qui est avantageux pour la durabilité des satellites et des planataires. Dans ce mode de réalisation, la couronne se prolonge seulement à l'inté- rieur du boîtier dans le mesure o cela est nécessaire pour le montage des satellites par leur côté intérieur. Le boîtier du différentiel est constitué dans ce cas de deux parties identiques qui sont disposées de part et d'autre de la couronne. Selon un autre mode de réalisation, le boîtier est cons- titué de deux parties qui ont essentiellement la même forme et qui sont disposées des deux côtés de la couronne. Comme le boîtier ne participe plus à la transmission du couple, il peut être con- form6 de manière que sa fabrication soit plus économique. Les deux parties identiques du boîtier, utilisées dans ce mode de réalisation et possédant en outre une géométrie permettant une technique de fabrication simple, permettent d'abaisser les coûts de fabrication. La sollicitation des parties du boîtier consiste essentiellement dans l'encaissement des forces de réaction axiales et radiales résultant de la transmission du couple à la couronne, ainsi que dans la transmission de ces forces aux paliers. Les forces de réaction axiales résultant de la transmission du couple aux planétaires sont encaisséespar L'intermédiaire des vis de fixation dans le boîtier lui-même. Les satellites de ce mode de réalisation peuvent également comporter extérieurement des tou- rilIons axiaux pénétrant dans des clavettes logées dans des rai- nures de clavette correspondantes de la couronne. Un autre mode de réalisation de l'invention prévoit que le boîtier du différentiel est constitué de deux parties de formes différentes, qui sont disposées du même côté de la couronne. It est avantageux dans ce cas que la couronne et les deux parties du boîtier soient assemblées par les mêmes vis de fixation. 2568 198 Le montage en rotation et l'appui selon l'invention des satellites sur la couronne permettent non seulement la suppression de l'axe ou des axes prévu(s) jusqu'à présent pour les satellites, ils permettent aussi, de manière générale, le décalage radialement vers l'extérieur des satellites. Selon un perfectionnement de ce concept, il est préférable que chaque satellite soit disposé partiellement dans l'ajour ou l'ouverture correspondant du boîtier. Le volume intérieur du différentiel est ainsi entièrement dispo- nible pour les joints d'articulation intégrés dans le différentiel. Les joints peuvent être approchés pour n'avoir qu'une distance axiale minimale l'un de l'autre. On obtient ainsi, d'une part, une réduction de l'angle d'inclinaison permanent du joint homocinétique et, partant, une prolongation de la durabilité du joint ou la possibilité d'employer des joints plus petits donc plus économiques. D'autre part, la dimension axiale du différentiel est réduite et la paliers peuvent être rapprochés l'un de l'autre, entraînant une nouvelle diminution du poids du différentiel. Le décalage radial vers l'extérieur avec disposition partielle des satellites dans l'ouverture ou les ouvertures du bottier se traduisent en plus par une augmentation du diamètre d'engrènement, donc par une diminution des efforts agissant sur les dentures lors de la transmission du couple. Il devient ainsi possible de choisir une denture plus petite dont la fabrication est plus économique. Il convient de maintenir la partie du satellite pénétrant dans l'ouverture à distance - dans le sens de rotation du boîtier - du bord de l'ouverture. Ceci assure que la transmission du couple de la couronne aux satellites s'effectue dans tous les cas sans l'intermédiaire du boîtier. Le nombre des satellites pour les voituresde tourisme sera générale- ment de deux; trois ou quatre satellites conviendront mieux pour la transmission de couples plus importants. Dans des cas particu- liers, le différentiel selon l'invention peut également être équi- pé de plus de quatre satellites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un différentiel selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel sont intégrés des joints homocinétiques; - la figure 2 est une coupe transversale prise suivant la ligne A-B de la figure 1; - les figures 3, 4 et 5 montrent chacune une demi-coupe axiale d'un deuxième, d'un troisième et d'un quatrième mode de réalisation d'un différentiel selon l'invention; - la figure 5a est un détail correspondant à une partie de la figure 5 mais montrant une variante utilisant des surfaces extérieures planes sur les satellites; - La figure 6 est une vue en élévation latérale partielle de la couronne utilisée dans L'exemple de figure 5; et - la figure 6a correspond à une partie de la figure 6 mais montre une partie de couronne avec des évidements, ajours ou ouvertures analogues ayant des bords droits. - La figure 1 représente un carter de pont 1 dans Lequel un boîtier de différentiel 3, composé des parties 3a et 3b, est monté rotatif par des roulements rainurés à billes 2. Les deux parties 3a, 3b du boîtier sont fixées par des vis 5 à la roue d'entraînement ou couronne 4, laquelle est fixée dans le plan médian du- boîtier 3a, 3b ou plan axial 15 des satellites 7. La partie 3b du boîtier présente des ouvertures radiales 10 et con- tient les satellites 7 et les roues entraînées coniques ou plané- taires 8 qui sont en prise avec les satellites. Dans ce mode de réalisation, les arbres de roue 9 sont montés dans Les planétaires 8 par des joints homocinétiques coulissants 10. Les joints homocinétiques coulissants 10 comprennent chacun un élément intérieur 10a qui est maintenu par des canne- lures sur l'arbre de roue 9 et est pourvu de rainures de guidage lob, ainsi qu'une cage 10c avec des billes 10d qui sont maintenues dans des fenêtres et sont guidées d'un côté dans les rainures lob et de l'autre côté dans des rainures 8a de planétaires 8 servant en même temps d'éléments extérieurs du joint Les satellites 7 sont situés en partie dans les ouvertures 6 du boîtier et sont pourvus sur le côté extérieur d'un tourilLon axial 7a. Ce tourillon pénètre dans l'évidement cylindrique 11a d'une clavette 11 qui, comme on peut le voir sur la figure 2, est logée dans une rainure de clavette 4a formée dans le côté intérieur de la couronne 4. On voit également sur la figure 2 que le satel- Lite 7 est maintenu espacé - dans le sens circonférentiel de la partie de boîtier 3b-du bord 6a de l'ouverture 6. La transmission d'un couple du satellite 7 à la partie 3b du boîtier est ainsi exclue. Depuis la couronne 4, le couple est transmis - par l'inter- médiaire de la clavette 11 logée dans la rainure de clavette 7a - au tourillon 7a et par suite au satellite 7, avec maintien de la libre possibilité de rotation du satellite par son tourillon 7a dans la clavette 11. Les forces de réaction axiales résultant de la transmission du couple aux planétaires 8 sont transmises par ces derniers aux parties 3a, 3b du boîtier par l'intermédiaire de rondelles 12. Le volume intérieur du différentiel, contenant les joints 10, est - étanché vis-à-vis de l'extérieur par des soufflets 13. Dans le mode de réalisation selon la figure 3, le boîtier 3 du différentiel est constitué de deux parties 3a, 3b de même forme et qui sont pourvues intérieurement d'un court rebord radial 3c en forme de bride. Selon la représentation de la figure 2, les rebords 3c entourent la rainure de clavette, dans laquelle est logée la cla- vette 11. En dehors des rainures de clavette, la couronne 4 se prolonge radialement vers l'intérieur sur une distance qui corres- pond à la profondeur des rainures de clavette. A ces endroits, les rebords 3c sont fixés à la couronne 4 par des vis (non représentées) uniformément réparties dans le sens de la circonférence de la couronne. Ce mode de réalisation est par ailleurs identique à celui des figures 1 et 2. Le mode de réalisation selon la figure 4 se distingue essentiellement de ceux des figures 1 à 3 par la liaison entre la couronne 4 et les satellites 7. Ces derniers présentent chacun un perçage cylindrique 7b s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du côté extérieur 7c, tandis que la couronne 4 présente des perçages cylindriques 4b orientés radialement et situés en regard des perçages des satellites. Chaque paire de perçages 4b, 7b contient un axe cylindrique 14 établissant une liaison par sûreté de forme assurant d'une part la transmission du couple de la couronne 4 aux satellites 7 et permettant d'autre part La libre rotation des satellites 7. Les côtés extérieurs 7c des satellites sont en calotte sphérique et sont situés dans des cavités 4c - réalisées au tour - en calotte sphérique complémentaires de la couronne 4. Les forces de réaction radiales agissant à La trans- mission du couple depuis les satellites 7 sur les planétaires 8 sont transmises à travers les surfaces 7c, 4c, éventuellement avec interposition d'un anneau d'usure, à la couronne 4, tandis que les forces de réaction axiales sont transmises depuis les planétaires 8 aux parties 3a et 3b du boîtier à travers les ron- delles d'usure 12. Dans le mode de réaLisation représenté sur les figures 5 et 6, le boîtier du différentiel est constitué de deux parties identiques 3a et 3b qui sont fixées par des vis 5 à la couronne 4 située entre elles. A travers l'ouverture 6 s'étendant sur toute la circonférence du bottier, la couronne 4 se prolonge jusqu'à l'intérieur du boîtier 3a, 3b. La couronne 4 présente quatre évi- dements 4 qui servent à La réception partielle des satellites 7. Ceux-ci possèdent sur Le côté intérieur et sur Le côté extérieur des tourillons cylindriques axiaux 7a, et les évidements 4d de la couronne 4 présentent des portions d'évidements 4e de forme complé- mentaire, dans lesquelles pénètrent les tourillons 7a. Comme dans le mode de réalisation selon la figure 4, les satellites 7 pos- sèdent une surface extérieure 7c en forme de calotte sphérique et sont appuyés dans des cavités de forme complémentaire 3d creusées au tour du boîtier. La couronne possède un certain nombre de trou 4f pour la fixation aux parties 3a et 3b du boîtier par des vis. A la place de la forme en calotte sphérique des surfaces extérieures 7c et des surfaces correspondantes des cavités, il est possible également de leur donner une forme plane, comme celLe désignée par 7d sur la figure 5a. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées. En particulier, la transmission du couple depuis la couronne 4 disposée dans le plan transversal 15 du différentiel aux satellites 7 est également réalisable d'une autre manière, mais en excluant toutefois la transmission du couple par le boîtier. L'application de l'invention n'est pas davantage limitée à des différentiels dans lesquels sont intégrés des joints homocinétiques; les arbres sortant du différentiel peuvent également être fixés directement aux planétaires 8, auquel cas des joints peuvent être prévus à l'extérieur du différentiel. Les avantages procurés par l'invention sont toutefois particulièrement manifestes dans le cas des différentiels à joints intégrés parce que l'espacement axial des centres des joints peut alors être réduit, ce qui permet de réduire également l'angle d'inclinaison permanent'des arbres, de sorte qu'on obtient une construction très compacte. La roue d'entraînement désignée ici par "couronne" est de préférence une roue avec une denture conique ou droite. Liste des références 10 1 Carter de pont 2 Roulement rainuré à billes 3 Boîtier du différentiel 3a Partie du boîtier 3b Partie du boîtier 3c Rebord en forme de bride du boîtier 3d Cavité en calotte sphérique réalisée au tour 4 Roue d'entraînement ou couronne 4a Rainure de clavette 4b Perçage 4c Cavité en calotte sphérique réalisée au tour 4d Evidement 4e Portion de l'évidement 4f Trous Vis 6 Ouverture(s) du boîtier 6a Bord d'ouverture 7 Pignon conique formant satellite 7a Tourillon du satellite 7b Perçage 7c Côté extérieur en calotte sphérique 7d Surface plane 8 Roue conique entrainée ou planétaire 8a Rainure 9 Arbre de roue Joint homocinétique coulissant a ELément intérieur du joint lob Rainure de guidage 10c Cage d Billes 11 Clavette 11a Logement de clavette 12 Rondelles 13 Soufflet 14 Axe Plan de différentiel ou plan axial 16 Denture de la couronne 2568 198 R E V E N D I CATI 0 N S 1. Différentiel pour véhicules automobiles, comprenant un boîtier de différentiel monté rotatif, une roue dentée d'entraî- nement ou couronne disposée sur le boîtier,. au moins deux roues coniques montées rotatives et formant des satellites et une paire de roues coniques entraînées qui sont en prise avec les satellites et forment des planétaires, dans chacun desquels peut être intégré un joint tournant homocinétique, caractérisé en ce que les satel- lites (7) sont reliés mécaniquement à la couronne (4) à l'aide d'évidements, ajours ou ouvertures radiales et/ou axiales ana- logues, le boîtier de différentiel (3) ou ses parties ou moitiés (3a, 3b) étant en liaison avec la couronne (4) et le boitier de diffé- rentiel (3) étant ajouré ou divisé (6) dans la région de chaque satellite (7). 2. Différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les évidements radiaux sont des rainures de clavette (4a) formées sur le côté intérieur de la couronne (4) et les satellites (7) portent sur leur côté extérieur un tourillon (7a) par lequel ils sont montés rotatifs dans des clavettes (11) disposées dans les rainures de clavette (4a). 3. Différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les évidements radiaux dans la couronne (4) sont des per- çages radiaux (4b), chaque satellite (7) présente sur le côté *extérieur un perçage axial (7b) et des axes (14) sont disposés dans les perçages mutuellement alignés (4b, 7b) de la couronne et des satellites. 4. - Différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne (4), réalisée sous forme d'un disque avec des ouvertures axiales (4d), est reliée sur les deux côtés à des par- ties (3a, 3b) du boîtier (3), les ouvertures axiales (4d) servant au montage en rotation des satellites (7). 5. Différentiel selon la revendication 4, caractérisé en ce que les côtés extérieurs des satellites (7) sont en calotte sphérique et s'appliquent contre un côté intérieur (4c) de forme complémentaire des parties (3a, 3b) du boîtier. 6. Différentiel selon la revendication 5, caractérisé en ce que des tourillons (7a) sont formés sur le côté extérieur et sur le côté intérieur des satellites (7) et pénètrent dans des parties correspondantes des ouvertures (4d). 7. Différentiel selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que son boîtier est constitué de deux parties (3a, 3b) ayant essentiellement la même forme, qui sont disposées sur les deux côtés de la couronne (4). 8. Différentiel selon L'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que son boîtier est constitué de deux parties (3a, 3b) ayant des formes différentes, qui sont disposées du même côté de la couronne (4). 9. Différentiel selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque satellite (7) est disposé par- tiellement dans l'ajour ou l'ouverture (6) correspondant du boîtier. 10. Différentiel selon la revendication 9, caractérisé en ce que la partie du satellite (7) pénétrant dans l'ouverture (6) est maintenue espacée du bord (6a) de l'ouverture dans le sens de la rotation du boîtier (3a, 3b).