Brevet FR2581151A1 — publié le 19861031

DIFFERENTIEL AUTOMATIQUE EN PRIS-E DIRECTE ET A COUPLAGE SELECTIF AUTONOME La présente invention a trait à un nouveau type de différentiel susceptible d'être utilisé sur tous véhicules automoteurs et tous dispositifs mettant en oeuvre la fonction "différentiel". Le différentiel classique à satellites et planétaires est universellement connu depuis de très nombreuses années. C'est ce dispositif qui équipe la quasi-totalité des véhicules automobiles actuels. Il présente néanmoins le grave inconvénient qu'en cas de déséquilibre des couples résistants appliqués aux deux roues motrices, L'effort moteur se dirige vers la roue soumise à la plus faible résistance, avec cette conséquence pernicieuse qu'en cas de perte d'adhérence d'une des roues, l'effort moteur se transforme en accélération de la roue en perte d'adhérence, ce qui est non seulement inutile mais dangereux. On a bien pensé à pallier cet inconvénient en réalisant des ponts différentiels auto-bloquants, automatiques ou non, mais de tels systèmes sont complexes, encombrants et coûteux. Le but de l'invention est de proposer un nouveau type de différentiel exempt de tels défauts et néanmoins simple de conception et facile à réaliser tout en étant particulièrement efficace. A cet effet, l'invention a pour objet un différentiel automatique en prise directe et à couplage sélectif autonome, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un premier pignon planétaire solidaire de l'un des deux demi-arbres moteurs du véhicule et en prise avec au moins un premier satellite tourillonnant sur un axe parallèle audit demi-arbre et porté par une cage mobile portant une couronne d'entraSnement en prise avec l'arbre moteur du véhicule et d'un second pignon planétaire solidaire de l'autre demi-arbre, coaxial aux deux demi-arbres et en prise avec au moins un second satellite coaxiaL au premier satellite et solidaire de ce dernier, les dentures des seconds planétaire et satellite étant helicoldaLes, de mêmes caractéristiques et de même sens, en sorte que lesdits seconds planétaire et satellite soient susceptibles de tourner ensemble et dans Le même sens, cependant que Lesdits premiers planétaire et satei- lite ont des dentures leur permettant une rotation en sens contraire l'un de l'autre. Un tel dispositif assure Les fonctions traditionnelles d'un différentiel classique sans en avoir Les inconvénients. C'est ainsi qu'en cas de perte d'adhérence de l'une des roues motrices, la vitesse de rotation de celLe-ci n'est pas pour autant accélérée et Le couple moteur est reporté intégralement sur la roue ayant toujours son adhérence. D'une manière générale, le couple moteur est, soit réparti équitablement entre les deux demi-arbres moteurs, soit, en cas de déséquilibre dans les couples résistants appliqués aux roues motrices, reporté au prorata du déséquilibre et automatiquement sur Le demi-arbre auquel est appliqué le couple résistant le pLus élevé. De tels avantages sont particulièrement remarquables et intéressants non seulement dans le domaine de l'automobile mais également partout ou un tel différentiel peut trouver application. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif selon L'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard du dessin annexé sur lequel: - Figure 1 represente un montage de deux vis identiques permettant de mettre en évidence les principes essentiels du différentiel selon l'invention, et - Figure 2 est une vue en coupe verticaLe axiale d'un mode de réalisation d'un différentiel conforme à l'invention. La figure 1 représente un petit montage destine à miteux faire comprendre les principes essentiels sur lesquels est basé le dispositif selon la présente invention. Ce montage comprend deux vis hélicoldales 1 et 2 absoLument identiques (filets de même sens), disposées parallèlement et maintenues dans un cadre 3. Les vis ont les mêmes caractéristiques techniques, et sont en prise mutuelle et montées en rotation libre dans le cadre 3. En supposant le cadre 3 fixe, on constate que les vis 1 et 2 ne peuvent tourner par rapport au cadre que dans le même sens,comme illustré par les flèches 4 et 5,et à la même vitesse et seulement dans la mesure où les deux vis sont toutes les deux soumises à un couple de rotation dans le même sens. Si une seule des vis 1 ou 2 est soumise à un couple de rotation elle demeure immobile et ne peut entratner l'autre vis en rotation. Le dispositif représenté en figure 2 met en application ces principes. Sur cette figure on a représenté partiellement en 6 et 7 les deux demi-arbres de roues motrices d'un véhicule automobile équipé d'un différentiel conforme à l'invention. L'un des demi-arbres 6 est solidaire à son extrémité d'une roue dentée centrale 8 coaxiale aux arbres 6,7 et dont la denture hélico Des roulements à billes il et rouleaux coniques 12 sont interposés entre l'arbre 7 et le puits central 10. Sur l'arbre 7 est clavetée une roue dentée 13 à taille droite coaxiale à l'arbre 7 et dont le diamètre correspond à celui de la roue 8. Cette roue 13 fait office de pignon planétaire de l'arbre 7, la roue 8 faisant elle-même office de pignon planétaire de l'arbre 6. Les roues 8 et 13 sont entourées par une cage mobile 14 à la périphérie de laquelle sont fixés des axes 15 porte-satellites parallèles aux arbres 6,7. La cage 14 est munie de part et d'autre de prolongements cylindriques 14a servant d'appui à des paliers de roulements à rouleaux coniques 16 interposés entre lesdits prolongements 14a et, d'une part, les demi-arbres 6 et 7 et, d'autre part, le boitier du différentiel symbolisé en 17. La cage 14 est solidaire d'une couronne dentée 18, par exemple hypoïde, en prise avec un pignon hypoïde (non représenté) monté en bout de l'arbre moteur. Sur chaque axe 15 tourillonne librement un satellite double comprenant un pignon à taille droite 19 en prise avec la roue 13 et un pignon à denture hélico1dale en chevrons 20 en prise avec la denture 9. Les deux pignons 19-20 sont solidaires l'un de l'autre. Les deux parties de la denture en chevrons 9 sont identiques et symétriques par rapport au diamètre médian de la roue 8 et il en est de même de La denture en chevrons du satellite 20. Les filets à droite de la denture 9 sont en prise avec les filets à droite de la denture du satellite 20 et il en est de même pour les filets à gauche. Les filets ont de préférence un profil ar-rondi ou sensiblement sinusoldal et des dimensions telles que les filets d'un engrenage Rpousent pratiquement tout l'espace entre les filets de L'engrenage en prise. Les pas des filets sont identiques. Par ailleurs, il est nécessaire que l'inclinaison des filets des dentures des engrenages 8 et 20 sur l'axe de ces derniers soit inférieure ou au plus égale à la valeur correspondant au seuiL de réversibilité. Les cercles primitifs des roues 8 et 13 ne sont pas nécessairement égaux, de même que ceux des pignons 19 et 20. Le nombre de satellites doubles 19-20 peut être variable. ILs sont de préférence régulièrement répartis angulairement à la périphérie de la cage 14. On peut prévoir un seul axe 15, ou bien deux axes 15 porte-satellites diamétralement opposés, ou bien trois décalés de 1200, ou un plus grand nombre, en fonction du travail à fournir, à la limite les satellites 19-20 étant côte à côte mais sans être en prise pour ce qui concerne les pignons 19 puisque deux d'entre eux ne peuvent tourner dans le même sens en étant en prise. Le fonctionnement du dispositif représenté et décrit ci-dessus est le suivant. Lorsque la couronne 18 est entraînée en rotation, les satellites 19-20 entraînent simultanément les demi-arbres 6 et 7 dans le même sens de rotation, c'est à dire dans le sens avant ou le sens arrière des roues motrices du véhicule. La cage 14 ne peut pas, en effet, tourner librement autour des demi-arbres 6,7 sans les entra9ner. Pour cela, il faudrait que les satellites 19-20 tournent autour des roues 8 et 13 demeurant immobiles. Comme la roue 8 et le satellite 20 ne peuvent tourner que dans le même sens, le satellite 19 solidaire du satellite 20 ne peut suivre puisqu'il est en prise avec la roue 13 à taille droite. Les satellites 19-20 entraînent donc, au cours de la rotation de la couronne 18, simultanément les roues 8 et 13 dans le même sens et à la même vitesse, en supposant que les couples résistants opposés aux deux roues motrices sont égaux. On va maintenant supposer que le véhicule est en virage et que, par exemple, le demi-arbre 6 voit son couple résistant augmenter et ralentit sa vitesse de rotation. De ce fait, la roue 8 est sollicitée pour tourner par rapport à la cage 14. Par ailleurs, la réaction de la roue 13 sur le satellite 19 sollicite le satellite 20 pour tourner également par rapport à la cage 14 et dans le même sens que la roue 8. On a vu plus haut que dans une telle circonstance les deux engrenages 8 et 20 pouvaient alors tourner. C'est ce qu'ils font et, par suite, le demi-arbre 7 peut accélérer proportionnellement à la décélération du demi-arbre 6. Le dispositif fonctionne exactement à la manière d'un différentiel classique mais avec cette différence essentielle que, si dans le différentiel classique le couple moteur se reporte partiellement automatiquement sur la roue accélérée, par contre, dans le présent dispositif, le satellite 20 est en permanence "contrôlé" et sous la dépendance de la roue 8, c'est-à-dire de la roue qui a le plus fort couple résistant, en sorte que le couple moteur appliqué par la cage 14 est communiqué de manière privilégiée et en permanence au demi-arbre 6. A couple résistant égal sur les deux roues le couple moteur est équitablement réparti sur les deux roues 8 et 13 et, plus Le déséquilibre sera grand entre les couples résistants appliqués aux roues, plus le couple moteur sera appliqué à celle des roues qui subit le couple résistant le plus élevé. Il en est bien entendu de même si c'est l'autre demi-arbre 7 qui subit un ralentissement. On va maintenant supposer la situation inverse, par exemple l'une Ges roues motrices roule sur une plaque de glace. On connaît l'inconvénient majeur du différentiel classique qui, dans ce cas, reporte pratiquement tout le couple moteur sur la roue à laquelle on n'oppose plus de résistance. Cet inconvénient est totalement éliminé avec le dispositif de l'invention du fait que si, par exemple, le demi-arbre 6 voit son couple résistant appliqué par la roue fortement réduit, ce n'est pas pour autant qu'il va être entraîné. En effet, rien ne sollicitant la roue 8 pour qu'elLe tourne plus vite, le satellite 20 demeure donc "calé" sur La roue 8 en application du phénomène observé sur la figure 1 selon lequel la rotation de l'une des vis par rapport au cadre est impossible si l'autre vis n'est pas également sollicitée dans le même sens. Par suite, la vitesse de rotation du demi-arbre 6 demeure egale à celle du demi-arbre 7 et le couple moteur est transféré au demi-arbre 7 au prorata de la diminution du couple résistant subie par le demi-arbre 6. Ainsi, d'une part, la roue de l'arbre 6 ne patine pas et, d'autre part, l'effort moteur est reporté sur la roue qui adhère au sol. Le fonctionnement du dispositif est bien entendu analogue si c'est la roue entrainée par l'arbre 7 qui perd son adhérence, le satellite 19 n'entraînant pas plus vite la roue 13 puisqu'il est solidaire du satellite 20 lui-même "bloqué" par la roue 8. L'intérêt des dentures 9 et 20 en chevrons est d'annuler constamment les composantes axiales des efforts subis par chacun des engrenages. Les engrenages 8 et 20 peuvent bien entendu avoir des dentures simples telles que celles des vis 1 et 2 de la figure 1, mais, dans ce cas, il faut tenir compte des efforts de réaction exercés axialement sur les engrenages en question. La largeur de la roue 8 peut varier dans de larges mesures sans modification de l'agencement des demi-arbres 6,7 du fait de la structure en forme de manchon creux de la roue 8 recouvrant plus ou moins l'extrémité du demi-arbre 7. Un accroissement de la largeur de la roue 8 permet de faire passer une puissance supérieure. Le dispositif fonctionne évidemment dans les deux sens de marche du véhicule. De même, il est parfaitement réversible et permet d'utiliser Le frein moteur, les couples moteurs des demi-arbres 6,7 étant transmis à la couronne 18 de manière absolument réversible. Il est par ailleurs à noter qu'un tel dispositif, décrit ci-dessus dans son application comme différentiel pour véhicule automobile, peut être également appliqué au verrouillage contrôlé et, d'une manière générale, à tout système mettant en oeuvre la fonction différentiel. Enfin, l'invention n'est pas limitée au mode de réalsiation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Différentiel automatique en prise directe et à couplage sélectif autonome, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un premier pignon planétaire (13) solidaire de l'un (7) des deux demi-arbres moteurs du véhicule et en prise avec au moins un premier satellite (19) tourillonnant sur un axe (15) parallèle audit demi-arbre et porté par une cage mobile (14) portant une couronne d'entraînement (18) en prise avec l'arbre moteur du véhicule et d'un second pignon planétaire (8) solidaire de l'autre (6) demi-arbre, coaxial aux deux demi-arbres et en prise avec au moins un second satellite -{20) coaxial au premier satellite (19) et solidaire de ce dernier, les dentures des seconds planétaire (8) et satellite (20) étant hélicoldales, de mêmes caractéristiques et de même sens, en sorte que lesdits seconds planétaire et satellite soient susceptibles de tourner ensemble et dans le -même sens, cependant que lesdits premiers planétaire (13) et satellite (19) ont des dentures leur permettant une rotation en sens contraire l'un de l'autre. 2. Différentiel suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs axes (15) porte-satellites (19,20) angulairement régulièrement répartis à la périphérie de la cage mobile (14). 3. Différentiel suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit second planétaire (8) et chaque second satellite (20) ont des dentures en chevrons. 4. Différentiel suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les filets des dentures du second planétaire (8) et de chaque second satellite (20) ont un profil sensiblement sinuso1dal. 5. Différentel suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les cercles primitifs des premier et second planétaires (13,8; sont sensiblement égaux, de même que rex x des premier et second satellites !19,20).