Brevet FR2575801A1 — publié le 19860711

Différentiel perfectionné à adaptation du couple et à carter sectionnel La présente invention concerne un différentiel perfectionné à adaptation du couple et à carter sectionnel. Des différentiels à adaptation du couple du type à engrena- ges hélicoidaux possédant une charge initiale inhérente de couple de friction sont bien connus comme le montrent, par exemple, les brevets US-A-3 706 239 et US-A-4 365 524. Comme indiqué dans le brevet US-A-3 706 239, les éléments d'engrenage, fournissant le couple, d'un différentiel à engrenages hélicoidaux peuvent être conçus pour fournir une charge initiale in- hérente de couple de friction lorsqu'un mouvement relatif se produit en raison de l'action différenciatrice du mécanisme. Dans le carter sont prévues plusieurs paires séparées de logements de pignons qui sont espacées dans le sens circonférentiel et communiquent avec la chambre centrale aux extrémités opposées de laquelle sont montés les planétaires hélicoïdaux. Dans les logements de pignons est montée, avec ajustement tournant au diamètre extérieur, une paire de pi- gnons hélicoîdaux déportés longitudinalement qui s'engrènent l'un dans l'autre à leurs extrémités adjacentes, les extrémités éloignées des pignons s'engrenant dans les planétaires qui sont montés concen- triques sur les arbres de sortie au moyen de cannelures. Les forces transversales imposées par la charge des dentures sur les pignons provoquent une résistance de friction inhérente au niveau de l'ajus- tement au diamètre extérieur, ce qui induit une charge initiale inhé- rente de couple. L'importance du couple de charge initiale est pro- portionnelle à la charge transversale des dentures qui est elle-même proportionnelle au couple transmis par l'intermédiaire de l'agence- ment de différentiel. L'angle d'hélice des engrenages induit une poussée axiale sur les pignons du différentiel, ce qui provoque une résistance de friction due à l'entraînement par friction des extrémi- tés axiales des pignons avec la partie inférieure des logements de pignons du carter supportant le différentiel. - 2 - La friction due aux forces de réaction imposées au carter au niveau des extrémités axiales des pignons engrenés est provoquée par les forces de poussée de l'angle d'hélice des engrenages. Ces forces de frictions imposées au carter s'ajoutent à celles créées par le contact de glissement des surfaces de saillie des pignons sur les pa- rois circulaires des logements de pignons. Les logements de pignons étant- disposés par paires séparées, le carter entoure davantage les pignons que si ceux-ci n'étaient pas montés dans des paires séparées. On peut faire varier les forces de friction en modifiant le diamètre des pignons, leur pas primitif ou leurs angles d'hélice, ce qui per- met d'obtenir des paramètres pouvant être modifiés pour s'adapter à plusieurs besoins de conception spécifiques. On peut également fai- re varier le nombre de paires de pignons pour obtenir un couple de charge initiale différent. Comme indiqué dans le brevet US-A-3 706 239, la force des dents qui s'exerce que les pignons engrenés possède également une composante radiale en raison de l'angle de pression des dents des pi- gnons. Ceci tend à provoquer un défaut d'alignement des différents- pignons ou leur déboîtement. La présence des forces axiales de dentu- re, dues à l'angle d'hélice, induit également un couple de déboîte- ment qui tend à augmenter le couple de forces de déboîtement provoqué par la composante de force radiale pour l'un des pignons car il est diminué pour l'autre. Les couples de forces induits par l'angle d'hé- lice s'ajoutent aux forces de poussée axiale sur le carter et les forces de poussée de réaction sur les planétaires. Les forces exer- cées sur les planétaires créent un déséquilibre de forces dfi à la présence de friction dans les engrènements de pignons et entre le carter et les pignons. Il en résulte une force primaire, s'exerçant sur le planétaire, qui est différente de la force de réaction imposée au planétaire opposé. Les forces transversales au point d'engrènement des pignons de chaque paire, qui sont réparties sur la paroi de car- ter périphérique, sont supérieures aux forces transversales corres- pondantes qui se manifestaient au niveau des points d'engrènement des pignons des engrenages différentiels connus, dans lesquels est prévu un cercle entier de pignons. Les charges transversales exercées au - 3 - niveau des points d'engrènement des pignons dans ces agencements con- nus tendent à s'annuler mutuellement. La présente invention a été mise au point en tant que per- fectionnement de ces mécanismes différentiels connus et elle a pour objet de réduire les coûts de fabrication et d'améliorer la préci- sion de fonctionnement. La présente invention vise à fournir un différentiel perfec- tionné du type à engrenages hélicoidaux et à adaptation du couple, dans lequel le carter comprend un élément de corps à l'une des extré- mités duquel est fixé un élément de couvercle amovible, ladite extré- mité de l'élément de corps renfermant plusieurs paires séparées de logements de pignons longitudinaux espacées dans le sens circonféren- tiel autour d'un alésage longitudinal central. La portion de couver- cle est de préférence guidée par la portion de corps, afin de facili- ter l'assemblage et l'alignement réciproque des différents composants du différentiel. Plus spécialement selon l'invention, les logements de pi- gnons de chaque paire sont de profondeur inégale, des moyens étant prévus pour que les extrémités éloignées des pignons hélicoldaux cor- respondants déportés longitudinalement soient maintenues adjacentes aux surfaces de poussée axiale prévues respectivement sur les por- tions de corps et de couvercle. A cet effet, le pignon monté dans le logement le plus profond comporte un prolongement de moyeu qui s'étend axialement et dont l'extrémité libre coopère avec une surface de poussée axiale prévue sur la portion de couvercle. La longueur de l'autre pignon hélicoïdal correspond au logement de pignon le moins profond, de manière que l'une des faces extrêmes de ce pignon soit maintenue adjacente à une surface de poussée axiale prévue sur la portion de couvercle. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, un élément d'écartement d'engrenages est prévu pour supporter la poussée axiale entre les planétaires hélicoidaux qui sont montés à des extré- mités opposées de la chambre centrale et pour s'engrener dans les parties extrêmes éloignées des pignons hélicoidaux déportés longitu- dinalement. L'élément d'écartement est muni d'un alésage débouchant 4 radial-dans lequel est logé un élément d'écartement d'arbre central qui s'étend radialement entre les arbres de sortie espacés axialement et qui les supporte. Une fenêtre d'accès latéral est prévue dans le corps de carter pour insérer radialement l'élément d'écartement cen- tral entre les extrémités adjacentes des arbres après avoir monté des dispositifs de blocage en forme de C dans des rainures correspondan- tes prévues dans les parties extrêmes adjacentes des arbres primai- res, afin d'interdire tout déplacement axial, vers l'extérieur, des arbres de sortie par rapport aux planétaires correspondants. Dans un mode de réalisation de l'invention, le carter du différentiel est réalisé en fonte nodulaire pour en améliorer l'usi- nabilité et réduire la déformation lors du traitement thermique. Pour améliorer la résistance et réduire l'usure due aux composants inté- rieurs rotatifs, le carter peut être trempe dans le cadre d'un trai- tement thermique approprié. Selon une variante, le carter peut être exécuté à partir d'acier cémenté et trempé. De préférence,la chambre des planétaires et les logements de pignons sont usinés en une seule opération pour réduire les erreurs d'usinage entre les logements de pignons correspondants. Le logement des planétaires est réalisé en une seule passe. Dans la mesure o des surfaces de poussée trempées sont prévues sur le carter et le couvercle, il n'est pas nécessaire de mettre en place des rondelles de butée séparées. La conception simplifiée du différentiel permet de réduire les problèmes de fabri- cation sans pour autant nuire au rendement. Il n'est plus nécessaire d'usiner l'appareil à l'issue de l'assemblage final, ce qui réduit le risque d'intrusion de copeaux métalliques pouvant perturber le fonc- tionnement intérieur de l'appareil. Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la Fig. 1, une vue en coupe longitudinale centrale du différentiel à adaptation du couple et à pignons hélicoïdaux conforme à la présente invention; - les Figs. 2 et 3, des vues en coupe selon, respectivement, -5- les axes 2-2 et 3-3 de la Fig. 1; - les Figs. 4 et 5, des vues en coupe longitudinale des deux types de pignons hélicoïdaux utilisés dans le mode de réalisation de la Fig. 1; - les Figs. 6 et 7, des vues, respectivement, de face et de côté du moyen d'écartement des planétaires; et les Figs. 8 et 9, des vues, respectivement, en coupe longi- tudinale et de face des planétaires de l'appareil conforme à la Fig. 1. En référence à la Fig. 1, l'appareil à différentiel de la présente invention comprend un carter sectionnel 2 comportant une portion de corps 2a à l'une des extrémités de laquelle une portion de couvercle guidée 2b est fixée de manière amovible au moyen de boulons 4. Ladite extrémité de la portion de corps comporte un alésage longi- tudinal central 6 et plusieurs paires, espacées dans le sens circon- férentiel, de logements de pignons longitudinaux 8 et 10 qui communi- quent l'un avec l'autre et avec l'alésage central 6. A chaque extrémité de la chambre délimité par l'alésage central 6 est montée une paire de planétaires hélicoidaux 12 et 14 dont les extrémités éloignées comprennent des prolongements de moyeuxaxiaux 12a et 14a qui sont logés aans des alésages pratiqués respectivement dans les portions de corps et de couvercle. Les portions de corps et de cou- vercle comportent des ouvertures d'arbres de sortie 2c et 2d qui sont alignées sur l'axe longitudinal du carter et qui reçoivent les extré- mités adjacentes d'une paire d'arbres de sortie alignés et espacés axialement 16 et 18 sur lesquels sont clavetésrespectivement les pla- nétaires 12 et 14 au moyen de cannelures. Entre les extrémités adjacentes des planétaires 12 et 14 est monté, de manière coaxiale et contiguë, un élément d'écartement de planétaires 20 de forme sensiblement annulaire. Comme le montrent les Figs. 6 et 7, l'élément d'écartement de planétaires présente sensi- blement la forme d'un C et comporte; à chacune de ses extrémités, de surfaces plates de palier de butée munies de plusieurs rainures de répartition d'huile espacées et s'étendant radialement 20a. Les faces correspondantes des planétaires peuvent comporter des rainures de ré- - 6 - partition d'huile s'étendant radialement identiques, telles que les rainures 12b de la Fig. 9. Au milieu de ses extrémités, l'élément d'écartement de planétaires comprend un alésage débouchant s'étendant radialement 20b permettant de loger un élément d'écartement d'arbre de sortie, comme indiqué ci-après. Des pignons hélicoïdaux, respectivement, 24 et 26 sont mon- tés à l'intérieur de chaque paire de logements de pignons 8 et 10 de manière espacée longitudinalement et avec ajustement tournant au dia- mètre extérieur. Ces pignons, qui possèdent des angles d'hélice res- pectivement à droite et à gauche, sont engrenés l'un dans l'autre au niveau de leurs extrémités adjacentes et, au niveau de leurs extrémi- tés éloignées, ils sont engrenés dans les planétaires hélicoïdaux 12 et 14 qui possèdent des angles d'hélice à droite et à gauche corres- pondants. Comme le montre la Fig. 1, les logements 8 renfermant les pignons 24 sont plus profonds que les logements 10 renfermant les pi- gnons 26. La profondeur de chaque logement 10 correspond à la lon- gueur de chaque pignon correspondant 26 et la surface extrême droite de chaque pignon 26 (comme le montre la Fig. 1) est donc adjacente à une surface correspondante de palier de butée prévue sur la portion de couvercle 2b. Pour maintenir les pignons 24 dans des positions o leurs surfaces extrêmes gauches sont adjacentes aux surfaces de pous- sée axiale correspondantes prévues sur la portion de corps 2a, les pignons sont munis, sur leurs extrémités droites, de prolongements de moyeu venus de matière 24a qui s'étendent longitudinalement par rap- port aux logements de pignons 8 et dont les extrémités libres s'enga- gent dans des surfaces de poussée axiale correspondantes prévues sur la portion de couvercle 2b. A chaque extrémité, les pighons hélicol- daux 26 comportent des évidements de réception d'huile 26a, et la surface extrême gauche du pignon 24 et la surface extrême du prolon- gement de moyeu de pignon 24a comportent des évidements de réception d'huile 24b. En référence à la Fig. 1, la portion de corps de carter 2a comporte, entre ses extrémités, une fenêtre d'accès 30 permettant de fixer un dispositif de blocage en forme de C à l'extrémité de chaque arbre de sortie se trouvant à l'intérieur du carter, afin d'interdire -7- tout mouvement vers l'extérieur des arbres de sortie par rapport -à leurs planétaires respectifs. Pour maintenir les extrémités adjacen- tes des arbres de sortie espacées axialement, un élément d'écartement cylindrique 34 est introduit entre les extrémités adjacentes des ar- bres de sortie par l'intermédiaire de la fenêtre d'accès 30 et de l'ouverture radiale 20b prévue dans l'élément d'écartement de plané- taires 20 qui est fixé par un boulon 36 à un prolongement latéral ve- nu de matière 2c de la portion de corps, pour interdire la rotation de l'élément d'écartement 20 par rapport au carter 2. Sur sa périphé- rie extérieure, l'élément d'écartement de planétaires 20 est muni de paires longitudinales de rainures 20c espacées dans le sens circonfé- rentiel qui supportent les parties adjacentes engrenées des pignons 24 et 26. A son autre extrémité, la portion de corps de carter 2a com- porte une partie extérieure de bride annulaire 2e à laquelle la cou- ronne de planétaire 37 est fixée au moyen de boulons 38, cette cou- ronne de planétaire étant entraînée par l'arbre moteur 40 par l'in- termédiaire du pignon de commande 42, afin d'entraîner le carter en rotation autour de son axe longitudinal. Si l'on suppose que le carter est entraîné en rotation à partir de l'arbre moteur 40 par l'intermédiaire du pignon 42 et de la couronne de planétaire 36, le couple d'entraînement est fourni aux arbres de sortie 16 et 18 par l'intermédiaire des deux trajets paral- lèles de couple comprenant respectivement les pignons hélicoïdaux en- grenés 24 et 26 et les planétaires 12 et 14. Une charge de denture radiale est ainsi transmise aux pignons, ce qui produit une résistan- ce de friction due à la rotation et provoque un couple de charge ini- tiale inhérente. En raison de l'angle d'hélice appliqué aux pignons 24 et aux planétaires correspondants, une force de poussée est pro- duite sur les pignons et provoque une résistance de friction dans la mesure o les pignons coopèrent avec les extrémités de leurs loge- ments de pignons respectifs. Une force de poussée est également in- duite sur l'élément d'écartement en raison de la charge axiale de denture s'exerçant sur les deux planétaires. Dans le sens inverse, une autre force de poussée est produite en raison des charges axiales - 8 - de denture transmises aux épaulements 2f et 2g prévus respectivement sur les portions de carter 2a et 2b. Lorsque le mécanisme différentiel transmet un couple et que le véhicule évolue en ligne droite, il n'y a pas de mouvement diffé- rentiel dans les engrenages. Il n'y a donc pas de-couple de charge initiale, sauf quand le véhicule est soumis à des manoeuvres de bra- quage ou quand l'une des roues de réaction n'assure plus la traction et qu'un état de patinage tend à s'instaurer. Dans la mesure toute- fois o ces états sont passagers, aucune perte de puissance prolongée imputable à la friction ne peut se produire. Toute surchauffe ou rup- ture de la pellicule lubrifiante ne peuvent pas se produire. L'huile de graissage appropriée permettant d'obtenir une pellicule normale d'huile peut être introduite dans les logements de pignons et d'engrenages par l'orifice d'huile 50 de la portion de couvercle 2b, comme indiqué à la Fig. 1, et d'un orifice d'huile identique (non représenté) prévu à l'extrémité de bride du corps. L'huile de graissage se trouvant normalement dans le carter de diffé- rentiel est envoyée, par l'intermédiaire de ces orifices, vers l'in- térieur du carter de support. - La présente invention présente plusieurs avantages intéres- sants. Par exemple, la conception du carter sous la forme d'un bot- tier comportant une partie de bride 2e renforce l'ensemble de l'appa- reil. En outre, la fabrication de la portion de corps est plus aisée et précise dans la mesure o l'usinage de l'alésage longitudinal cen- tral et des logements de pignons peut s'effectuer une une seule et même phase, ce qui garantit un alésage précis avec des axes parallè- les. En supprimant l'usinage final à l'issue de l'assemblage, on évi- te tout risque d'intrusion de copeaux métalliques susceptibles de perturber le fonctionnement intérieur de l'appareil. En trempant les surfaces recevant la poussée prévues sur les surfaces du carter, on fait l'économie de rondelles de butée. Enfin, le guidage de la por- tion de couvercle 2b sur la portion de corps par l'intermédiaire de la partie extérieure de bride concentrique 2h de l'élément de couver- cle garantit un alignement précis des parties, ce qui facilite l'as- semblage des composants du différentiel. - 9 - REVENDICATIONS 1 - Mécanisme différentiel du type à adaptation du couple et pignons hélicoïdaux possédant une charge initiale inhérente de couple de friction, caractérisé en ce qu'il comprend (a) un carter sectionnel (2) conçu pour être entraîné en rotation autour de son axe longitudinal, ledit carter comprenant (1) une portion de corps (2a) comportant à l'une de ses extrémités: (a) un alésage central longitudinal (6);et (b) plusieurs paires, s'étendant longitudinalement, de logements de pignons (8, 10) disposées de manière espacée sur la circonférence autour dudit alésage central, les logements de chaque paire étant en communication l'un avec l'autre et avec ledit alésage central; et (2) une portion de couvercle extrême (2b) reliée à ladite extrémité de ladite portion de corps afin de fermer les extrémités dudit alésage central et desdits logements de pignons; (3) lesdites portions de corps et extrême comportant des ouvertures d'arbres de sortie (2c, 2d) pratiquées coaxialement à l'axe longitudinal dudit carter et communiquant avec la chambre centrale délimitée par ledit alésage central (6); (b) une paire de planétaires hélicoldaux (12, 14) espacés longitudinalement et logés, dans des extrémités opposées de ladite chambre, coaxialement à l'axe longitudinal dudit carter (2), lesdits planétaires (12, 14) étant conçus pour être montés, à l'aide de cannelures, sur les extrémités adjacentes d'une paire d'arbres de sortie (16, 18) alignés, espacés axialement et traversant lesdites ouvertures de carter (2c, 2d), lesdits planétaires (12, 14) possédant, à leurs extrémités éloignées, des surfaces de poussée axiale conçues pour coopérer avec des surfaces de poussée correspondantes prévues respectivement sur lesdits éléments de corps et de couvercle; - 10 - (c) un moyen d'écartement de forme sensiblement annulaire (20) monté coaxialement entre lesdits planétaires, ledit moyen d'écartement et lesdits planétaires possédant, a leurs extrémités adjacentes, des surfaces de poussée axiale coopérant ensemble; (d) des paires de pignons hélicoïdaux (24, 26) logés, avec ajustement tournant au diamètre extérieur, avec un déport longitudinal dans lesdites paires de logements de pignons (8, ), les pignons de chaque paire étant égrenés l'un dans l'autre au niveau de leurs extrémités adjacentes, les extrémités éloignées de ladite paire de pignons étant engrenées dans les planétaires correspondants (12, 14); et (e) un moyen (24a) supportant les pignons de chaque paire adjacente aux extrémités éloignées des logements de pignons correspondants (8), les extrémités éloignées desdits pignons comportant des surfaces de poussée conçues pour coopérer avec les surfaces de poussée correspondantes prévues respectivement sur lesdites portions de corps et de couvercle (2a, 2b). 2 - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion de couvercle (2b, 2h) est guidée sur ladite portion de corps (2a). 3 - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les logements de chaque paire de logements (8, 10) sont de profondeur inégale, et en ce que le moyen de support du pignon (24) monté dans le logement le plus profond (8) comprend une partie de moyeu venue de matière (24a) qui s'étend longitudinalement à partir dudit pignon et dont l'extrémité libre s'engage dans ladite portion de couvercle (2b). 4 - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'écartement (20) comprend, entre ses extrémités, un alésage radial (20b), et en ce qu'il comprend également un élément d'écartement d'arbres (34) logé dans ledit alésage radial (20b) et s'étendant entre les extrémités adjacentes des arbres de sortie (16, 18). 5 - Appareil conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (36) permettant de boulonner ledit élément d'écartement d'arbres (34) à ladite portion de corps (2c, 2a) afin - 11 - d'interdire toute rotation dudit moyen d'écartement de planétaires (20) par rapport à ladite portion de corps (2a). 6 - Appareil conforme - la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément d'écartement d'arbres (34) est conçu sous la forme d'un C afin de délimiter une ouverture longitudinale prolongeant la longueur dudit élément d'écartement (34), ledit alésage radial (20b) étant diamétralement opposée à ladite ouverture longitudinale. 7 - Appareil conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que ladite portion de corps de carter (2a) comporte ledit alésage radial (20b), et en ce qu'elle comprend un moyen de blocage (20) qui est prévu dans ladite chambre de commande adjacente à ladite ouverture de fenêtre (30) et qui est destiné à bloquer les arbres de sortie (16, 18) contre tout déplacement axial vers l'extérieur par rapport aux planétaires correspondants (12, 14). 8 - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit carter (2) comprend, à son autre extrémité, une partie de bride venue de matière (2e), conçue pour être reliée au moyen d'entrainement (40, 42, 37) conçu pour faire tourner ledit carter autour de son axe longitudinal. 9 - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alésage central (6) et lesdits logements de pignons (8, 10) sont usinés en une seule opération à partir de ladite extrémité de carter. 10 - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le carter (2) est réalisé en fonte nodulaire. Il - Appareil conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que les surfaces de poussée du carter (2) sont trempées par traitement thermique.