Brevet FR2610380A1 — publié le 19880805

DifférentieJ à bagues de maintien décalage angulaire Domaine de l'invention L'invention concerne un différentiel perfectionné pour un véhicule à plusieurs roues motrices et conduite à l'avant afin d'accroître ses possibilités en virage. Arrière Plan technologique. Il est connu par des brevets antérieurs de réaliser des différentiels du type à bagues de maintien agissant lors d'un écart de vitesse, avec des bagues de maintien pour maintenir l'arbre de sortie tournant à vitesse supérieure dans un état désengagé (par exemple, lors d'un virage). De tels différentiels sont décrits dans les brevets des Etats Unis d'Amérique de Knoblock N 2 638 794, Bokovoy N 3 791 238, Myers N 2 830 466, Bawks N 4 424 725 et Neuman et al N 4 524 640, parmi d'autres. Ces différentiels connus qui ont été concédés à des sociétés devancières de l'actuelle demanderesse, sont normalement utilises pour entraîner, à partir de l'arbre moteur du véhicule, les arbres de sortie associés aux roues motrices du véhicule. Lors du développement des différentiels utilisés dans les tracteurs agricoles à quatre roues motrices et guidage avant ainsi que dans d'autres véhicules tout-terrain, il a été proposé d'entraîner les arbres des roues de guidage via un différentiel, et il a été constaté que lorsque les roues sont braquées de manière relativement importante, la vitesse de rotation de l'un des arbres moteurs de sortie a tendance à dépasser celle de l'arbre de sortie associé, d'une valeur telle que l'arbre tournant à vitesse supérieur se réengage (par exemple, lorsque l'angle de braquage du tracteur est supérieur à 42 , à l'exclusion de tout autre paramètre secondaire affectant le fonctionnement). La présente invention a été développée pour fournir un différentiel perfectionné du type à bagues de maintien agissant lors d'un écart de vitesse pouvant être installé dans le système de direction de l'essieu avant d'un tracteur agricole à quatre roues motrices afin d'autoriser un angle de braquage bien plus important que celui permis par un différentiel de type à plateau de friction Z610380 -2 - 2 0 ou un différentiel de type classique, et également maintenant la roue extérieure dans un état désengagé ce qui a pour effet de diminuer la perturbation apportée par le sol. En conséquence, un premier objectif de la présente invention est de fournir un différentiel du type à bagues de maintien agissant lors d'un écart de vitesse, dans lequel les éléments d'entraînement d'une bague de maintien sont déplacés angulairement par rapport aux éléments de pattes de l'autre bague de maintien, ainsi les roues de guidage d'un tracteur ou d'un autre véhicule à quatre roues motrices et à direction avant peuvent être tournées d'un angle de braquage relativement plus important sans que les éléments d'entraînement se réengagent. Les éléments de pattes sont répartis uniformément à la circonférence des bagues de maintien ayant une forme en C, les éléments de pattes d'une bague de maintien étant déplacés d'un angle donné par rapport à l'ouverture aménagée dans la bague de maintien, et les éléments de pattes de l'autre bague de maintien étant angulairement décalés d'un angle différent par rapport à l'ouverture aménagée dans ladite autre bague de maintien. Brave description des dessins. D'autres objets et d'autres avantages de la présente invention apparaîtront lors de l'étude de la description qui suit, cette description étant éclaircie par les dessins annexés dans lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe d'un différentiel perfectionné conforme à la présente invention, la Fig. 2 est une vue en élévation frontale de la pièce de came centrale du différentiel de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue en coupe prise selon la ligne de coupe 3 - 3 de la Fig. 2, la Fig. 4 est une vue en élévation frontale de l'une des pièces d'embrayage de la Fig. 1, la Fig. 5 est une vue en coupe prise selon la ligne de coupe 5 - 5 de la Fig. 4, la Fig. 6 est une vue en plan de la pièce d'entraînement centrale de la Fig. 1, la Fig. 7 est une vue en coupe prise selon la ligne de coupe 7 - 7 de la Fig. 6, - 3 - la Fig. 8 est une vue en élévation frontale de la bague de maintien de droite de la Fig. 1, la Fig. 9 est une vue en coupe prise selon la ligne de coupe 9 - 9 de la Fig. 8, la Fig. 10 est une vue en coupe prise le long de la ligne de coupe 10 - 10 de la Fig. 11, la Fig. 11 est une vue en élévation frontale de la bague de maintien de gauche de la Fig. 1, la Fig. 12 est une vue en coupe détaillée montrant la maniAre dont est assurée la liaison rotative entre une bague de maintien et sa pièce d'embrayage associée, les Figs. 13 à 15 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement d'un différentiel de l'art antérieur du type à bagues de maintien pendant des conditions de conduite rectiligne, intermédiaire et en virage de 50 respectivement, les Figs. 16 à 18 illustrent le fonctionnement du différentiel de la présente invention pendant des conditions similaires de conduite, la Fig. 19 est un diagramme comparant l'aptitude de manoeuvre en virage de 50c d'un tracteur 4 x 4 à entraînement par roues avant ayant un assemblage d'axe frontal qui comprend respectivement un différentiel standard, un différentiel à glissement limité et un différentiel conforme à la présente invention, la Fig. 20 est un diagramme illustrant le changement de vitesse dans le cercle de virage (couple de renversement) pour la roue intérieure d'un tracteur prenant un virage de 30 et un virage de 50 respectivement, les Figs. 21 et 22 sont des diagrammes explosés illustrant le fonctionnement d'une bague de maintien dans ces deux positions, position angulaire réglable et position limite relativement aux moyens de verrouillage sur la pièce d'entratnement centrale quand elle fonctionne dans les directions avant et arrière respectivement, et les Figs. 23 et 24 représentent des graphes montrant le cercle de virage en fonction de l'angle de braquage pour les rayons du cercle de virage des pneumatiques intérieurs et extérieurs respectivement. - 4 - Description de détail En se référant d'abord plus particulièrement à la Fig.], l'appareil différentiel de la présente invention comporte un carter 2 entraIné en rotation par un arbre moteur 4 par l'intermédiaire d'un pignon 6 et d'une couronne dentée 8 ledit carter contenant un élément moteur annulaire 10 disposé concentriquement par rapport aux extrémités adjacentes d'une paire d'arbres de sortie 12 et 14 disposés, colinéairement. Des engrenages latéraux 16 et 18 sont montés sous les arbres de sortie sans possibilité de rotation par rapport à ces arbres et portent les éléments d'embrayage 20 et 22 amovibles axialement et qui sont normalement poussés vers l'intérieur vers des positions d'embrayage dans lesquelles les dents d'embrayage 20a et 22a viennent en prise avec des dents correspondantes 10a prévues sur des faces opposées de l'élément moteur central 10. Un élément central formant came 24 de type classique est monté concentriquement dans l'élément moteur central et est verrouillé en rotation par rapport à celui-ci par une bague-ressort 26. L'élément central formant came comprend à ses extrémités opposées une pluralité de dents de came 24a et 24b coopérant avec des dents de came 20b et 22b sur les éléments d'embrayage 20 et 22, respectivement. Une paire de bagues de maintien 28 et 30 disposées colinéairement ont des extrémités rabattues montées libres en rotation dans des rainures 20c et 22c aménagées dans des faces adjacentes des éléments d'embrayage 20 et 22 respectivement. Chacune des bagues de maintien a généralement une configuration en C et est sollicitée radialement vers l'intérieur afin de permettre un montage à friction dans l'élément d'embrayage associé, comme montré à la Fig. 12. Les bagues de maintien 28 et 30 sont pourvues sur leurs faces adjacentes de pattes d'entratnement 28a et 30a orientées axialement -et réparties à la circonférence des bagues. Ces pattes d'entraînement se logent normalement dans des rainures correspondantes 24c situées dans la partie centrale externe formant épaulement 24d de la came centrale 24 lorsque les éléments d'embrayage 20 et 22 sont dans la position "embrayée" montrée A la Fig. 1. Conformément à une caractéristique de la présente invention, les éléments de pattes répartis uniformément à la circonférence de l'une des bagues de maintien se déplacent angulairement par rapport à ceux de l'autre bague de maintien. Le différentiel selon la présente invention maintient désengagée la roue la plus éloignée du centre du virage et permet ainsi un plus faible rayon de courbure en virage au véhicule équipé du différentiel. Comme montré aux Figs. 8 à 11, pour la bague de maintien gauche 28, les éléments de pattes adjacents à l'interval 28b ont respectivement des écartements angulaires de 23 ,53 et 34 ,98; pour la bague de maintien droite 30, ces écartements angulaires sont inversés. L'amplitude du déplacement angulaire des bagues de maintien 28 et est limitée par des éléments d'arrêt 10b dirigés radialement vers le centre et prévus dans l'éléments moteur central (comme montré aux Figs. 6, 7, 21 et 22) s'engageant dans les ouvertures des bagues de maintien, respectivement. En référence aux Figs. 13 à 15, il apparaît que pour un différentiel selon l'art antérieur (tel que celui décrit dans le brevet de Bokovoy mentionné précédemment), lorsque le véhicule amorce un virage à gauche, l'élément d'embrayage droit 122 tournant à la vitesse la plus élevée est désengagé par suite de l'action des dents-cames coopérant (non montrées), mais lorsqu'un angle de braquage de 50 est atteint, les dents de transmission de couple a et 122a se réengagent et l'élément d'embrayage droit revient à une position "embrayée" qui n'est pas souhaitée. En accord avec la présente invention (comme montré aux Figs. I6 à 18), lorsque l'angle de braquage augmente et atteint 50 , l'élément d'embrayage droit 22 est maintenu désengagé du fait de la relation angulaire de décalage mentionnée précédemment et due aux bagues de maintien. Comme montré à la Fig. 19, le rayon de courbure de la trajectoire d'un véhicule à quatre roues motrices est plus faible lorsque les arbres des roues de guidage sont reliés à un différentiel à glissement limité (plateau de friction) plutôt qu'à un différentiel standard, et un rayon de courbure encore plus serré est obtenu lorsqu'un différentiel perfectionné "sans rotation" selon la présente invention est utilisé. La Fig.20 illustre la modification de vitesse (comparaison de couple) sur la trajectoire 2610 3 8 0 en courbe des roues pour des virages à 50 et 30 , respectivement. A 50 , le rayon de courbure de la roue la plus proche du centre de courbure est supérieur au rayon de courbure du tracteur, toutefois, à 30 , c'est l'inverse qui se produit, ce qui entraîne un couple inversé. En référence aux Figs. 21 et 22, lorsque la bague de maintien 28 est dans une position extrême (par exemple celle imposée par l'élément de verrouillage 10b de l'élément moteur central 10 lors d'un fonctionnement en marche avant), la partie d'extrémité de la bague de maintien 28 s'engageant dans l'épaulement d'arrêt de l'élément de came central 24 a une longueur de 7,34 mm. Pour l'autre position extrême, en marche arrière, montrée à la Fig. 22, une partie suffisante de l'extrémité de l'élément d'entraînement notamment de longueur égale à 2,26 mm est également engagée dans l'épaulement de la came centrale afin de maintenir l'élément d'embrayage associé dans un état désengagé. La relation de déplacement angulaire des éléments de pattes, entre les deux bagues de maintien, est ainsi établie lorsque les bagues de maintien fonctionnent de manière correcte. Les essais montrent que lors d'un virage à angle de braquage important (c'est-à-dire supérieur à 40 ) le différentiel perfectionné garantit le désengagement de la roue la plus éloignée du centre de courbure qui est alors entraînée en rotation par l'action du sol. Le différentiel perfectionné assure un rayon de courbure réduit par rapport au rayon de courbure que permet un différentiel du type à glissement limité ou un différentiel de type classique. De plus, lors de virages serrés, la roue la plus éloignée du centre de courbure reste libre et entraînée par l'action du sol de telle sorte que par rapport à un différentiel à glissement limité ou à un différentiel classique, l'effet d'arrachement du pneu est réduit, l'usure du pneu est moindre, la détérioration du sol, notamment de la végétation, est réduite ainsi que la perte de puissance. En outre, la roue la plus éloignée du centre de courbure reste désengagée même lorsqu'il se produit un changement de force directionnelle sur la roue la plus rapprochée du centre de courbure, ou un couple inverse dans la transmission (Fig 20). Le différentiel perfectionné transmet 100% du couple - 7 - moteur disponible dans n'importe quelles conditions. Les tests ont montrés qu'un écart de vitesse au moins de 3% entre les roues de guidage de l'essieu avant suffit à faire fonctionner pleinement le différentiel. Z610380 -8- REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif différentiel pour entraîner à partir de l'arbre moteur d'un véhicule une paire d'arbres de sortie disposés colinéairement en regard, comprenant: (a) un élément central moteur (10) de forme annulaire entralné en rotation et disposé concentriquement aux extrémités adjacentes des arbres de sortie (12, 14); (b) une paire d'engrenage latéraux (16,18) montés concentriquement et sans rotation sur les arbres de sortie sur les faces opposées dudit élément moteur, respectivement; (c) une paire d'éléments d'embrayage (20,22) montés déplacables axialement sur lesdits engrenages latéraux entre des positions correspondant à un état embrayé et à un état débrayé par rapport audit élément moteur, respectivement, chacun desdits éléments d'embrayage étant normalement poussé de manière élastique vers la position correspondant à l'état embrayé par rapport audit élément moteur; (d) des moyens (24) formant une came centrale montés concentriquement dans ledit élément moteur et ajustés angulairement et coaxialement par rapport A celui-ci, lesdits moyens formant came centrale fonctionnant pour déplacer un élément d'embrayage donné vers la position correspondant à l'état débrayé lorsque la vitesse de rotation de l'arbre de sortie associé excède d'une quantité prédéterminée celle de l'autre arbre de sortie; (e) des moyens à bagues de maintien (28,30) pour maintenir ledit élément d'embrayage donné dans l'état débrayé aussi longtemps que la vitesse de l'arbre de sortie associé excède celle de l'autre arbre de sortie, caractérisé en ce que lesdits moyens à bagues de maintien incluent: (el) une paire de bagues de maintien disposées coaxialement entre ledit élément formant came centrale (24) et lesdits éléments d'embrayage (20, 22), respectivement; (e2) lesdites bagues de maintien étant montées libres en rotation par leurs extrémités rabattues s'engageant dans des rainures (24c) correspondantes situées dans des faces adjacentes des éléments d'embrayage associés, respectivement; 2610 380 - 9 - (e3) lesdites bagues de maintien étant pouss4es radialement de manière élastique vers les éléments d'embrayage associés afin de maintenir un engagement à friction, respectivement; (e4) lesdites bagues de maintien incluant à leurs extrémités adjacentes une pluralité de pattes (28a, 30a) uniformément réparties à la circonférence des bagues, dirigees axialement qui normalement, lorsque lesdites bagues de maintien sont dans des premières positions inactives, s'engagent dans des rainures (24c) dudit élément formant came centrale quand lesdits éléments d'embrayage sont dans l'état embrayé, respectivement, chacune des bagues de maintien étant ajustable angulairement, lorsque l'élément d'embrayage est dans l'état débrayé, vers une position de maintien dans laquelle les extrémités desdites pattes sont contiguës à des surfaces de maintien correspondantes dudit élément formant came centrale. (e5) les pattes de l'une des bagues de maintien étant angulairement décalées par rapport aux pattes de l'autre bague de maintien lorsque lesdites bagues de maintien sont dans leurs positions inactives normales. 2 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit véhicule est un véhicule à plusieurs roues motrices ayant des roues de guidage, et en ce que les arbres de sortie entraînent lesdites roues de guidage, de telle sorte que la relation de décalage angulaire entre les pattes des bagues de maintien autorise un faible rayon de courbure lorsque le véhicule tourne. 3 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit véhicule est un véhicule à plusieurs roues motrices ayant des roues de guidage et des roues motrices, et en ce que les arbres de sortie du dispositif différentiel entraînent lesdites roues motrices. 4 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites bagues de maintien sont fendues axialement afin de présenter une forme en C ayant des jambages définissant un interval, et en ce que le dispositif inclut dans l'élément moteur central des moyens de verrouillage s'engageant dans les intervals - 10 - desdites bagues de maintien pour limiter l'amplitude du déplacement angulaire desdites bagues de maintien par rapport audit élément moteur central, respectivement. - Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites bagues de maintien ont un même nombre de pattes, et en ce que les pattes des bagues de maintien présentent différentes relations angulaires par rapport aux intervals correspondants des bagues, respectivement.