Brevet FR2627245A1 — publié le 19890818

DISPOSITIF PERMETTANT DE TRANSMETTRE LA PUISSANCE ET LE COUPLE D'UN MOTEUR A DEUX ARBRES D'ENTRAINEMENT DES ROUES D'UN VEHICULE. La présente invention a trait à un dispositif qui permet de répartir la puissance et le couple d'un moteur entre deux arbres commandant les roues d'un véhicule, automobile par exemple. Elle a trait plus particulièrement à un nouveau type de différentiel (terme qui sera utilisé dans la suite de la description), qui non seulement permet à chacune des roues motrices d'avoir une vitesse de rota- tion différente de l'autre, par exemple lors d'un vira- ge, mais également permet de transmettre le couple mo- teur à chacune des roues quelque soit leur adhérence par rapport au sol. Les différentiels conventionnels utilisés à ce jour sont des dispositifs bien connus et qui, d'une manière générale, sont constitués par un ensemble comportant un boitier monté sur chacun des arbres reliés aux roues et à la périphérie duquel est prévue une couronne commandée par un pignon relié à l'arbre de transmission du moteur. A l'intérieur du boitier, sont montés deux pignons coni- ques dits "pignons planétaires" commandant respective- ment les arbres entrainant les roues, un ou plusieurs pignons satellites, montés libres sur un arbre solidaire du boitier venant s'engrener avec les pignons planétai- res précités. Un tel système fonctionne comme un méca- nisme sommateur qui permet d'additionner (ou de sous- traire) des rotations, de telle sorte que la puissance du moteur puisse être transmise aux roues motrices tout en leur permettant de tourner à des vitesses différen- tes l'une de l'autre, notamment dans les virages. 2 2627245 Dans les différentiels proposés à ce jour, le cou- ple est donné à la roue qui a le moins d'adhérence, ce qui peut entraîner un phénomène de patinage lorsque les conditions d'adhérence sont mauvaises. Pour surmonter cet inconvénient, il a été proposé, soit d'imposer aux différentiels un certain pourcentage de frottement pour lui éviter de patiner, mais dans ce cas on rend la di- rection du véhicule très dure lorsqu'il est monté à l'avant de celui-ci et, de plus, le différentiel s'use comme un embrayage, soit on bloque temporairement ou non le différentiel, mais alors il n'y a plus d'effet dif- férentiel, les deux roues tournant à la même vitesse, ce qui peut entraîner une perte de maîtrise de la direction du véhicule. La présente invention vise à surmonter ces incon- vénients et concerne un différentiel qui, non seulement permet d'obtenir une vitesse de rotation différente entre les deux roues si cela est nécessaire, mais égale- ment transmet aux roues le couple moteur dont elles ont besoin et ce, en fonction-de l'adhérence qu'elles ont par rapport au sol. D'une manière générale, l'invention concerne un nouveau type de différentiel permettant de transmettre la puissance et le couple d'un moteur à deux demi-arbres commandant chacun l'entraînement des roues du véhicule, ce différentiel comprenant: - un boitier fixe monté entre les extrémités des deux arbres et à la périphérie duquel est prévue une couronne commandée par un pignon d'attaque relié à l'ar- bre du moteur; - deux ensembles dits "planétaires" commandant respectivement chacun des demi-arbres entraînant les roues; - des satellites montés libres en rotation sur des arbres solidaires du boitier qui sont en prise avec les deux ensembles planétaires, et il se caractérise en ce que: - les ensembles dits "planétaires" sont constitués de deux spirales disposées face à face à l'intérieur du boitier et dont les pas sont inversés, chacune des spi- rales étant reliée mécaniquement à l'extrémité des demi-arbres de roues du véhicule pour son entraînement; - les satellites sont constitués de quatre roues à billes, montées sur des axes liés au boitier du diffé- rentiel, les axes géométriques desdites roues à billes s'étendant dans le plan médian entre les deux faces des deux spirales, de telle sorte que lesdites roues soient en prise à l'intérieur de chacune desdites spirales. Grâce à une telle conception, on obtient un ensem- ble irréversible permettant de transmettre le couple moteur en permanence à chacune des roues, quelque soit leur adhérence par rapport au sol, tout en permettant à chacune des roues d'avoir une vitesse de rotation dif- férente si cela est nécessaire. -Avantageusement et en pratique, conformément à l'invention: - les entreaxes des roues à bille sont calculés de telle sorte que l'on retrouve une symétrie des billes par rapport au plan médian du mécanisme, de telle sorte que les billes s'engrènent parfaitement dans les spira- les; - les satellites comportent un nombre de dents pair, ce nombre étant compris entre six et douze; - le pas des spirales est égal au pas calculé entre les centres de deux billes des roues à billes. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe suivant l'axe AA d'un dispositif différentiel conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe suivant l'axe BB d'un tel dispositif; - la figure 3 illustre schématiquement, en perspec- tive éclatée, les spirales et roues à bille que comporte un dispositif conforme à l'invention; - les figures 4,5,6 et 7 sont des schémas illus- trant le fonctionnement d'un tel dispositif, à savoir: figure 4: la cinématique du système lorsque les roues A et B ont la même adhérence, * figure 5: les différentes forces qui agis- sent sur le système lorsque les roues A et B ont la même adhé- rence, figure 6: la cinématique du système lorsque la roue A perd de l'adhérence par rapport à la roue B, figure 7: les différentes forces qui agis- sent sur le système lorsque la roue perd de l'adhérence par rapport à la roue B. Si l'on se reporte aux schémas annexés et plus particulièrement aux figures 1 et 2, le différentiel conforme à l'invention se compose essentiellement d'un boitier (1) monté entre les extrémités des deux demi- arbres (4,5) commandant l'entraînement des roues A et.B du véhicule. A la périphérie du boitier (1), est prévue une couronne commandée par un pignon d'attaque relié à l'arbre moteur et ce, de manière conventionnelle. Afin de pouvoir assurer le maintien et le positionnement des ensembles planétaires et satellites conformes à l'inven- tion, le boitier (1) est associé à une flasque (7) de telle sorte que l'on puisse fixer, entre ces deux élé- ments le support (6) des "roues à billes" remplissant la fonction de satellites. Quatre boulons (10) permettent le maintien de l'ensemble. Aux extrémités de chacun des demiarbres (4,5), sont montées deux spirales identiques au pas inversé (2,3), disposées en regard l'une de l'au- tre et fixées aux extrémités des demi-arbres de roues (5) et (4). A ces spirales, sont associées quatre roues à billes (8) qui s'engrènent réciproquement dans les spirales (2) et (3). Les roues à billes (8) sont libres en rotation autour de leur axe (9) lié à l'entretoise (6) leur servant de support et qui est enserré entre le boitier (1) et la flasque (7). Grâce à un tel dispositif, lorsque le demi-arbre de roues (5) et (4) ne tournent pas à la même vitesse, c'est-à-dire l'un en sens inverse de l'autre par rapport à la rotation du boitier (1), les spirales (2) et (3) donnent un mouvement de rotation aux roues à billes (4) car le pas de la spirale (2) est opposé au pas de la spirale (3). L'effet différentiel peut donc se faire. Le boitier (1) transmet toujours le couple moteur aux roues à billes (8) par l'intermédiaire de l'entretoise (6) et les spirales (2) et (3) sont entraînées en rotation à la même vitesse que (1) si les efforts sur (4) et (5) sont égaux; à des vitesses différentes, si les efforts sur (4) et (5) sont différents rompant ainsi l'équilibre des forces à gauche et à droite sur les roues à billes (8). La figure 3 illustre la manière dont coopèrent les spirales et roues à billes conformes à l'invention, 6 2627245 cette figure 3 permettant de voir les déplacements des points de contact du système d'engrenage à spirales et roues à billes lorsque les deux roues du véhicule tour- nent à des vitesses différentes. Les flèches en traits continus indiquent les sens de rotation des différents éléments. Les flèches en traits pointillés indiquent les sens de déplacement des points de contact (L.M.N. O.) des roues à billes (8) dans les spirales (2) et (3). Le pas des spirales (2) et (3) est égal au pas calculé entre les centres de deux billes des roues à billes (8). Dans un tel dispositif, comme matériaux utilisés pour réaliser les différents éléments on utilisera, par exemple, pour le boitier (1) et le flasque (7) de la fonte usinée de manière conventionnelle. Le support de roues à billes (6) et les axes (9) seront en acier, les roues à billes (8) et les spirales (2) et (3) étant, quant à elles, de préférence en acier spécial étrempé. Les figures 4 à 7 illustrent, de manière schémati- que, le fonctionnement d'un tel ensemble. Sur la figure 4, on peut voir que si la roue A a la même adhérence que la roue B: RA = RB. La vitesse V se transmet du boitier (1) aux spirales (2) et (3) par l'intermédiaire des roues à billes (8), dans ce cas les roues à billes sont fixes par rapport à leur axe (9) et entraînent les spirales à la même vitesse VA = VB et dans le même sens. Les roues A et B du véhicule tournent à la même vitesse. Les flèches de la figure 1 indiquent les sens de rotation des différents éléments. Sur la figure 5, on peut voir que si RA = RB le couple C engendre une force F sur les roues à billes (8). F1 et F2 sont les réactions à cette force des spi- rales (2) et (3) sur les roues à billes (8). F1 et F2 sont égales et opposées. Les roues (8) se trouvent en équilibre sur leur axe (9) et transmettent le couple C aux spirales (2) et (3) qui entraînent les roues A et B par l'intermédiaire des demi-arbres de roues (5) et (4). Sur la figure 6, on peut voir que si la roue A perd de l'adhérence au sol par rapport à la roue B: les roues à billes (8) ne reçoivent plus les mêmes sollici- tations à gauche et à droite, et se mettent à tourner sur leurs axes (9). La roue A tourne en sens inverse de la roue B par rapport au sens de rotation du boitier (1) animé d'une vitesse V. VA diminue par rapport à VB. La roue A n'aura pas tendance à s'emballer ni à patiner. Sur la figure 7, on peut voir que si la roue A perd de l'adhérence au sol par rapport à la roue B, la réac- tion de la spirale (2) sur les roues à billes (8) va engendrer une force F1 qui va être inférieure à F2 force de réaction de la spirale (3) sur la même roue à billes (8) qui se met à tourner sur son axe (9). Les billes des roues (8) s'engrènent dans les gorges des spirales (2) et (3) et vont tourner autour de celles-ci sans les entraîner théoriquement. Il y a donc un glissement du boitier (1) autour des demi-arbres de roues (4) et (5). Les spirales recevront toujours un peu de couple car RA n'est jamais égale à zéro, il y aura donc toujours un certain couple transmis aux roues A et B. Il en va réciproquement lorsque RA est supérieure à R%. Un tel type de différentiel permet, donc comme dit précédemment, de transmettre en permanence un couple moteur à chacune des roues et ce, quelque soit leur adhérence par rapport au sol tout en autorisant une vitesse de rotation différente d'une roue par rapport à l'autre si cela est nécessaire. On évite donc de cette manière tout patinage, risque d'usure des pièces. Par ailleurs, ce différentiel ne comporte pas plus de pièces mécaniques qu'un différentiel traditionnel, ce qui rend sa fabrication peu coûteuse. Un tel type de différentiel peut être utilisé sur tout type de véhicule, ce terme étant pris dans un sens large et désignant aussi bien des automobiles que des engins agricoles, de travaux publics.. Il peut être utilisé aussi bien sur des véhicules à quatre roues, dont deux seulement sont motrices qu'à des véhicules à deux roues tels que par exemple sur les motoculteurs qui, actuellement, sont difficiles à manoeuvrer. Enfin, il peut également être utilisé comme différentiel inter- médiaire dans un véhicule 4 x 4 pour relier le pont avant au pont arrière. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, par exemple, on pourrait réaliser une variante au dispositif conforme à l'invention permettant d'obtenir un meilleur rendement du système ainsi que de diminuer les pressions sur les roues à billes en modi- fiant les profils des spirales qui pourraient avoir un profil de crémaillère, les roues à billes ayant un pro- fil complémentaire. REVENDICATIONS 1/ Dispositif permettant de transmettre la puis- sance et le couple d'un moteur à deux demi-arbres (4,5) commandant chacun l'entraînement des roues d'un véhi- cule comprenant: - - un boitier fixe (1) monté entre les extrémités des deux arbres et à la périphérie duquel est prévue une couronne commandée par un pignon d'attaque relié à l'ar- bre du moteur; - deux ensembles dits "planétaires" commandant respectivement chacun des demi-arbres (4,5) entraînant les roues (8); des satellites montés libres en rotation sur des arbres solidaires du boitier (1) qui sont en prise avec les deux ensembles planétaires, et il se caractérise en ce que: - les ensembles dits "planétaires" sont constitués de deux spirales (2,3) disposées face à face à l'inté- rieur du boitier et dont les pas sont inversés, chacune des spirales (2,3) étant reliée mécaniquement à l'ex- trémité des demi-arbres (4,5) de roues du véhicule pour son entraînement; - les satellites sont constitués de quatre roues à billes (8), montées sur des axes (9) liés au boitier du différentiel, les axes géométriques desdites roues à billes (8) s'étendant dans le plan médian entre les deux faces des deux spirales (2,3), de telle sorte que les- dites. roues (8) soient en prise à l'intérieur de chacune desdites spirales (2,3). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entreaxes des roues à billes sont tels que l'on retrouve une symétrie des billes par rapport au plan médian du mécanisme, de façon à ce que les billes (8) s'engrènent parfaitement dans les spirales (2,3). 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le nombre de dents des satel- lites est pair et est compris entre six et douze. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le pas des spirales (2,3) est égal au pas calculé entre les centres de deux billes des roues à billes (8).