Brevet FR2672360A1 — publié le 19920807

La-présente invention concerne un système differentiel dont le principe est en général l'utilisation de pignons coniques, connus dans l'industrie automobile depuis le début du siècle et dans sa forme plus classique pratiquement inchangée jusqu'à nos jours, pour des raisons de fiabilité suffisante ; prévu pour des véhicules plus ou moins lourds et utilisant de préférence les réseaux routiers. Depuis quelques années est apparut sur le marché, une nouvelle gamme dé véhicules située entre la voiture et la moto ; c'est-à-dire 4 roues comme une voiture et un guidon comme une moto ; et tout récemment un mode le à 6 roues soit 4 roues motrices arrières et deux roues directrices à l'avant. Ce dernier véhicule utilitaire " Tout Terrain " a ét conçu avec 4 roues ar motrice, pour donner la possibilité d'adapter des chenilles pour une meilleure utilisation, en agriculture, et surtout pour les petits transports, sur terrain enneig, et en devers dans les fortes pentes des régions montagneuses. Pourvu d'un moteur monocylindrique de 250 R 300 cm3, il consomme peu pour une puissance appréciable. Prévu pour une charge utile d'environ 400 Kg maximum. Malgré toutes ces qualités, à vide ou peu chargé, il n'y a pas trop de problèmes, mais dès que l'on a à mettre dans la benne des charges de plus en plus importantes, le véhicule devient dangereux pour des raisons de maniabilité L'absenceLde différentiel étant la cause de ce défaut suivant un logique, dans un virage de 900 et une adhérence maximum au sol, les deux roues intérieures doivent ralentir pendant que les deux roues extérieures au virage doivent augmenter leur rotation en trainant sur le sol, il en résulte en tension exagérée et inutile sur les organes impliqués dans la propulsion depuis le moteur jusqu'aux pneumati?ues. L'invention à pour but de réaliser un système différentiel re médiant à ces inconvénients. Elle a donc pour objet un système différentiel notamment pour véhicule léger tout terrain du type comprenant un premier demi-arbre destiné à recevoir une première roue motrice et sur lequel est monté un second planétaire, des satellites portés par un boitier étant in terposés entre les planétaires, le dit boitier lui même monte à rotation par rapport au premier et second demi-arbres et contenant les premiers et second planétaires. Caractérisé en ce que l'axe autoportant spécial comporte en son centre approximatif un premier planétaire fixé en butée contre un épaulement coté denture, l'autre face de ce même plantaire vient en appui direct sur des moyens en rotation tdu boitier à roulements) eux mêmes prolongés par un tube épaule sur une partie intérieure du plateau de roue traversée par le dit axe autoportant prolongé par un filetage sur leQuel un é- crou bloque 11 ensemble des pièces precitees devenues le premier demi-arbre autoportant, et oui grâce à son prolongement au delà du premier planPtaire, ce dit prolongement a une partie cylindrique se terminant par une partie cô- nique et un filetage, on va donc glisser le deuxième demi-arbre sur le dit prolongement en mettant ainsi en relation rotatif les premiers et second planétaires par satellites interposés dans un boitier mû par des moyens reliés au moteur. Suivant une autre caractéristiQue de l'invention, le plateau de roue du deuxième demi-arbre comporte dans un compartiment circulaire un dispositif anti-vibration auto blocant grâce à l'effet thermique provoqué par un patinage momentané d'une roue, de plus, le moyen de règlage axiale des pla nétaires est un règlage radiale contrôlant la dureté de rotation des deux arbres l'un par rapport à l'autre. Suivant encore une autre caracteristique de l'invention le système differentiel comporte en autre des moyens de blocage en rotation et de libération des satellites en vue d'assurer le blocage et la liberation du différentiel. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple seulement et représenté aux dessins annexés dans lesquels - La Fig. I est ligne vue descriptive des principaux éléments de propulsion et de freinage d'un 6 X 4 tout terrain. - La Fig. 2 est une vue générale de l'arbre autoportant dit arbre primaire lequel reçoit l'arbre secondaire et ses nouvelles caractéristiques. - la Fig. 3 est une vue montrant la disposition du premier planétaire sur l'arbre primaire (autoportant). - La Fig. 4 montre un système adaptable sur les axes (autoportant) d'origine. - La Fig. 5 est une vue en coupe (suivant la ligne I-I de la fig 8), d'élimitant le compartiment du anti-vibration. - La Fig. 6 est une démonstration schématique des ondes de chocs latéraux limitant leurs actions sur la surface cônique de l'arbre. -~Ikaig. 7est une vue éclatée du système anti-vibration. - la Fig. 8 est une vue en coupe radiale suivant une ligne I-I de la fig. 6, montrant la disposition des vis de règlage du système anti vibration. - La Fig. 9 et IO sont des vues en démonstration schématisues de l'action de règlage du dit système anti-vibration. - La Fig. II est une vue en relief des principales parties du différentiel. - La Fig. I2 est une vue en coupe suivant une ligne II-II de la fig. II montrant au centre le prolongement de l'arbre primaire et l'arbre secondaire. - La Fig. 13 est une vue en coupe (suivant une ligne III-III de la fig. II) radial à hauteur des satellites et leur verrou en position déblocage. - La Fig. I4 vue en coupe suivant une ligne IV-IV de la fig. II montrant le levier de basculement en position de blocage. - La Fig. I5 est également une vue en coupe suivant une ligne III III de la fig. II : montrant les satellites en position (verouillés ou) blocage. - la Fig. I6 est une vue en coupe suivant une ligne IV-IV de la fig II le levier de basculement et son ressort en position déblocage. La Fig. I7 est une vue en élévation montrant la position mement du sélecteur de vérouillage par rapport au boitier différentiel et ses agencements périphérioues. - La Fig. I8 et 19 montre une vue en coupe des moyens d'assemblage du boitier différentiel. - la Fig. 20 montre les deux (parties) en face des appuis des satellites. le système différentiel représenté aux figures de 2 à 20 comprend au départ un axe 57 (spécial) comportant à une extrémité des moyens de fixation I9 d'un premier plateau de roue I3 et dans son centre approximatif un épaulement 20 destiné à limiter avec précision la fixation d'un premier planétaire I6, au delà du dit prolongement (25) calibré débouchant sur une surface cônique 26 et un filetage 50. On va d'abord assembler le premier demi-arbre (autoportant) en glissant le premier planétaire (I6) en butée contre llépaulement 20 puis à nouveau glisser l'axe 57 dans le boitier à roulement 7 fig. I7 mettant en contact le planétaire I6 avec I'élement rotatif I8 prolonge par un tube I7 épaulé à son autre extrémité du plateau de roue I3, l'ensemble précité est fixé sur son boitier support 7 par le seul écrou à creneaux 19. On remarquera que ce mode d'assemblage est rationnel gracie au tube I7 qui lui donne une inertie de serrage importante. L'assemblage du deuxième demi-arbre va s'effectuer comme suit ; un tube II dans lequel on va glisser un deuxième tube 24 (de longueur egale) auto lubrifiant, à une des extrémités du tube II est fixie le deuxième pla nectaire I5 puis à l'autre extrémité opposée est fixé le deuxième plateau de roue I4 (au moyen d'une colle spéciale ainsi que les deux planPtaires) dans lequel est aménagé un compartiment cylindrique 56 apte à recevoir I'élent anti-vibration 21 fixé par des ves de règlage 27 et 33 contre blosuees par des ecroüçchàpeau-34. On peut donc maintenant glisser le dit deuxième demi-arbre (IIa sur le prolongement 25 du premier demi-arbre I2) en mettant à distance les deux faces dentées des deux plantaires I5 et I6 et vissé sur le filetage 50 les moyens de maintien et de reglage lataral 22, 23, 52, 55, 51 et l'enjoliveur 54. Dans un premier temps, voici réalisé l'assemblage rigide, et R rotation libre entre les deux demi-arbre II et I2 fig. 2. Selon un autre version, la fig. 4 décrit un système adaptable sur des axes d'origine pourvus de cannelures 85 dans lesquelles viennent se glisser de analogues du planétaire I6 fixé à un prolongement tubulaire 28, calibré pour former une portée de palier 25 terminée par une partie conique 25 fig. 4, et un filetage 29 comportant une coupe au fente d'extension des filets et des moyens IO de fixations du règlage latéral 22, on peut réaliser par ce système un différentiel monobloc qui convient pour des axes d'origine, mais moins fiable que l'axe 57 plus simple. On va maintenant décrire en détail le dispositif anti-vibration ses différents effets de règlage, la partie cônique (de la partie de palier 25) est destinée à recevoir une bague cônicue 2Ia elle-même insérée dans une entretoise cylindrique 36 comportant à une des extrémités un fraisage circulaire 42 dans lequel vient s'épauler un détail 43, la dite entretoise 36 est également pourvue en son centre exterieur d'une gorge 37 dans laquelle est ajusté un segment 38 pourvu de trois perçages 48 destinés à laisser passer les têtes 49 de vis 27 et 33 vissées dans des tarraudages 31, les deux vis 33 sont pourvues de tête cylindrique 49 à bouts plats dans le but d'y laisser glisser le fond de gorges 37 en cas de règlage de la vis 27 dont la partie cylindrique 49 est terminee par une pointe cônique 41 prenant appui dans une cavité analogue, dans le but d'assurer la fixation du dispositif 21 par rapport au plateau de roue I4. le règlage du dispositif anti-vibration 21 s'effectue de la façon suivante : les vis 33 servent à l'approche et le maintient en glissement des deux extrémités coupees 39 de ce fait, la vis 27 suffit à elle seule pour un règlage rapide contre l'action de l'ylasticité du dispositif antivibration 21 pour permettre une pression constante sur les tetes de vis 33 et 27, pour terminer, on contre bloque les écrous chapeaux 34 fig. 8, 9 et IO. la pression des vis de règlage exercée sur la partie de palier co- nique 26 permet le positionnement du dispositif anti-vibration par rapport à la pression circulaire sur le palier cônique 26 lui-même produisant srmul- tanément un effet de glissement constant contre la paroi transversale 45 de la butée 22 fig. Ib. La conjugaison de ces pressions contradictoires se caractérise par plusieurs indispensables. Premièrement le phenemène anti-vibration ennemi principal des organes mécaniques, deuxièmement permet à volonté le règlage de la pression d'adhérence des paliers 2Ia et 44 en agissant sur un des règlages sans nuire au second, réalisant le règlage lateral des planetaires I5, I6 et leur protection par un effet de bouclier à l'encontre des chocs latéraux contre la roue du plateau I4 fig. 6 et 9. Parallèlement, un effet autoblocant en cas de patinage d'une roue par rapport à l'autre qui se bloque Grâce au choix des matières et leurs applications, les paliers 44, 2Ia, 24, et les deux paliers 84 du boitier 59 sont réalisés en polyhotène H.D I000 Poids méléculaire + I 000 000 haute résilience aux chocs même à très basse température - 2600 + 800 abrasion minime coefficient de frottement faible. L'opération de règlage du train de pignons contenus dans le boitier 59 fig. I7 dont deux satellites 83 et deux planétaires 15 et I6, ces quatre pignons côniques doivent être assembles par dentures interposes sans å eu, une très forte pression d'écartement s'exerce dans le sens axiale, entre les arbres II et I2 et sur les satellites en-pression sur les parois intérieures du boitier 59 par l'intermédiaire des rondelles de friction 82. Sans l'effort de traction, une très forte pression sur le planétaire I5, puis sucessivement le tube IIa (du demi-arbre II) la paroi 46 (du compartiment) l'entretoise 36 du dispositif 21 enfin le palier 44 contre l'action de la plage de friction 45 transversale de la butée règlable 22, solidaire du prolongement 25 (par filetages intwrpcsés) lui-même associé au planétaire I6 du premier demi-arbre I2 fig. 2 et I7. ainsi démontré les différentes réactions dû aux efforts de traction du train de pignons contenu dans le boitier 59 d'entrainement, on peut règler le jeu lateral en agissant sur les empreintes 54 de la bute 22 en vissant ou dévissant à volonté la dite butée 22 dans une position dffinie. n- suite, on va introduire l'ergot de la rondelle 55 dans la rainure 51 jusqu' à la butée 22, enfin visser et bloquer l'écrou 23 sur son filetage 50 et dans un deuxième temps le règlage des trois vis 27, 33 radiale. Selon une autre caractéristique de l'invention portant sur la ma tière composant les diverses bagues de paliers, 84, 24, et principalement la bague 2Ia et la friction 44 transversale, le polyhéthylène HD I 000 à la particularité d'avoir une grande adhérence sur les surfaces lisses suivant la pression exercée sur ces dernières, de sorte oue le diffFrentiel en fonctionnement normal, c'est-à-dire très lentement par cuart au demitour de roue même si le véhicule est à grande vitesse, les bagues 21, 44 ont un glissement normal selon le degré de pression exercé par le règlage radial 27, 33 sur leur palier respectif 26 et la piste transversale 45.Mais dès qu'une roue patine l'autre se bloque, la rotation accélé- rec d'un arbre par rapport à l'autre, il se produit immédiatement une forte adhérence de la matière sur les paliers 26 et 45 et parallèlement échauffement de la matière composant les bagues 21a et 44 dilation et blocage de la rotation d'un arbre par rapport à l'autre, dès le franchissement atteint le phénomène thermique se dissipe et tout redevient nermal en rotation lente. Cette technique peut suffire dans beaucoup de cas ne ancessitant pas de commande à distance contrairement au système mécanique nécessairement plus complexe, le dit blocage thermique anti-vibration multi fonctien est peu coûteux et interchangeable facilement. On va maintenant procéder à l'assemblage du boitier 59 d'entrainement, les axes 81 (des satellites 83) sont introduits en pression dans les perçages radiant (100 du boitier 59 puis à proximité extérieure des têtes d'axes 81 on présente la courenne 60 de support de plateaux de chaises 6I, 62) puis on applique deux cordons de soudures 74 fig. I9 peur fixer définitivement les trois éléments 59, 60, 81 ; easuite les deux bagues IOI sont fixées au moyes d'une celle tanche à la paroi intérieure du boitier 59. Ces dites bagues IOI sont destinées à recevoir des bagues 84, des paliers 98 et des joints d'étanchéité 86 il ne resplus qu'a glisser les rondelles 82 d'assise rotatif des satellites 83. On remarquera que ces rondelles 82 interchangeables remplacent astucieusement des fraisages compliqués dans la masse du boitier 59, la face arrondie I02 au diamètre exact de la paroi intérieure du boitier 59 la deuxième face plane reçoit le satellite 83 en pression rotatif. les bagues des paliers 84, 24, 44 sont découpées dans des grandes placues de deux milimètres d'épaisseur. le boitier d'entraînement 59 étant assemble on peut maintenant décrire en détail le fonctionnement du blocage mécanique et sa commande à distance pl. 67, 8 et IO. Liouverture 73 pratiquée dans le corps du boitier 59 parallèlement aux axes 8I (des satellites ô3) dont la partie débouchant à l'interieur et dans l'axe de l'ouverture 73 bordée par la couronne 60, la dite ouverture 73 rectangulaire aux dimentiens calibrées pour recevoir ea coulissement le verrou 71 présente à la fig. I3 en position déblocuée c'est-à-dire satellites 83 en rotation libre. Selon une autre caracte'ristique, le verrou 71 maintenu en position par la biellette 70, elle même relise en articulation à la cv ee- 68, mûe par son axe 65a (guidé dans un palier 65) dont l'autre extrémité reçoit en fixation démontable le levier 66 de basculement en position pré-blocage. C3n évite ainsi la nécessité d'un ressort de rappel du verrou 71 oui viendrait en contradiction de l'effort du ressort 67. On résoud ce problème technique en attribuant au ressort 67 deux actions non contradictoires, de plus la dite biellette 70 sert de guidage longitudinal au verrou 71. le ressort 67 étant l'élément moteur du verrouillage mecanicue, ses deux fixations 77, 76 ont une importance d'une fixation par rapport à autre, c'est-à-dire que le point d'implantation périphéricue de l'axe 76 de fixation détermine les paramètres du peint de basculement ou le point d'intersection entre la trajectoire semi-circulaire de la fixation 77 et la ligne imaginaire entre l'axe 65a et l'axe de fixation 76. On peut également appeler le dit peint d'intersection position instable. Pour lwopération de neutralisation des satellites (ou blocage) on actionne le sélecteur fig. 77 par l'intermédiaire d'une commande à distance lacuelle place le doigt 93 sur la trajectoire de l'ergot 78 du levier de basculement 66 le mettant en butés et l'obligeant à effectuer une rotation d'environ IIO indiauant la position de neutralisation des satellites 83 fig. I5 et I6. La fig. I5 montre la position du verrou 71 ménagé des détails 72 de pénétration dans la denture des satellites 83. L'opération inverse consiste au relachement de la commande à distance 96 libérant la pression du ressort 95 qui agit sur le piston 97 comportant un doigt 99 qui coulisse en butant dans les deux sens dans un guide 98 provoquant le basculement du piston 97 associé au doigt 92 lequel se présente sur la trajectoire de ltergot 79 dont l'interception provoque à nouveau une rotation du levier 66 à IIO degrés réarmant le ressort 67 indiquant le déblocage des satellites. Une cale de règlage 69 est interposée entre le détail 68a (de la canne 68) le verrou 71 en position de neutralisation des satellites 83 fig. 15. On peut également imaginer d'actionner le sélecteur 94 fig. I7 au moyen d'une commande électrique ou encore d'inclure dans le boitier 59 des moyens électriques pour actionner et verrouiller le dit verrou 7I-. Comme présenté à la fig. I7 le roulement 87 du support 88 du bras 2 comporte des fixations 9 d'étriers de freins 5 dont le disque 90 est fixé à un support 89 lui même associé par collage au demi-arbre de roue II. Un montage similaire commande le deuxième demi-arbre I2 (autoportant) de telle sorte que l'on peut solliciter soit l'étrier gauche pour un virage o gauche, ou l'étrier 5 droit pour un virage à droite, soit une commande associée à la colonne de direction ou une poignée à deux positions gauche et droite au freinage en ligne. le deuxième différentiel étant sollicité par le premier, il agit en conséquence sur la correction de trajectoire ou au freinage, soit que l'engin est équipé de chenille à neige ou pneumatiques fig. I dans les grands espaces enneigés, l'agriculture de montagne ou en plaine en milieu hurbain pour les collectivités locales. Ainsi équipé ce véhicule utilitai re--tsut terrain est modulable en fonction des besoins. REVENDICATIONS I. Système différentiel notamment pour véhicule utilitaire tout terrain du type comprenant un premier demi-arbre (I2, 57) destin à re cievoir une première roue motrice et sur lequel est monté un premier planétaire (I6), un second demi-arbre (II) destiné à recevoir une seconde roue motrice et sur lequel est monté un second planétaire (15), des satellites (83) portés par un boitier (59) monté à rotation par rapport au premier et second demi-arbre et contenant les premiers et second planétaires (I5 et I6) caractérisér en ce que le premier demf-arbre est constitué par un axe (57) puis un premier planétaire (I6) fixé en son centre décalé dont la plus longue partie reçoit à son extrémité un premier plateau (I3) de la première roue motrice (4), l'ensemble (57, I6, I3) constituant le dit premier demi-arbre (12). L'intégralité du prolongement (25, 26) reçoit à rotation le dit deuxième demi-arbre (II) composé d'un tube (IIa) reliant le deuxième planétaire (15)au deuxième plateau (I4) de la deuxième roue motrice (3) les dits premiers et deuxième demi-arbre (11, I2), le boîtier d'entrainement (59) contenant les premier et second planétaire (15, I6), les satellites (83), les moyens de fixation et de règlage (21, 22, 23) des deux demi-arbre cons tituant-un ensemble destiné à être fixé sur un boitier à roulements (7) par des moyens (17, 13, I9). 2.Système différentiel suivant la revendication I caractérisé en ce que le plateau de roue (I4) dans lequel est aménagé un compartiment circulaire (56) traversé axialement par un palier conique (26) (du prolongement de palier) (25) puis un filetage (50) comportant une rainure axiale (51) ; l'introduction du dit dispositif anti-vibration (21) dans le compartiment (56) dont une extrémité est en contact de la paroi circulaire (46) et l'autre en pression sur la surface de friction (45) de la butée (22) vissée au moyen des empreintes (52) et d'autres moyens (51, 55, 23) de serrage en position fixe. 3. Système différentiel suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le dit dispositif anti-vibration (21) composé d'une entretoise (36) et d'une bague cônique (2Ia) comportant un épaulement (43) venant en appui serré dans un fraisage (42) les dites entretoises (36) et bague cônique (2Ia) forment le dit dispositif anti-vibration (21) lequel comporte une fente longitudinale (39) de rétraction correspondant au règlage de la pression de la bague conique (2Ia) en relation rotative avec le palier conique (26?. 4. Système différentiel suivant la revendication (3) caractérisé en ce aue l'entretoise (36) comporte sur sa surface périphérique extérieure une gorge (37) apte à recevoir un segment (38) ménagé de perçages (48) radialement espacés à I20 degrés permettant le passage des trois têtes ca librées (49) des trois vis (33, 27) de règlage (du dit dispositif antivibration) (21) vissées dans des tarraudages (31) dont la vis (27) au delà de sa tête (49) comporte une terminaison conique (41) destinée à prendre appui dans un détail (40) de l'entretoise (36). 5. Système différentiel suivant la revendication (I) caractérisé en ce que le tube (IIa) du demi-arbre II comporte dans sa longueur interne totale un deuxième tube (24) (en matière spéciale) venant à rstation sur son palier porteur (25). 6. Système différentiel suivant la revendication (I) caractérisé en ce que la partie dentée du planétaire (I6) en relation fixe contre l'ê- piaulement (20) de l'axe (57! l'autre face du planétaire (I6) en relation rotative avec l'élément (I8) (du boitier support) lui mème prolongé par un tube (I7) épaulé à son autre extrémité sur la face du plateau (I3) sur l'autre face du même plateau (I3) vient se visser l'écrou (I9) de fixation sur le filetage de l'axe (57) réalisant un serrage d'une grande souplesse. 7. 7.Système différentiel suivant la revendication (I) caractérisé en ce que les trois éléments (59, 60, et les deux axes 81) fixés définitivement par des cordons de soudures (74) compose le boitier d'entrainement des satellites (83) accouplés aux rondelles d'interposition (82) dont une face (I02) est arrondie au diamètre exact de la paroi latérale intérieure du boitier (59) l'autre face plane (IOI) reçoit en friction un des deux satellites (83). 8. Système différentiel selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le boitier (59) comporte une ouverture (73) destinée à recevoir en coulissement le verrou (71) mû par une bielette (70) accouplée à une came (68) faisant corps avec l'axe de transmission (65a) lui même fixé à un balancier (66) dont une fixation (77) reçoit le ressort moteur contre l'action d'une deuxième fixation (76). 9. Système différentiel selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le sélecteur (94) comporte un piston (97) actionné par un cable (96) (de commande) contre l'action d'un ressort (95) le dit piston (97) coulisse dans un boitier (94) grâce à un guide (99) inséré dans une glissière (98) en provoquant le basculement du doigt (92) (ré tracçtable) de sorte qu'il actionne en même temps le deuxième doigt (93) en liaison coulissante. IO. Système différentiel selon la revendication 9 caractérisé en ce aue le balancier (66) est pourvu de deux ergots (78, 79) correspondant aux deux doigts (92, 93) (du sélecteur de commande) dont le doigt (92) correspondant à l'ergot (79) permet le réarmement du ressort (67) et simultanément l'action de blocage, l'autre doigt (93) placé sur la trajectoire de l'ergot (78) provoque la rotation du balancier (66) entrainant l'axe (65) et la camme (68) dont le détail (68a) opère une rotation de IIO degrés pour se verrouiller sur la cale intermédiaire (69) et le verrou (71) de neutralisation (en forme de demie lune comportant des entrées de dents) (72) fig. I3. II. Système différentiel selon la revendication 5 caractérisé en ce que le prolongement (25a) du demi-arbre (I2) consiste dans la longueur totale depuis l'épaulement (20) en un seul palier dont la plus grande surface cylindrique (25) débouche sur une deuxième surface conique (26) à environ I5 degrés aboutissant à une plage de friction (45) transversale à l'axe médiant. I2. Système différentiel suivant l'une des revendications de I à 4 caractérisé en ce que le dit dispositif anti-vibration (21) se trouve inséré dans une sorte de gorge formée d'une part par la friction (45) transversale en opposition à la surface conique (26) laquelle provoque un constant effet de glissement contre la plage (45) de friction piégeant ainsi les vibrations et les excès de rotations suivant le règlage désiré.