Brevet FR2723161A1 — publié le 19960202

-1 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La propulsion à haute mobilité et ses approches. Il existe de nombreuses solutions au problème qui consiste à assurer la propulsion en toutes circonstances. Celui-ci est lié au profil de la route (courbes ou inégalités de surfaces), soit à l'adhérence, avec pour conséquence la perte de toute motricité en cas de patinage d'une des roues motrices avec pour conséquence la disparition du couple moteur appliqué à la roue opposée. La difficulté majeure consiste à transmettre et répartir ce couple indépendamment du régime de rotation des roues et quel que soit leur coefficient d'adhérence. Le différentiel ne le permet pas. Cette apparente incompatibilité a conduit à des réalisations telles que: L'immobilisation par crabots de deux quelconques des éléments mobiles du différentiel avec pour résultat la rigidification des deux arbres moteurs. Cette commande peut être réalisée mécaniquement, hydrauliquement ou électriquement. Existent également: - le système Henry à galets coinceurs. -les systèmes visco-coupleurs à poudre magnétisable. -le maintien en freinage partiel ou total de la roue patinante. Solution récemment perfectionnée par l'utilisation du contrôle électronique du freinage par le procédé dit "ABS". Celui-ci permet d'agir momentanément sur le circuit de freinage d'une des roues motrices pour provoquer le report du couple moteur sur l'autre roue par l'intermédiaire du différentiel. - des dispositifs dits à glissement limité utilisant des disques de friction et des plateaux presseurs. - le différentiel "Torsen" de conception différente ne comporte que des engrenages qui se trouvent en opposition ou non suivant la phase de fonctionnement. - il répond aux conditions exigées mais est relativement complexe. DescriDtion Généralités Le dispositif présenté concerne essentiellement un type de propulsion par différentiel à haute mobilité pour véhicules "Tout Terrain". Le système peut convenir à tout autre usage. Il existe en deux versions suivant l'espace disponible et l'importance du couple à transmettre: Dispositif à billes Sa fonction est d'assurer la propulsion en répartissant le couple moteur sur les deux roues d'un même essieu lors d'un virage (effet différentiel). De reporter le couple moteur sur la roue non patinante (fonction antipatinage) assurant ainsi la permanence de la propulsion. De transmettre un couple moteur identique aux deux roues motrices si la trajectoire est rectiligne et leur adhérence égale. Il exclut tout engrenage, son mécanisme de faible diamètre ne comporte que trois éléments principaux simples de conception. La liaison entre ces éléments est assurée par des billes d'acier ou toute autre matière circulant dans les gorges des vis sans fmin "V1 et V2" de pas hélicoïdal inversés. solidaires des arbres de roues "A1 et A2", et par des cannelures "C" portées par un cylindre impulseur "r'. L'impulseur Tr' est mis en mouvement par le renvoi d'angle "Ra", lui- même en relation avec l'arbre moteur "AM". Le nombre de cannelures de l'impulseur, disposées suivant ses génératrices, ne doit pas être inférieur à trois pour garantir son équilibre tant statique que dynamique. Les extrémités de "r" sont obturées par des flasques "F1 et F2". Ces flasques comportent des passages de billes "Pb" qui font face aux cannelures. Ils ont pour fonction de permettre la circulation de ces billes par les canaux de transfert 'T'. Ces flasques servent également de paliers aux arbres moteurs et à l'impulseur "r'. Remarque: Les vis sans fin "V1 et V2" ont un pas déterminé de telle sorte qu'en assurant le déplacement axial des billes, l'ensemble se comporte comme une pompe et pousse les billes par les transferts "T"r vers la vis sans fin opposée. Inversement, la poussée exercée par ces billes ne peut entraîner la rotation de cette vis. Le système est dit "irréversible". C'est une caractéristique importante du dispositif. Fonctionnement Pour faciliter sa compréhension, imaginons "V1 et V2" réduits à une simple vis sans fin de pas uniforme tournant à l'intérieur de "r' immobile. Les billes sont entraînées en translation et "forcées" dans les cannelures "C" et les transferts "T' dans une direction ou dans l'autre en fonction du sens du pas de la vis et de celui de sa rotation. Ces billes, soumises à un effet de "pompage", peuvent être assimilées à un fluide en déplacement. Exemple 1 Supposons maintenant que cette vis sans fin soit scindée en deux parties égales mais de pas opposé. En les faisant tourner en sens inverse le résultat sera le même, à savoir un sens de translation des billes unidirectionnel inchangé. Exemple 2 Considérons maintenant les vis "V1 et V2", chacune solidaire d'une roue. Dans unm virage, leur rotation relative inverse (longueur des parcours) nous ramène à. l'exemple "1" (pompage des billes) et répartition des forces dispensées par le moteur (couple) en fonction des résistances au déplacement rencontrées. Le dispositif fonctionne en différentiel: but recherché. Exemple 3 Imaginons maintenant qu'une roue patine, celle correspondant à "VI" qu'elle a pour planétaire. "'T'" l'impulseur et "VI" ont un déplacement relatif nul, cas d'un patinage à 100 % car tournant à l'unisson. A l'inverse "V2" situé à l'opposé présente par rapport à "'T'" un déplacement relatif maximum, sa roue étant immobile. Le déplacement de "'T'" et de ses cannelures sur "V2" provoque un déplacement maximum des billes qui, poussées dans un des canaux de transfert "T", viendront heurter la vis sans fin "VI". "Vi" ne peut tourner vu l'irréversibilité du système, l'ensemble se bloque (verrouillage), et "V2" est entraîné: c'est le but recherché: l'antipatinage. Remarque Avec un différentiel classique la roue opposée ne reçoit aucun couple et le véhicule est immobilisé. Exemple 4 Entrevoyons maintenant un déplacement en ligne droite et admettons dans ce cas de figure que l'adhérence des deux roues est identique. "'T'" entraîné par le moteur chasse les billes vers l'extérieur par les passages "P", soit vers le centre des vis "V1 et V2" suivant que l'on est en marche avant ou arrière, ou en accélération suivie d'une décélération. Les billes en se rencontrant bloquent et "verrouillent" tout mouvement relatif de rotation. Les deux arbres sont rigidifiés et le couple moteur uniformément réparti. Les roues tournent au même régime, le troisième objectif est atteint, à savoir: une égale répartition du couple moteur sur les deux roues. Ce dispositif de faible diamètre admet une autre disposition à billes. Il consiste à remplacer "V1 et V2" cylindriques par deux plateaux munis de gorges en spirale "planétaires". L'impulseur central dans ce cas est pourvu de cannelures radiales usinées sur chacune de ses faces. RemarMues La circulation des billes peut se faire indifféremment: soit en assurant leur retour à l'autre extrémité de la cannelure "C" de l'impulseur "'T'", ce qui constitue un circuit indépendant, (figure 2, planche 1/2); soit en faisant alterner la sortie d'une cannelure avec l'entrée du suivant en constituant un circuit unique (figure 1, planche 1/2). Le choix de la disposition est sous la dépendance des rayons de courbure possible. L'ensemble fonctionne dans un bain d'huile. Le pas donné aux vis sans fin "V1 et V2" peut être choisi de telle sorte que le report du couple moteur ne soit pas intégralement assuré. Cette conception liée à des paramètres de friction à pour but de réduire les composantes axiales exercées sur ces vis par une réduction de l"'irréversibilité". Des synchroniseurs "SY" à billes ou à lamelles peuvent faciliter l'engagement des billes lors de leur passage d'un élément à l'autre. Disvositif aà engrenage. Cette disposition des satellites autour des planétaires implique que leur axe de rotation soit parallèle à celui des planétaires. Cette disposition suivant les génératrices d'un hypothétique cylindre est dite en "barillet" (figure 1 et 2, planche 2/2). La liaison entre satellites et roue dentée est du type "irréversible". Fonctionnement Comme précédemment décrit, en virage les deux roues motrices doivent tourner à des vitesses différentes. Il s'ensuit que lorsqu'une des roues accélère l'autre ralentit. On peut considérer qu'elles ont une vitesse de rotation, égale à la somme de leurs mouvements relatifs, ainsi que les planétaires qui leur sont liés. Les vis médianes "V1 et V2" des satellites "droits", dans cet exemple, sont diamétralement opposées sur chacune des roues dentées, superposées "Rd" avec laquelle elles sont en prise, et s'associent pour les entraîner. De même, l'extrémité dentée des satellites successifs d'une même roue s'engrènera sur des planétaires différents. La rotation inverse des planétaires ou vitesse relative est indépendante de la vitesse de rotation du boîtier "B" (vitesse absolue). "B" est entraîné par le renvoi d'angle "Ra" lié à l'arbre moteur "AM". La répartition du couple moteur se fait en fonction du couple résistant qu'oppose chaque roue. la fonction différentielle est réalisée. Remarque: Le terme engrenage "droit" est synonyme d'engrenage "cylindrique". -- 2723161 Imaginons cette fois la perte d'adhérence d'une roue. Le satellite et le planétaire liés à cette roue ont un déplacement relatif "nul". Cependant nous avons affaire à un mouvement indépendant de celui du boîtier "B" considéré comme "absolu". Un satellite "Si" et un planétaire "Pi" pour l'exemple sont considérés comme immobiles par rapport à "B", ainsi que l'axe de la roue dentée "Rd" en prise avec "S1 "; (B boîtier moteur). Si la roue opposée conserve son adhérence, son planétaire "P2" sollicite "S2" à la rotation par la vis sans fmin "V2". Cette dernière agit sur "Rd" qui, bloquée par suite de non réversibilité, contraint l'ensemble à tourner au régime de la roue patinante, c'est à dire à celle du boîtier. La fonction antipatinage est obtenue. Remarque: Les satellites sont portés par les flasques "F1 et F2". Si le véhicule se déplace en ligne droite et que l'adhérence des roues est identique, le boîtier "B" sollicite le satellite "S 1 et S2" à la rotation. Ces derniers sont en prise avec la roue dentée "Rd" par leurs vis sans fin "V1 et V2". Les actions qui en résultent sont de sens opposés. Les satellites sont bloqués en rotation et les planétaires entraînés. En ligne droite un même couple est appliqué à chacune des roues. Le troisième et dernier problème fondamental de transmission est résolu. Règles régissant la construction. Deux satellites opposés diamétralement sur une même roue dentée (Rd) doivent s'engrener sur des planétaires différents. ou: deux satellites s'engrenant sur un même planétaire doivent correspondre à des roues dentées différentes. (cas de quatre satellites). Les roues dentées citées étant jumelles et superposées. (Voir figure 1, planche 2/2). Remarques: Les schémas présentés ainsi que le descriptif laissent voir quatre satellites et une roue dentée "Rd" comportant deux étages. Cela ne change en rien le fonctionnement, il a seulement pour avantage d'augmenter le nombre de points d'engrènement afin de réduire le module des dentures et l'encombrement. L'utilisation des engrenages coniques est possible, elle exclut toutefois la possibilité d'utiliser plus de deux satellites (un par planétaire). Une seule roue dentée "Rd" est utilisable. Un montage avec deux satellites de type "droit", c'est à dire cylindriques, est bien entendu réalisable. Tout comme sa variante conique, il ne pourra prétendre à la transmission de forts couples à encombrement égal. LÉGENDE A1-A2 arbres de roues. AM arbre moteur. B boîtier. Bi billes. C cannelures de l'impulseur. F1-F2 flasques d'extrémité. I impulseur. P1-P2 planétaires. Pb passage de billes. Ra: renvoi d'angles. Rd roue dentée. S 1 -S2 satellites. SY synchroniseurs. T canaux de transfert. V1-V2 vis sans finm. REVENDICATIONS. Différentiel pour véhicule à haute mobilité ou autres usages caractérisé en ce que suivant les conditions de logeabilité et les caractéristiques de fonctionnement, il peut être réalisé sous forme d'un système à billes et gorges, associé à des canaux de. transfert, tout comme par un mécanisme composé d'engrenages droits disposés en "barillet", ou de pignons coniques. Système entièrement mécanique caractérisé suivant revendication 1 en ce qu'il permet d'assurer les trois fonctions fondamentales réclamées pour un véhicule "Tout Terrain", à savoir: ) - la transmission du couple moteur en ligne droite, - la fonction différentielle en virage et en cas d'inégalités liées à la trajectoire, - la fonction antipatinage par suite du manque d'adhérence d'une des roues motrices par le report du couple moteur sur la roue opposée. Système caractérisé suivant revendications 1 et 2 en ce que le mécanisme est essentiellement composé de trois éléments mobiles et de billes d'acier ou autre matière. Ces dernières sont utilisées en tant qu'élément de liaison et de verrouillage. Leur mise en mouvement se fait sous l'action d'un impulseur "'T'" et de vis à gorges ) hélicoïdales "V1 et V2" faisant office de planétaires. "'T'" est mécaniquement relié à un renvoi d'angle moteur "Ra". L'impulseur peut prendre la forme d'un plateau à cannelures radiales et "V1-V2" constitués de plateaux à gorges en spirales. Système caractérisé suivant revendications 1 et 3 en ce que la circulation des billes peut s'effectuer par des canalisations suivant des circuits indépendants propres à (ô) chaque cannelure de l'impulseur ou par l'alternance des circuits de transfert "T"7 avec le canal impulseur qui suit, réalisant ainsi un circuit unique. Le passage des billes d'un élément à l'autre est facilité par des synchroniseurs "SY" qui ont pour fonction d'anticiper leur engagement. Système caractérisé suivant revendications 1 et 2 en ce que le mécanisme peut être constitué d'engrenages à pignons droits ou coniques. Les satellites "S" peuvent être au nombre de quatre uniquement avec des pignons droits. O_ Disposés en "barillet" ils s'accouplent deux à deux sur une double roue dentée :'Rd". Une version simplifiée à deux satellites à pignons droits ou coniques comporte une roue dentée à un seul étage. Dans les deux configurations l'axe des roues dentées est transversal et solidaire du boîtier moteur "B". Système caractérisé suivant revendications 1 à 5 en ce que ces mécanismes utilisent le principe de la non "réversibilité" à savoir: (ô les billes ne peuvent faire tourner une vis hélicoïdale quelle que soit la poussée axiale qui lui est appliquée, de même que, dans un dispositif d'engrenage, la roue dentée "Rd" ne peut faire tourner la vis sans fin "V". L'inverse étant possible dans les deux cas. Une certaine réversibilité peut être admise, elle aura pour effet de réduire les forces axiales sans affecter le fonctionnement