Brevet FR2736125A1 — publié le 19970103

Différentiel de verrouillage incluant des éléments de retenue d'arbre La présente invention concerne un différentiel pour entraîner à rotation une paire d'arbres de sortie espacés axialement et disposés colinéairement au moyen d'un arbre d'entrée menant tournant, les extrémités adjacentes des arbres de sortie contenant des gorges périphériques pour recevoir des éléments de retenue en forme de C, respectivement. Des différentiels de verrouillage pour désembrayer automatiquement un arbre de sortie en survitesse du mécanisme menant sont bien connus dans la technique antérieure, comme montré par les brevets US-A-4.557.158, US-A-4.644.818 et US-A-4.745.818. Dans ces différentiels, le moyen de came central sert à désembrayer un arbre de sortie en survitesse, et des anneaux résistants maintiennent l'arbre de sortie à l'état désembrayé tant que l'état en survitesse continue. Dans de tels différentiels, des moyens d'espacement sont souvent prévus entre les extrémités adjacentes des arbres de sortie, afin de résister aux forces axiales qui tendent à déplacer les arbres de sortie l'un vers l'autre. Un problème survenant dans de tels différentiels est celui de résister aux forces axiales qui tendent à séparer les arbres de sortie pendant le fonctionnement du différentiel. La présente invention était développée pour éviter les inconvénients cidessus et d'autres des différentiels de verrouillage de types connus. 2 2736125 A cette fin, un mécanisme différentiel, typiquement à verrouillage automatique, pour entraîner à rotation une paire d'arbres de sortie espacés axialement et disposés colinéairement au moyen d'un arbre d'entrée menant tournant, les extrémités adjacentes des arbres de sortie contenant des gorges périphériques pour recevoir des éléments de retenue en forme de C, respectivement, comprenant (a) un boîtier contenant une chambre et incluant une paire d'orifices opposés pour recevoir à rotation les extrémités adjacentes des arbres de sortie, respectivement; (b) une paire de moyeux d'engrenage latéraux annulaires montés à rotation dans ladite chambre de boîtier et adjacents auxdits orifices pour être reliés sans rotation aux arbres de sortie, respectivement; (c) une paire d'éléments d'engrenage d'embrayage annulaires disposés concentriquement autour desdits et engrenés pour un déplacement axial par rapport auxdits moyeux d'engrenage latéraux, respectivement; (d) un moyen d'engrenage menant central annulaire disposé colinéairement entre lesdits moyeux d'engrenage latéraux, ledit moyen d'engrenage menant central étant relié sans rotation audit boîtier; (e) des moyens de ressort rappelant ensemble normalement lesdits éléments d'engrenage d'embrayage à des positions embrayées par rapport audit moyen d'engrenage menant central; (f) un moyen de came central annulaire disposé concentriquement au moyen d'engrenage menant central et entre lesdits moyeux d'engrenage latéraux pour désembrayer l'un des moyeux d'engrenage latéraux dudit moyen d'engrenage menant central lorsque l'arbre de sortie associé a une vitesse supérieure à celle de l'autre arbre de sortie d'une quantité prédéterminée; (g) des moyens d'anneau résistant annulaire pour maintenir ledit un moyeu d'engrenage latéral à l'état débrayé par rapport audit moyen d'engrenage menant central tant que l'état de survitesse existe; et (h) un moyen d'espacement relié de manière amovible audit boîtier pour empêcher un déplacement axial des arbres de sortie l'un vers l'autre; est caractérisé en ce que dans ledit boîtier, ledit moyen d'engrenage menant central et ledit moyen de came central sont ménagées des lumières d'accès s'étendant radialement pour permettre une insertion manuelle desdits éléments de retenue en C dans les gorges d'arbre de sortie pratiquées dans les extrémités adjacentes des arbres de sortie, respectivement. Les éléments de retenue en C contribuent également à retenir les arbres de sortie contre toute séparation axiale par rapport au boîtier du mécanisme différentiel. Les extrémités adjacentes des moyeux d'engrenage latéraux du mécanisme différentiel contiennent des lamages qui servent non seulement comme surfaces de butée pour empêcher toute séparation axiale par des éléments de retenue sous forme de clips en C et des arbres de sorties reliés à ceux-ci par rapport au boîtier du mécanisme différentiel, mais également comme moyens pour retenir les clips en C dans leurs gorges respectives pratiquées dans les arbres de sortie. 4 2736125 Le différentiel inclut de préférence un moyen limitant le degré de déplacement rotationnel angulaire relatif entre le moyen de came central et le moyen d'engrenage menant central. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de came central est disposé concentriquement dans ledit moyen d'engrenage menant central. Le moyen d'espacement peut comprendre une broche d'espacement ayant une portion de corps qui s'étend diamétralement en travers de la chambre de boîtier et entre les extrémités adjacentes des arbres de sortie et qui a une tête élargie montée dans un orifice du boîtier, et un moyen pour boulonner de manière amovible la broche d'espacement au boîtier du différentiel afin d'empêcher le retrait de ladite broche d'espacement depuis ledit boîtier. En conséquence, avec la broche d'espacement retirée, après que les éléments de retenue du type clips en C aient été montés dans les gorges d'arbres de sortie et que les arbres de sortie aient été sensiblement séparés axialement pour loger les éléments de retenue en C dans les lamages, en contact avec les parois de fond de ces lamages, la broche d'espacement peut être insérée entre les extrémités d'arbre adjacentes et être boulonnée au boîtier. Les lumières d'accès ménagées dans le moyen de came central et le moyen d'engrenage menant central sont alignées l'une avec l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier est démontable et inclut une partie de corps principale et une partie de couvercle d'extrémité amovible boulonnée à ladite partie de corps principale, chacune desdites parties de boîtier 2736125 contenant l'un desdits orifices d'arbre de sortie, respectivement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyeux d'engrenage latéraux incluent un moyen de butée coopérant avec ledit boîtier et en contact avec les éléments de retenue en forme de C pour empêcher une séparation axiale des arbres de sortie. Le boîtier du mécanisme différentiel est adapté pour être mené en rotation par l'arbre d'entrée. Ce mécanisme différentiel comprend de préférence un moyen de butée dans lesdits moyeux d'engrenage latéraux empêchant un déplacement axial desdits éléments de retenue sous la forme de clips en C à s'éloigner l'un de l'autre. Le moyen de butée peut inclure un premier moyen de butée sur chacun desdits moyeux d'engrenage latéraux agencé pour coopérer avec des surfaces porteuses correspondantes dans ledit boîtier, de manière à empêcher une séparation axiale desdits moyeux d'engrenage latéraux. De préférence, le premier moyen de butée peut comprendre une collerette annulaire s'étendant circonférentiellement autour de chaque moyeu d'engrenage latéral. Le moyen de butée peut également inclure un second moyen de butée défini par des parois de fond de lamages pratiqués dans des extrémités adjacentes desdits moyeux d'engrenage latéraux, respectivement. De préférence, le diamètre des lamages de moyeu d'engrenage latéral est sensiblement plus grand que la dimension diamétrale externe correspondante desdits éléments de retenue sous la forme de clips en C, de manière à retenir lesdits clips en C dans les gorges d'arbre de sortie respectives. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du différentiel de verrouillage selon la présente invention; - la figure 2 est une vue longitudinale de l'extrémité à gorge de l'un des arbres des sortie; - la figure 3 est une vue de face de l'un des dispositifs de retenue à clips C de la figure 1; - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe des parties de corps principal et de couvercle d'extrémité du boîtier de différentiel, respectivement; - la figure 6 est une vue détaillée du boîtier prise le long de la ligne 6-6 de la figure 4; - les figures 7 et 8 sont des vues longitudinales et d'extrémité de gauche de la broche d'espacement du différentiel de la figure 1, respectivement; - les figures 9 et 10 sont des vues en coupe longitudinale et d'extrémité de droite de l'un des moyeux d'engrenage latéraux de la figure 1? respectivement; - la figure 12 est une vue d'extrémité de l'élément de came central de la figure 1, et les figures 12 et 13 sont des vues en coupe prises le long des lignes 12-12 et 13-13 de la figure 11, respectivement; - la figure 14 est une vue d'extrémité de l'élément d'engrenage menant central de la figure 1 et les figures 15 et 16 sont des vues en coupe prises 7 2736125 le long des lignes 15-15 et 16-16 de la figure 14, respectivement; - la figure 17 est une vue en coupe longitudinale d'une modification de la partie de corps de boîtier de la figure 4; - la figure 18 est une vue détaillée prise le long de la ligne 17-18 de la figure 17; et - les figures 19 et 20 sont des vues longitudinales et d'extrémité d'une broche d'espacement destinée à être utilisée avec la partie de boîtier de la figure 17, respectivement. Description détaillée En se référant d'abord tout particulièrement à la figure 1, le différentiel de la présente invention inclut un boîtier 2 qui est supporté à rotation à l'intérieur d'un carter de différentiel 4 pour un déplacement mené à rotation par un arbre d'entrée 6 via un pignon 8 et une roue d'engrenage annulaire 10, de manière à mener des arbres ou axes de sortie alignés 12 et 14 qui sont respectivement reliés aux roues motrices (non représentées) du véhicule. le boîtier 2 est démontable et inclut une partie de corps principale 2a et une partie de couvercle d'extrémité amovible 2b qui est boulonnée contre la partie 2a par des boulons 16. Comme il est connu dans la technique antérieure, deux moyeux d'engrenage latéraux 18 et 20 sont engrenés sans rotation aux arbres de sortie 12 et 14, respectivement, et deux éléments d'engrenage d'embrayage 22 et 24 sont montés pour un déplacement à coulissement axial sur les moyeux d'engrenage latéraux 18 et 20, respectivement. Un élément d'engrenage menant central annulaire 26 est engrené sans rotation au boîtier 2 entre les éléments d'embrayage 22 et 24, lequel élément 8 2736125 d'engrenage menant central est muni à chaque extrémité de dentures d'engrenage menantes 26a, comme montré plus en détail aux figures 14 à 16. Un élément de came central 30 est disposé concentriquement dans l'élément d'engrenage menant central 26 et entre les éléments d'engrenage d'embrayage 22 et 24 et est muni à chaque extrémité d'une pluralité de dents de came 30a et 30b, comme montré en détail aux figures 11 à 13. Comme il est connu dans la technique antérieure, l'élément de came central 30 est verrouillé pour un déplacement angulaire limité par rapport à l'élément menant central 26 par la coopération entre un ergot interne 26b (figure 14) sur la surface cylindrique interne de l'élément d'engrenage menant central 26, et une fente surdimensionnée correspondante 32 (figure 11) ménagée dans la surface cylindrique externe de l'élément de came central 30. Un anneau d'encliquetage 36 s'étend dans des rainures correspondantes pratiquées dans les surfaces cylindriques externe et interne de l'élément de came central 30 et de l'élément d'engrenage menant central 26, de manière à empêcher un déplacement axial relatif entre ces deux éléments. Des anneaux résistants classiques 38 et 40 sont reliés aux éléments d'engrenage d'embrayage 22 et 24, respectivement, de manière à maintenir à un état désembrayé l'élément d'embrayage 22 ou 24 qui est associé à un arbre de sortie en survitesse 12 ou 14, respectivement, comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous. Le moyeu d'engrenage latéral 18 (figures 9 et ) est muni d'une collerette externe annulaire 18a qui bute contre une surface porteuse annulaire correspondante sur la paroi interne de la chambre de boîtier dans la partie 2a, comme montré à la figure 9 2736125 1. Un épaulement de la collerette 18a supporte de manière similaire un ressort 42 qui normalement rappelle l'élément d'embrayage 22 vers un contact avec l'élément d'engrenage menant central 26. De manière similaire, le moyeu d'engrenage 20 inclut une collerette externe annulaire 20a qui est adaptée pour buter contre la surface de paroi interne correspondante de la partie de boîtier 2b, et également pour supporter un ressort 44 qui rappelle l'élément d'embrayage 24 vers un contact avec l'élément d'engrenage menant central 26. Les arbres ou axes de sortie 12 et 14 sont retenus contre tout éloignement à déplacement axial par une paire de clips en C 50 et 52 (figure 3) qui s'étendent dans des gorges de blocage périphériques correspondantes 54 (figure 2) et 56 pratiquées aux extrémités adjacentes des arbres de sortie 12 et 14, respectivement. Les clips en C sont contenus dans des lamages 18c et 20c pratiqués dans les extrémités adjacentes des moyeux d'engrenage latéraux 18 et 20, respectivement. Comme cela sera expliqué ci-dessous, les clips en C butent contre des parois de fond des lamages 18c et 20c pour empêcher une séparation axiale relative des clips en C et des arbres de sortie 12 et 14 reliés à ceux-ci. Afin d'empêcher que les arbres de sortie 12 et 14 soient déplacés ensemble axialement, une broche d'espacement 60 est prévue qui s'étend diamétralement en travers de la chambre de boîtier. La broche d'espacement (figures 7 et 8) présente une portion de corps cylindrique 60a qui est mise en butée par les extrémités adjacentes des arbres de sortie 12 et 14, et une portion de tête élargie 60b qui est logée dans un orifice correspondant 5 (figure 4) ménagé dans la partie de boîtier 2a. Un boulon 62 sert à maintenir 2736125 de manière amovible la broche d'espacement 60 dans une relation reliée avec le boîtier 2. A son autre extrémité, la portion de corps cylindrique 60a s'étend dans un alésage traversier 7 correspondant contenue dans la partie de corps de boîtier 2a. Conformément à une caractéristique de l'invention, en addition à l'orifice d'accès de boîtier 5, afin de fournir un accès aux clips en C 50 et 52 lorsque la broche d'espacement 60 est retirée du différentiel, une paire de lumières d'accès alignées radialement 27 (figure 16) et 31 (figure 13) sont prévues dans l'élément d'engrenage menant central 26 et l'élément de came central 30, respectivement. Ces lumières d'accès 27 et 31 sont diamétralement opposées à un trou 29 (figure 15) dans l'élément 26 et un trou 33 (figure 12) dans l'élément qui reçoivent la portion de corps 60a de la broche d'espacement 60. L'élément d'engrenage menant central 26 est ainsi relié au boîtier par ces lumières d'accès opposées, et les lumières d'accès 27 et 31 sont maintenues généralement en vis-à-vis par une coopération entre un ergot local interne 26b dans l'élément d'engrenage menant central 26 (figure 14), et une fente 32 sur la périphérie externe de l'élément de came central 30 (figure 11). Pour relier les arbres de sortie 12 et 14 à un mécanisme différentiel assemblé, le boulon 62 est retiré pour permettre le retrait de la broche d'espacement 60 depuis le boîtier 2, à la suite de quoi l'arbre de sortie 12 est axialement introduit dans le différentiel à l'intérieur du moyeu d'engrenage latéral 18 jusqu'à ce que la gorge 54 soit exposée dans les lumières d'accès alignées 31 et 27 pratiquées dans l'élément de came central et l'élément d'engrenage menant central. Le clip en C 50 est introduit dans la chambre de boîtier via les orifices 5, 27 et 31 et est inséré dans la gorge 54. L'arbre 12 est alors déplacé axialement vers la gauche de manière à faire contenir le clip en C 50 dans le lamage 18c pour retenir le clips en C dans la gorge 54, et pour empêcher un déplacement axial vers la gauche de l'arbre 12. De manière similaire, l'arbre 14 peut être inséré axialement dans le mécanisme différentiel jusqu'à ce que la gorge 56 soit exposée dans les lumières 5, 31 et 27, à la suite de quoi le second clip en C 52 est inséré dans la gorge 56 prévue à la périphérie externe de l'arbre de sortie 14. L'arbre 14 est alors décalé vers la droite pour introduire le clip en C 52 dans le lamage 20c, afin de retenir le clip en C dans la gorge 56. En outre, le clip en C 52 bute contre la paroi de fond du lamage 20c de manière à empêcher un autre décalage de l'arbre de sortie 14 vers la droite. Normalement, les clips en C et les arbres sont fournis à l'utilisateur du différentiel. Fonctionnement Le différentiel assemblé fonctionne d'une manière classique. On supppose, par exemple, que la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 excède celle de l'arbre de sortie 14 d'une quantité prédéterminée. Dans ce cas, les dents de came 30a sur l'élément de came central 30 décale l'élément d'embrayage 22 vers la gauche, afin d'effectuer un désengrènement entre les dents d'élément d'embrayage et les dents menantes correspondantes 26a sur l'élément menant central 26. L'anneau résistant 38 est sensiblement déplacé angulairement à une position résistante à laquelle les pattes axiales sur celui-ci s'engagent avec des portions de redan externe 30c 12 2736125 (figure 11) de l'élément de came central 30 pour maintenir l'élément d'embrayage 22 à son état débrayé. Lorsque l'état de survitesse est terminé, l'anneau résistant 38 est retourné angulairement à sa position initiale, à la suite de quoi, grâce à la force de rappel du ressort 42, l'élément d'embrayage 22 retourne en contact avec l'élément d'engrenage menant central 26. Un fonctionnement différentiel similaire survient dans le cas o l'arbre de sortie de droite 14 est en survitesse, c'est-à-dire a une vitesse qui excède celle de l'arbre de sortie de gauche 12 d'une quantité prédéterminée. En se référant à la variante de réalisation selon les figures 17 à 20, la broche d'espacement 160 selon cette réalisation a une portion de tête de forme générale circulaire 160b, laquelle portion de tête est logée dans un orifice d'accès généralement circulaire défini par les collerettes disposées diamétralement 102c dans la partie de boîtier 102. La structure restante du différentiel est identique à celle de la figure 1. 13 2736125 REVENDICATIONS 1 - Mécanisme différentiel pour entraîner à rotation une paire d'arbres de sortie espacés axialement et disposés colinéairement (12, 14) au moyen d'un arbre d'entrée menant tournant (6), les extrémités adjacentes des arbres de sortie contenant des gorges périphériques (54, 56) pour recevoir des éléments de retenue en forme de C (50, 52), respectivement, comprenant: (a) un boîtier (2) contenant une chambre et incluant une paire d'orifices opposés pour recevoir à rotation les extrémités adjacentes des arbres de sortie (12, 14), respectivement; (b) une paire de moyeux d'engrenage latéraux annulaires (18, 20) montés à rotation dans ladite chambre de boîtier et adjacents auxdits orifices pour être reliés sans rotation aux arbres de sortie (12, 14), respectivement; (c) une paire d'éléments d'engrenage d'embrayage annulaires (22, 24) disposés concentriquement autour desdits et engrenés pour un déplacement axial par rapport auxdits moyeux d'engrenage latéraux (18, 20), respectivement; (d) un moyen d'engrenage menant central annulaire (26) disposé colinéairement entre lesdits moyeux d'engrenage latéraux (18, 20), ledit moyen d'engrenage menant central étant relié sans rotation audit boîtier (2); (e) des moyens de ressort (42, 44) rappelant ensemble normalement lesdits éléments d'engrenage d'embrayage (22, 24) à des positions embrayées par rapport audit moyen d'engrenage menant central (26); (f) un moyen de came central annulaire (30) disposé concentriquement au moyen d'engrenage menant 14 2736125 central (26) et entre lesdits moyeux d'engrenage latéraux (18, 20) pour désembrayer l'un (18) des moyeux d'engrenage latéraux dudit moyen d'engrenage menant central (26) lorsque l'arbre de sortie associé (12) a une vitesse supérieure à celle de l'autre arbre de sortie (14) d'une quantité prédéterminée; (g) des moyens d'anneau résistant annulaire (38, ) pour maintenir ledit un moyeu d'engrenage latéral (18) à l'état débrayé par rapport audit moyen d'engrenage menant central (26) tant que l'état de survitesse existe; et (h) un moyen d'espacement (60) relié de manière amovible audit boîtier (2) pour empêcher un déplacement axial des arbres de sortie (12, 14) l'un vers l'autre; caractérisé en ce que dans ledit boîtier (2), ledit moyen d'engrenage menant central (26) et ledit moyen de came central (30) sont ménagées des lumières d'accès s'étendant radialement (5, 27, 31) pour permettre une insertion manuelle desdits éléments de retenue en C dans les gorges d'arbre de sortie (54, 56) pratiquées dans les extrémités adjacentes des arbres de sortie (12, 14), respectivement. 2 - Mécanisme conforme à la revendication 1, et incluant en outre un moyen (32, 26b) limitant le degré de déplacement rotationnel angulaire relatif entre ledit moyen de came central (30) et ledit moyen d'engrenage menant central (26). 3 - Mécanisme conforme à la revendication 2, dans lequel ledit moyen de came central (30) est disposé concentriquement dans ledit moyen d'engrenage menant central (26). 2736125 4 - Mécanisme conforme à la revendication 3, dans lequel ledit moyen d'espacement inclut une broche d'espacement (60) ayant une portion de corps (60a) s'étendant diamétralement en travers de ladite chambre de boîtier et entre les extrémités adjacentes des arbres de sortie (12, 14), ladite broche d'espacement incluant une tête élargie (60b) montée dans un orifice de boîtier (5), et un moyen pour empêcher le retrait de ladite broche d'espacement depuis ledit boîtier (2). - Mécanisme conforme à la revendication 4, dans lequel ladite broche d'espacement (60) s'étend à travers lesdites lumières d'accès (27, 31) ménagées dans ledit moyen d'engrenage menant central (26) et dans ledit moyen de came central (30). 6 - Mécanisme conforme à la revendication 1, dans lequel ledit boîtier (2) est démontable et inclut une partie de corps principale (2a) et une partie de couvercle d'extrémité amovible (2b) boulonnée à ladite partie de corps principale, chacune desdites parties de boîtier contenant l'un desdits orifices d'arbre de sortie, respectivement. 7 - Mécanisme conforme à la revendication 1 ou 6, dans lequel lesdits moyeux d'engrenage latéraux (18, 20) incluent un moyen de butée (18a, 20a; 18c, c) coopérant avec ledit boîtier et en contact avec les éléments de retenue en forme de C (50, 52) pour empêcher une séparation axiale des arbres de sortie (12, 14). 8 - Mécanisme conforme à la revendication 1, dans lequel le boîtier (2) est adapté pour être mené 16 2736125 en rotation par l'arbre d'entrée, et dans lequel un moyen de butée (18a, 20a; 18c, 20c) dans lesdits moyeux d'engrenage latéraux (18, 20) empêche un déplacement axial desdits éléments de retenue sous la forme de clips en C (50, 52) à s'éloigner l'un de l'autre. 9 - Mécanisme conforme à la revendication 7 ou 8, dans lequel ledit moyen de butée inclut un premier moyen de butée (18a, 20a) sur chacun desdits moyeux d'engrenage latéraux (18, 20) agencé pour coopérer avec des surfaces porteuses correspondantes dans ledit boltier (2), de manière à empêcher une séparation axiale desdits moyeux d'engrenage latéraux (18, 20). - Mécanisme conforme à la revendication 9, dans lequel ledit premier moyen de butée comprend une collerette annulaire (18a, 20a) s'étendant circonférentiellement autour de chaque moyeu d'engrenage latéral (18, 20). 11 - Mécanisme conforme à la revendication 10, dans lequel ledit moyen de butée inclut un second moyen de butée défini par des parois de fond de lamages (18c, 20c) pratiqués dans des extrémités adjacentes desdits moyeux d'engrenage latéraux (18, ), respectivement. 12 - Mécanisme conforme à la revendication 11, dans lequel le diamètre des lamages de moyeu d'engrenage latéral (18c, 20c) est sensiblement plus grand que la dimension diamétrale externe correspondante desdits éléments de retenue en forme de C (50, 52), de manière à retenir lesdits éléments 17 2736125 de retenue en forme de C dans les gorges d'arbre de sortie (54, 56), respectivement.