Brevet FR2784163A1 — publié le 20000407

DIFFERENTIEL A GLISSEMENT LIMITE La présente invention concerne un différentiel à glissement limité. On connaît depuis longtemps les problèmes de motricité liés au différentiel classique. En effet, un différentiel classique qui se trouve entre deux roues d'un même essieu, transmet par définition de manière équitable le couple d'entrée vers les deux arbres de sortie. Le problème est, que lorsqu'une des sorties est privée de couple résistant consécutif à une perte d'adhérence sur sa roue correspondante, I'autre sortie ne peut transmettre que le couple équivalent. Dans le cas extrême, si l'une des deux roues motrices d'un véhicule se trouve soulevée du sol, il devient impossible de transmettre le moindre couple sur l'essieu alors qu'une des deux roues est en contact avec le sol. C'est la raison pour laquelle, on a inventé les différentiels à glissement limité qui peuvent transmettre de façon inégale le couple aux deux roues d'un même essieu. Ces différentiels fonctionnent généralement suivant un train d'engrenages traditionnel auquel on ajoute un dispositif de frottement qui agit lorsque des vitesses différentielles apparaissent en favorisant la sortie la plus lente, à savoir celle qui ne patine pas. La présente invention vise à fournir un différentiel à glissement limité qui soit économique et peu encombrant pour les applications de grande diffusion, notamment dans le domaine des modèles réduits. A cet effet, I'invention a pour objet un différentiel à glissement limité, du type comprenant trois organes de liaison dont un organe d'entrée et deux organes de sortie, et des moyens de freinage pour relier sélectivement, au moins avec un certain glissement, deux desdits trois organes de liaison, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens centrifuges pour relâcher au moins partiellement lesdits moyens de freinage lorsque la vitesse de rotation du différentiel augmente. 2 2784163 Ainsi, on obtiendra des taux de transfert d'une sortie à l'autre de plus en plus faibles au fur et à mesure que la vitesse augmente. Les moyens de freinage peuvent être agencés pour fournir des efforts de freinage possédant au moins une composante perpendiculaire aux axes des moyens de freinage. Les surfaces de freinage peuvent dans ce cas être cylindriques ou coniques, coaxiales aux organes de sortie du différentiel. Un tel agencement est particulièrement bien adapté à I'invention, puisque les efforts centrifuges peuvent alors s'opposer directement aux moyens de freinage. On peut toutefois envisager d'autres types de surfaces de freinage, notamment transversales à l'axe, par exemple des disques, sous réserve de prévoir des moyens convenables de renvoi d'effort. On observera qu'un agencement des moyens de freinage tel que ces derniers fournissent des efforts de freinage possédant au moins une composante perpendiculaire aux axes des organes de sortie du différentiel, pourrait être envisagé indépendamment de l'objet de la présente invention, un tel agencement pouvant présenter en lui-même certains caractères avantageux. Dans un mode de réalisation particulier, le différentiel selon l'invention est un différentiel à billes comprenant deux plateaux transversaux coaxiaux entre lesquels sont disposées des billes de transmission, des surfaces de cames étant prévues pour rapprocher lesdites billes de l'axe de rotation et les presser vers des organes de freinage lorsque le différentiel est sous couple. Les différentiels à billes sont connus en eux-mêmes. Ici, les billes sont en outre utilisées pour presser des organes de freinage vers l'axe de rotation sous l'action de surfaces de came. La force centrifuge s'exerçant sur les billes et sur les organes de freinage tend donc à s'opposer au freinage. Plus particulièrement, des moyens élastiques peuvent être agencés pour assurer une précharge axiale des billes entre lesdits plateaux. Dans un autre mode de réalisation particulier, le différentiel selon l'invention est un différentiel à train d'engrenages, et notamment à pignons coniques. Dans ce dernier cas, le différentiel selon l'invention peut comporter des axes de satellites mobiles axialement sous l'action de la force centrifuge, lesdits axes étant agencés pour coopérer avec des surfaces de cames pour presser un organe de freinage axialement vers l'intérieur contre des surfaces de freinage ménagées sur lesdits moyens de liaison. Ledit organe de freinage peut être constitué par les extrémités radialement intérieures desdits axes de satellites. Dans un autre mode de réalisation, ledit organe de freinage comprend un anneau élastique disposé autour desdites surfaces de freinage. Egalement dans un mode de réalisation particulier, des moyens peuvent être prévus pour limiter le débattement angulaire entre l'organe d'entrée et le train différentiel. On assure ainsi un fonctionnement du dispositif même lorsque des jeux, dus par exemple à l'usure des moyens de freinage, empêchent un fonctionnement correct des moyens de freinage. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation particuliers de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un différentiel selon un premier mode de réalisation; - la figure 2 en est une vue en coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 1 en position de repos; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 avec le différentiel en position de fonctionnement sous couple; - la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3; la figure 5 est une vue en perspective éclatée du différentiel des figures 1 à 4 - la figure 6 est une vue en coupe axiale selon la ligne C-C de la figure 7, d'un différentiel selon un second mode de réalisation; - la figure 7 en est une vue en coupe transversale selon la ligne D-D de la figure 6, en position de repos; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 7 avec le différentiel en position de fonctionnement sous couple; la figure 9 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 8 - la figure 10 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 6; et - la figure 11 est une vue en perspective éclatée du différentiel des figures 6 à 10. L'ensemble du différentiel à glissement limité des figures 1 à 5, de type à billes utilisable par exemple pour des modèles réduits, est maintenu par des roulements 1 et 2 qui sont logés dans un carter 3 refermant l'ensemble. Le couple d'entraînement provenant plus ou moins directement du moteur est transmis dans ce mode particulier de réalisation au moyen d'une courroie crantée non représentée qui engrène avec la couronne dentée 4 munie de dents 4'. La couronne dentée 4 entraîne en rotation suivant l'axe XY du différentiel, un ensemble de 8 billes 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5h et i au moyen d'embrèvements 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6h et 6i. Les huit billes 5a à 5i sont en contact avec les cardans de sortie gauche 7 et de sortie droite 8 du différentiel, par l'intermédiaire de plateaux annulaires 7' et 8' respectivement solidaires de ces sorties. L'ensemble des billes 5, la sortie gauche 7 et la sortie droite 8 sont mis sous contrainte axiale par un ensemble composé de rondelles Belleville 9a, 9b, 9c et 9d formant ressorts, de rondelles 11a et 11b, d'une butée à billes 12 et d'un circlips 13, mis en compression par une vis axiale 10. Quatre segments de freinage 14a, 14b, 14c et 14d sont disposés axialement entre les deux plateaux 7' et 8', et radialement entre d'une part les billes 5a à 5i et d'autre part deux épaulements cylindriques 17 et 18 solidaires respectivement des plateaux 8' et 7' et munis de surfaces de freinage cylindriques 17' et 18' coaxiales aux sorties 7 et 8. Dans ce mode de réalisation, la fonction différentiel est obtenue de façon classique par la rotation des billes 5a à 5i respectivement suivant les axes 15a à 15i, la transmission de couple entre les différents éléments se faisant par adhérence. Lorsque le différentiel transmet un couple positif, les billes 5a à i entrent en contact avec des pentes 16a à 16i inclinées par rapport à l'axe XY, ménagées à la surface radialement interne de la couronne 4, à l'opposé des dents 4'. Les composantes radiales Fpa à Fpi des résultantes Fra à Fri de ces contacts appuient respectivement les billes 5a à 5i contre les segments 14a à 14d. Les segments 14a à 14d sont donc pressés de façon proportionnelle au couple d'entrée par les forces Fpa à Fpi contre les épaulements 17 et 18 assurant ainsi une liaison plus ou moins importante entre les deux sorties 7 et 8. Lorsqu'un couple négatif est appliqué au différentiel, les billes 5a à 5i entrent respectivement en contact avec les pentes 19a à 19i. Les composantes radiales de ces contacts appuient respectivement de façon proportionnelle les billes 5a à 5i contre les segments 14a et 14d. Les segments 14a et 14d sont de même pressés de façon proportionnelle au couple d'entrée contre les épaulements 17 et 18 assurant une liaison plus ou moins importante entre les deux sorties 7 et 8. On notera que l'angle des pentes 16a à 16i et 19a à 19i intervient dans le fonctionnement du différentiel et notamment dans le taux de transfert. De la même façon, on notera que le diamètre de friction des deux épaulements 17 et 18 interviendra dans le calcul du taux de transfert au même titre que le coefficient de friction obtenu entre les épaulements 17 et 18 d'une part et les segment 14a à 14d d'autre part. Pour l'explication de la création des forces Fpa à Fpi, on se limitera à l'étude de la force Fpa. Lors de l'application d'un couple positif sur le différentiel, la bille 5a entre en contact avec la pente 16a. Ce contact crée une force Fra qui se décompose 6 2784163 en deux forces Fea et Fpa. La force Fpa s'applique suivant une direction passant par le point de contact entre la bille 5a et la pente 16a d'une part et le centre du différentiel d'autre part. On peut appliquer le même raisonnement pour toutes les forces Fpb à Fpi ainsi que pour l'application de couples négatifs. La direction des efforts presseurs Fpa à Fpi opposent ces efforts à la force centrifuge à laquelle sont soumises chacune des billes et dans ce mode de réalisation chacun des segments 14a à 14d. Par cette opposition, les efforts dus à la force centrifuge s'opposent plus ou moins partiellement aux efforts presseurs et tendent ainsi à diminuer le taux de transfert de façon proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du différentiel et, par conséquent, au carré de la vitesse du véhicule. On rappellera que les forts taux de transfert sont utiles à basse vitesse lorsque le couple aux roues est important. Inversement on rappellera que le taux de transfert peut être faible voire nul pour les vitesses importantes. On décrira maintenant le deuxième mode de réalisation en référence aux figures 6 à 11, qui représente un différentiel à pignons coniques selon l'invention. L'ensemble du différentiel tourne sur deux roulements 30 et 31 reposant dans un carter 33. Un boîtier 34 associé à un couvercle 35 contient le mécanisme du différentiel. Le boîtier 34, le couvercle 35 et la couronne dentée 38 sont maintenus serrés et solidaires au moyen des deux vis d'assemblage 36 et 37. Le couronne dentée 38 est apte à transmettre le couple d'entraînement en provenance plus ou moins directe du moteur. Une plaque d'entrée 39 est maintenue latéralement dans le boîtier 34 et le couvercle 35 au moyen d'entretoises 40 et 41. La plaque d'entrée 39 est entraînée en rotation par les deux vis 36 et 37 engagées dans deux encoches 42 et 43 qui sont pratiquées dans la plaque d'entrée 39, et dans deux évidements angulaires 42' et 43' qui sont pratiqués dans un porte-satellites 39'. Les évidements 42' et 43' permettent un décalage angulaire dans un sens ou dans l'autre entre la plaque d'entrée 39 et le porte-satellites 39' lorsque le différentiel est sous 7 2784163 couple. En outre leurs butées d'extrémités autorisent un fonctionnement dégradé du différentiel, sans limitation du glissement, lorsque les surfaces de freinage sont usées. L'ensemble du train d'engrenages différentiel, composé des deux planétaires 44 et 45 et des quatre satellites 46, 47, 48, 49, est entraîné par les axes de satellites 50, 51, 52 et 53 portés par le portesatellites 39'. Ces axes de satellites sont respectivement en contact, lors d'une application d'un couple positif sur l'ensemble du différentiel, avec des pentes 54, 55, 56 et 57 inclinées par rapport à l'axe de sortie du dispositif et ménagées sur la surface radialement intérieure de la plaque d'entrée 39. Les axes de satellites sont respectivement en contact avec les pentes 58, 59, 60 et 61 lors d'une application d'un couple négatif sur l'ensemble du différentiel. Des arbres de sortie 62 et 63 sont liés respectivement en rotation aux planétaires 44 et 45 au moyen de cannelures 64 et 65. Les arbres de sortie 62 et 63 présentent des épaulements 66 et 67, qui sont coniques dans ce mode de réalisation, se faisant face au centre du différentiel. Un anneau de liaison 68 réalisé dans un matériau élastique prend place entre les deux épaulements coniques 66 et 67 des arbres 62 et 63. Dans ce mode de réalisation, la fonction différentiel est obtenue de façon classique par le train d'engrenages compose des deux planétaires 44 et 45 et des quatre satellites 46, 47, 48 et 49. Lorsque le différentiel transmet un couple positif, les axes , 51, 52 et 53 entrent en contact avec les pentes 58, 59, 60 et 61. Les forces résultant de ces contacts Fpk, Fpl, Fpm et Fpn appuient respectivement sur les axes de satellites 50, 51, 52 et 53 contre l'anneau élastique 68. L'anneau élastique 68 est ainsi pressé de façon proportionnelle au couple d'entrée contre les deux épaulements coniques 66 et 67 assurant ainsi une liaison plus ou moins importante entre les deux arbres de sortie 62 et 63. D'autre part, le contact entre l'anneau élastique 68 et les deux arbres de sortie 62 et 63 se réalisant sur des surfaces coniques, on obtiendra des efforts latéraux Fpkg, Fpkd, Fplg, 8 2784163 Fpld, Fpmg, Fpmd, Fpng et Fpnd. Les efforts latéraux Fpkg Fpkd, Fplg, Fpld, Fpmg, Fpmd, Fpng et Fpnd sont respectivement proportionnels aux efforts Fpk, Fpl, Fpm et Fpn. Les efforts latéraux Fpkg, Fplg, Fpmg et Fpng appuient de façon proportionnelle au couple d'entrée l'arbre de sortie 62 et le planétaire 44 qui lui est associé contre le couvercle 35. Les efforts latéraux Fpkd, Fpld, Fpmd et Fpnd appuient de façon proportionnelle au couple d'entrée l'arbre de sortie 63 et le planétaire 45 qui lui est associé contre le boîtier 34. De ce fait, les efforts latéraux Fpkg Fpkd, Fplg, Fpld, Fpmg, Fpmd, Fpng et Fpnd conjugués aux coefficients de friction qui règnent entre le planétaire 44 et le couvercle 35 d'une part, et entre le planétaire et le boîtier 34 d'autre part, créent une liaison plus ou moins importante entre les deux arbres de sortie 62 et 63. De même, lorsque le différentiel transmet un couple négatif, les axes 50, 51, 52 et 53 entrent en contact avec les pentes 54, 55, 56 et 57. Les forces résultant de ces contacts Fpk', Fpl', Fpm' et Fpn' appuient respectivement les axes de satellites 50, 51, 52 et 53 contre l'anneau élastique 68. L'anneau élastique 68 est ainsi pressé de façon proportionnelle au couple d'entrée contre les deux épaulements coniques 66 et 67 assurant ainsi une liaison plus ou moins importante entre les deux arbres de sortie 62 et 63. D'autre part, le contact entre l'anneau élastique 68 et les deux arbres de sortie 62 et 63 se réalisant sur des surfaces coniques, on obtiendra des efforts latéraux Fpk'g, Fpk'd, Fpl'g, Fpl'd, Fpm'g, Fpm'd, Fpn'g et Fpn'd. Les efforts latéraux Fpk'g Fpk'd, Fpl'g, Fpl'd, Fpm'g, Fpm'd, Fpn'g et Fpn'd sont respectivement proportionnels aux efforts Fpk', Fpl', Fpm' et Fpn'. Les efforts latéraux Fpk'g, Fpl'g, Fpm'g et Fpn'g appuient de façon proportionnelle au couple d'entrée l'arbre de sortie 62 et le planétaire 44 qui lui est associé contre le couvercle 35. Les efforts latéraux Fpk'd, Fpl'd, Fpm'd et Fpn'd appuient de façon proportionnelle au couple d'entrée l'arbre de sortie 63 et le planétaire 45 qui lui est associé contre le boîtier 34. De ce fait, les efforts latéraux Fpk'g Fpk'd, Fpl'g, Fpl'd, Fpm'g, Fpm'd, Fpn'g et Fpn'd conjugués aux coefficients de friction qui règnent entre le planétaire 44 et le couvercle 35 d'une part, et entre le planétaire 45 et le boîtier 34 d'autre part créent une liaison plus ou moins importante entre les deux arbres de sortie 62 et 63. On notera que les angles des pentes 54 à 57 et 58 à 61 interviennent dans le fonctionnement du différentiel et notamment dans le taux de transfert. On notera également que le diamètre de friction des épaulements 66 et 67 interviendra dans le calcul du taux de transfert au même titre que le coefficient de friction obtenu entre les épaulements coniques 66 et 67 et l'anneau élastique 68. On notera en outre que la pente des épaulements coniques interviendra dans le calcul du taux de transfert. On notera enfin que les rayons et les coefficients de friction qui apparaissent entre le planétaire 44 et le couvercle 35 d'une part, et entre le planétaire 45 et le boîtier 34 d'autre part, interviendront dans le calcul du taux de transfert. Pour l'explication de la création des forces Fpk à Fpn et Fpk' et Fpn', on se limitera à l'étude de la force Fpk. Lors de l'application d'un couple positif sur le différentiel, I'axe de satellite 50 est en contact avec la pente 58. Ce contact crée une force résultante Frk qui se décompose en deux forces Fea et Fpk. La force Fpk s'applique suivant une direction passant par le point de contact entre l'axe de satellite 50 et la pente 58 d'une part et le centre du différentiel d'autre part. On peut appliquer le même raisonnement pour les toutes les forces Fpl à Fpn et Fpk' à Fpn'. Les efforts presseurs Fpk à Fpn et Fpk' à Fpn' sont opposés à la force centrifuge à laquelle sont soumis les axes de satellite 50 à 53 et l'anneau élastique 68. Par cette opposition, les efforts dus à la force centrifuge s'opposent plus ou moins partiellement aux efforts presseurs et tendent ainsi à diminuer le taux de transfert de façon proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du différentiel, et par conséquent au carré de la vitesse du véhicule. Par ailleurs les efforts presseurs devront également vaincre l'élasticité de l'anneau élastique 68 avant que celui-ci ne soit en contact avec les épaulements coniques 66 et 67, ce qui signifie que le différentiel restera totalement libre jusqu'à un 2784163 certain couple d'entrée suffisant pour créer des efforts presseurs supérieurs à l'effort élastique de l'anneau 68. On notera que les efforts latéraux Fpkg Fpkd, Fplg, Fpld, Fpmg, Fpmd, Fpng et Fpnd sont respectivement proportionnels aux efforts Fpk, Fpl, Fpm et Fpn. Pour la démonstration de la création des efforts Fpkg à Fpng et Fpkd à Fpnd et Fpk'g à Fpn'g et Fpk'd à Fpn'd, on se limitera à l'explication des efforts Fpkg et Fpkd. Pour simplifier, on considérera que le couple est appliqué au différentiel à l'instant du démarrage, c'est à dire pour une vitesse de rotation égale à zéro. Dans cette situation, aucune pièce n'est donc soumise aux effets de la force centrifuge. On ne reviendra pas sur la création de la force Fpk créée par la mise sous couple du différentiel. La force Fpk est opposée à l'effort élastique Fr68K de l'anneau élastique 68. Dans cette exemple, on supposera le couple d'entrée appliqué à l'entrée du différentiel suffisant pour créer un effort Fpk supérieur à l'effort Fr68k. La résultante Fpk- Fr68k est répartie uniformément sur les deux épaulements coniques 66 et 67 en donnant naissance aux deux forces Fpckg et Fpckd normales aux surfaces de contact. Les deux forces Fpckg et Fpckd se décomposent respectivement en deux forces Fpkzg et Fpkg d'une part et Fpkzd et Fpkd d'autre part. Les forces Fpkg et Fpkd pressent respectivement les ensembles planétaire 44 et arbre 62 contre le couvercle 35 d'une part, et le planétaire 45 et l'arbre 63 contre le boîtier 34 d'autre part, ce qui provoque une liaison plus ou moins partielle entre ces sous- ensembles. En variante, I'anneau élastique 68 pourrait être omis, les axes 50 à 53 assurant directement le freinage sur les surfaces coniques 67 et 67. Bien entendu, un tel différentiel ne bénéficierait plus de l'effet de seuil lié à l'élasticité de l'anneau 68. On a décrit ci- dessus deux modes de réalisation de I'invention, intégrés respectivement à un différentiel à billes et à un différentiel à pignons coniques. D'autres modes de réalisation pourraient être envisagés dans d'autres types de différentiels, il 2784163 par exemple dans des différentiels à train épicycloïdal. Des agencements similaires à ceux décrits précédemment pourraient être utilisés dans un tel différentiel. D'ailleurs, les divers agencements décrits en référence à lI'un ou l'autre des deux modes de réalisation représentés aux dessins pourraient s'appliquer à l'un ou l'autre des différents cas. C'est ainsi par exemple que les segments de freinage du premier mode de réalisation pourraient être remplacés par un organe du type de l'anneau élastique du deuxième mode de réalisation. De même, des masselottes indépendantes des billes, du type des axes de satellites du deuxième mode de réalisation pourraient adjointes au premier mode de réalisation. De même également, une précharge pourrait être envisagée dans le deuxième mode de réalisation, alors que l'anneau élastique procure un résultat inverse. 12 2784163 REVENDICATIONS 1 - Différentiel à glissement limité, du type comprenant trois organes de liaison dont un organe d'entrée (4; 38) et deux organes de sortie (7, 8; 62, 63) et des moyens (7', 8', 14; 68, 66, 67) de freinage pour relier sélectivement, au moins avec un certain glissement, deux desdits trois organes de liaison, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens centrifuges (5, 14; 50-53, 68) pour relâcher au moins partiellement lesdits moyens de freinage lorsque la vitesse de rotation du différentiel augmente. 2 - Différentiel à glissement limité selon la revendication 1, dans lequel les moyens de freinage sont agencés pour fournir des efforts de freinage possédant au moins une composante perpendiculaire aux axes des moyens de freinage. 3 - Différentiel à glissement limité selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant deux plateaux transversaux coaxiaux (7', 8') entre lesquels sont disposées des billes de transmission (5), des surfaces de cames (16a-16i, 19a- 19i) étant prévues pour rapprocher lesdites billes de l'axe de rotation et les presser vers des organes de freinage (14a-14d) lorsque le différentiel est sous couple. 4 - Différentiel à glissement limité à pignons coniques selon la revendication 1, comportant des axes (50-53) de satellites (46-49) mobiles axialement sous l'action de la force centrifuge, lesdits axes étant agencés pour coopérer avec des surfaces de cames (54-57, 58-61) pour presser un organe de freinage (68) axialement vers l'intérieur contre des surfaces de freinage (66, 67) ménagées sur lesdits moyens de liaison (62,63). - Différentiel à glissement limité selon la revendication 4, dans lequel ledit organe de freinage est constitué par les extrémités radialement intérieures desdits axes (50-53) de satellites(46-49). -13 - 2784163 6 - Différentiel a glissement limité selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans lequel ledit organe de freinage comprend un anneau élastique (68) disposé autour desdites surfaces de freinage (66, 67). 7 - Différentiel à glissement limité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, des moyens (42', 43') sont prévus pour limiter le débattement angulaire entre l'organe d'entrée et le train différentiel.