Brevet FR2797671A1 — publié le 20010223

ENGRENAGE DIFFERENTIEL BLOQUANT L'invention concerne un engrenage différentiel bloquant pour véhicules automobiles, dans lequel: s - à l'intérieur d'un carter d'engrenage, sont ménagés, dans un boîtier de différentiel, deux roues d'arbres solidaires chacune d'un arbre de sortie et au moins deux pignons coniques de différentiel, - dans le boîtier de différentiel, est disposé un jeu de disques par lequel une des roues d'arbres peut être bloquée par rapport au boîtier de différentiel, - le jeu de disques peut être sollicité de l'extérieur avec une force de blocage, - la force de blocage est produite par un moteur électrique, - la force de blocage est transmise du moteur électrique au jeu de disques par l'intermédiaire d'un engrenage de transmission, - pour la transmission de la force de blocage, un mouvement de rotation pris sur l'engrenage de transmission est transformé par un filetage en un mouvement axial agissant sur le jeu de disques. Un engrenage différentiel, fréquemment appelé aussi différentiel, permet aux roues de prendre des vitesses angulaires différentes et répartit le couple d'entraînement entre les roues. Ceci est particulièrement nécessaire dans les trajets en courbe dans lesquels les roues tournent à des vitesses différentes qui correspondent aux différentes longueurs des trajets de roulement. Il existe deux types de base d'engrenages différentiels: les différentiels épicycloidaux et les différentiels à pignons coniques. Dans un engrenage différentiel à pignons coniques, deux arbres de sortie sont reliés solidairement à des roues d'arbres coniques mutuellement opposées, tandis qu'un ou plusieurs pignons coniques de différentiel, dont les axes s'étendent perpendiculairement aux axes des arbres, sont simultanément en prise avec les deux roues d'arbres. Les pignons coniques de différentiel, les roues d'arbres ainsi que les arbres de l'essieu sont habituellement tourillonnés dans une cage de différentiel ou dans un boîtier de différentiel. Si un arbre de sortie tourne dans un certain sens par rapport aux cages de différentiel, la liaison entre les arbres de sortie assurée par les pignons coniques de différentiel impose une rotation de l'autre arbre de sortie en sens inverse par rapport aux cages de différentiel, avec la même vitesse angulaire. Si les deux arbres de sortie tournent à la même vitesse, ils sont au repos par rapport au boîtier de différentiel. Le boîtier de différentiel est en général solidaire d'une roue d'entrée, par exemple d'une roue d'angle ou d'une roue droite. Un engrenage différentiel peut servir à répartir le couple entre deux roues d'un essieu ou à répartir le couple entre 0o plusieurs essieux. Dans le premier cas il est aussi appelé différentiel transversal, et dans le second cas il est aussi appelé différentiel longitudinal ou central. Un engrenage différentiel est connu par le document US 4 805 486. Dans cet engrenage différentiel, la force de blocage est produite par un moteur électrique et transmise du moteur électrique au jeu de disques par l'intermédiaire d'un engrenage de transmission à roues droites à deux étages. La force de blocage est appliquée de l'extérieur du boîtier de différentiel, du côté d'une des roues d'arbres, et elle est transmise, par l'intermédiaire de plaques de pression et de pistons annulaires, au jeu de disques adjacent à l'autre roue d'arbre. Du fait de l'engrenage de transmission à roues droites à deux étages et du fait que la force de blocage est transmise dans la direction transversale à travers l'ensemble de l'engrenage différentiel, on observe des bruits intempestifs et une forte usure à de nombreux endroits. Le frottement est aggravé par une forte charge des paliers, puisque ces paliers doivent en outre absorber la force de blocage. L'engrenage de transmission à roues droites à deux étages présente un jeu indésirable. Au total, on constate un mauvais rendement et une grande hystérésis. L'invention a pour but de d'offrir un engrenage différentiel bloquant dans lequel le rendement global est amélioré. Ce but est atteint par l'engrenage différentiel tel que défini en préambule et caractérisé en ce que - I'engrenage de transmission est composé d'un seul étage de transmission formé d'un engrenage à vis sans fin qui comprend une vis sans fin et une roue à vis sans fin, - la roue à vis sans fin de l'engrenage à vis sans fin comporte une denture extérieure cylindrique et peut être déplacée dans sa direction axiale par la rotation de la vis sans fin au moyen du filetage, - le jeu de disques se trouve sur la roue d'arbre proche du filetage, laquelle devient de ce fait la roue d'arbre bloquante, et - la force de blocage transmise par le filetage au jeu de disques prend appui sur le carter d'engrenage, sur le côté de l'engrenage différentiel o se trouve la roue d'arbre bloquante. La solution est apportée en particulier par le fait que, avec cette configuration, on obtient un circuit de force fermé. La présence de l'engrenage à vis sans fin à un seul étage réduit les bruits, le frottement et le jeu de l'engrenage de transmission. La denture droite cylindrique de la roue à vis sans fin de l'engrenage à vis sans fin permet une petite liberté de translation axiale de la roue à vis sans fin. Grâce à la disposition du filetage et de la roue d'arbre bloquante, avec le jeu de disques, sur un même côté de l'engrenage différentiel, on obtient un circuit de force plus court pour la force de blocage dans l'engrenage différentiel et le frottement est aussi réduit. Toutes ces caractéristiques contribuent dans une mesure décisive à améliorer le rendement global de l'engrenage différentiel. Il est vrai qu'on connaît par le document DE-C2-39 20 861 un engrenage différentiel dans lequel une force de blocage est transmise d'un moteur électrique au jeu de disques par l'intermédiaire d'un engrenage à vis sans fin. Toutefois, dans cet engrenage différentiel, il faut aussi prévoir deux étages de transmission. Par ailleurs, ici aussi, le circuit de la force de blocage traverse tout l'engrenage différentiel. De là, la force de blocage prend de nouveau appui sur le carter d'engrenage, en dehors du boîtier de différentiel, sur le côté de l'autre roue d'arbre. Dans l'engrenage différentiel selon l'invention, on obtient, d'une façon particulièrement simple, un circuit de force court pour la force de blocage étant donné que la force de blocage prend appui sur le carter d'engrenage par l'intermédiaire de la roue d'arbre bloquante, de l'arbre de sortie sur lequel la roue d'arbre est montée, et d'un palier axial. Lorsque la force de blocage est réglée par le moteur électrique,. elle peut être maintenue par le moteur électrique. Si la force de blocage doit être maintenue pendant longtemps, ceci peut être obtenu, par exemple au moyen d'un engrenage à vis sans fin autobloquant ou par l'intermédiaire d'un frein électromagnétique. Lorsqu'un véhicule doit être utilisé en particulier pour des trajets sur terrain difficile, il est avantageux de prévoir, en supplément de la plage de blocage réglée, une plage dans laquelle l'engrenage différentiel est bloqué. Ceci est rendu possible par une vis sans fin autobloquante ou par un frein d'arrêt. La force de blocage et le couple de blocage sont réglés sur une valeur suffisamment élevée pour que le couple de blocage soit nettement supérieur au couple d'entraînement. De cette façon, les disques peuvent être sollicités avec une force de précontrainte qui est sensiblement supérieure à la force de précontrainte admissible pour la plage de glissement. L'invention sera mieux comprise en référence à la description d'une forme de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif et aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'engrenage différentiel selon l'invention, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne 1-11 de l'engrenage différentiel de la figure 1, En référence aux figures, un boîtier de différentiel 3 est monté rotatif dans un s carter d'engrenage 1, qui comporte un couvercle de carter 2. Le boîtier de différentiel 3 porte une couronne 4 qui peut être entraînée par un arbre d'entrée non représenté. Deux roues d'arbres 6 et 7, solidaires chacune d'un arbre de sortie 5, sont disposées dans le boîtier de différentiel 3, ainsi qu'au moins deux pignons 1o coniques de l'engrenage différentiel, qui coopèrent avec ces roues. En outre, un jeu de disques 10, au moyen duquel la roue d'arbre 6 peut être bloquée par rapport au boîtier de différentiel 3, est également disposé dans ledit boîtier de différentiel 3. Ce jeu de disques 10 comporte des disques intérieurs 11 et des disques extérieurs 12 qui sont reliés cinématiquement, les uns à la roue d'arbre 6 et les autres au boîtier de différentiel 3. Le jeu de disques 10 peut être attaqué de l'extérieur par une force de blocage. A cet effet, un moteur électrique 13, dont l'arbre moteur 14 est engagé dans le carter d'engrenage 1, est fixé sur ledit carter d'engrenage 1. L'arbre moteur 14 porte une vis sans fin 15 d'un engrenage à vis sans fin 16. Cet engrenage à vis sans fin forme un engrenage de transmission à un seul étage. Une roue à vis sans fin 17, qui prend appui sur le couvercle de carter 2 par l'intermédiaire d'un filetage 18, coopère avec la vis sans fin 15. Le filetage 18 peut être réalisé sous la forme de filets de vis ou, comme représenté dans la moitié inférieure de la figure 2, d'un filetage à billes 20. La roue à vis sans fin 17 comporte une denture extérieure cylindrique 21 qui, selon l'angle d'intersection entre les axes de la vis sans fin 15 et de la roue à vis sans fin 17, peut être réalisée sous la forme d'une denture droite ou d'une denture oblique. L'essentiel est que la roue à vis sans fin 17 puisse être déplacée dans sa direction axiale par la rotation de la vis sans fin 15 sous l'effet de sa denture extérieure cylindrique 21. Pour retenir la force de blocage développée par le moteur électrique 13, I'engrenage à vis sans fin 16 peut être réalisé autobloquant. Pour cela, I'angle de pas de la denture de la roue à vis sans fin est choisi inférieur à environ 5 . Sur la roue à vis sans fin 17, est monté, en direction de la roue d'arbre 6, un roulement à aiguilles 22 qui, sur son côté dirigé à son tour vers la roue d'arbre 6, prend appui sur un cône de serrage 23. Entre le cône de serrage 23 et le jeu de disques 10 sont disposés au moins un boulon 24 et au moins un ressort de pression 25. Le fonctionnement de l'engrenage différentiel bloquant selon l'invention est décrit ci-après. Lorsque le moteur électrique 13 est alimenté, en fonction d'au moins un paramètre du véhicule, par exemple d'une différence de vitesse de rotation entre les roues, d'un angle de braquage, d'une vitesse de marche, d'une vitesse de rotation du moteur, d'une accélération transversale ou autre, l'arbre moteur 14 et, avec lui, la vis sans fin 15, sont mis en rotation. Cette rotation est transmise à la roue à vis sans fin 17 par l'intermédiaire de l'engrenage à vis sans fin 16. Le mouvement de rotation est transformé en un mouvement axial de la roue à vis sans fin 17 par le filetage 18 ou par le filetage à billes 20. Ce mouvement axial est transmis au jeu de disques 10 par l'intermédiaire du roulement à aiguilles 22, du cône de serrage 23 et du boulon 24. Sous cet effet, une force de blocage agit sur le jeu de disques 10 et freine la liberté de rotation de la roue d'arbre 6. Grâce à la disposition selon l'invention, en obtient le circuit de force très court suivant. La force de blocage produite par le moteur électrique 13 se transmet, à partir de la roue à vis sans fin 17, par l'intermédiaire du roulement à aiguilles 22, du cône de serrage 23, du boulon 24, à travers le jeu de disques 10, à la roue d'arbre bloquante 6 et, de là, par l'intermédiaire d'une vis 26 au moyen de laquelle la roue d'arbre 6 est verrouillée sur l'arbre de sortie 5 dans la direction axiale, ainsi que par l'intermédiaire d'un palier axial 27 disposé entre un épaulement de l'arbre de sortie 5 et le couvercle 2 du carter, au couvercle 2 du carter et donc en retour au carter 1 de l'engrenage différentiel. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Engrenage différentiel bloquant pour véhicules automobiles, dans lequel: - à l'intérieur d'un carter d'engrenage (1), sont ménagés, dans un boîtier de différentiel (3), deux roues d'arbres (6, 7) solidaires chacune d'un arbre de sortie (5) et au moins deux pignons coniques de différentiel (8), - dans le boîtier de différentiel (3), est disposé un jeu de disques (10) par lequel une des roues d'arbres (6, 7) peut être bloquée par rapport au boîtier de différentiel (3), - le jeu de disques (10) peut être sollicité de l'extérieur avec une force de blocage, - la force de blocage est produite par un moteur électrique (13), - la force de blocage est transmise du moteur électrique (13) au jeu de disques (10) par l'intermédiaire d'un engrenage de transmission, - pour la transmission de la force de blocage, un mouvement de rotation pris sur l'engrenage de transmission est transformé par un filetage (18) en un mouvement axial agissant sur le jeu de disques (10), caractérisé en ce que - l'engrenage de transmission est composé d'un seul étage de transmission formé d'un engrenage à vis sans fin (16) qui comprend une vis sans fin (15) et une roue à vis sans fin (17), - la roue à vis sans fin (17) de l'engrenage à vis sans fin (16) comporte une denture extérieure cylindrique (21) et peut être déplacée dans sa direction axiale par la rotation de la vis sans fin (15) au moyen du filetage (18), - le jeu de disques (10) se trouve sur la roue d'arbre (6) proche du filetage (18), laquelle devient de ce fait la roue d'arbre bloquante, et - la force de blocage transmise par le filetage (18) au jeu de disques (10) prend appui sur le carter d'engrenage (1) sur le côté de l'engrenage différentiel o se trouve la roue d'arbre bloquante (6). 2. Engrenage différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de blocage prend appui sur le carter d'engrenage (1) par l'intermédiaire de la roue d'arbre bloquante (6), de l'arbre de sortie (5) sur lequel la roue d'arbre (6) est montée, et d'un palier axial (27). 3. Engrenage différentiel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la force de blocage peut être réglée par le moteur électrique (13). 4. Engrenage différentiel selon la revendication 3, caractérisé en ce que la force de blocage peut être réglée par le moteur électrique (13), et en ce que l'engrenage à vis sans fin (16) est réalisé sous une forme autobloquante, de sorte que la force de blocage peut être maintenue par l'engrenage à vis sans fin (16). 5. Engrenage différentiel selon la revendication 3, caractérisé en ce que la force de blocage peut être réglée par le moteur électrique (13). et est maintenue par un frein électromagnétique. 6. Engrenage différentiel selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour le blocage de l'engrenage différentiel, il est prévu deux plages dans la première desquelles la force de blocage peut être réglée par le moteur électrique (13), et dans la deuxième desquelles l'engrenage différentiel est bloqué.