Brevet FR2929365A1 — publié le 20091002

La présente invention concerne un différentiel doté d'arbres de sortie créant un couple de force supérieur au couple résistant. Les différentiels sont constitués d'engrenages qui permettent de transmettre à un arbre rotatif, un mouvement de vitesse équivalent à la source ou à la différence des vitesses des deux autres mouvements. Plus particulièrement, c'est un mécanisme de transmission du couple moteur aux roues motrices ce qui permet à ces roues de tourner à des vitesses différentes dans les virages. Dans cette invention, cette caractéristique est obtenue par un couple de frottement produit entre deux composants tournant à des vitesses différentes en contact par des surfaces soumises à un effort axial généré par des rampes inclinées transmettant un couple entre deux composants tournant à la même vitesse. Les composants liés par le couple de frottement sont un planétaire et, soit le boîtier du différentiel, soit l'autre planétaire. Les rampes inclinées peuvent être des dents liant en rotation les satellites et les planétaires. Elles peuvent être des dents liant deux composants spécialement conçus. Il résulte du principe de génération de l'effort s'exerçant sur les surfaces frottantes que le couple de frottement est proportionnel au couple transmis par le différentiel. Ce couple est appelé couple d'auto-freinage. Les surfaces frottantes peuvent être configurées spécialement ou multipliées dans des éléments de friction à disques multiples successifs de façon à obtenir le couple de frottement voulu. Le nombre de disques constitue un paramètre d'ajustement des caractéristiques de l'élément de friction, de même que l'angle de pression des rampes générant l'effort utile. Un élément actif, extérieur au différentiel peut être mis en oeuvre pour accroître, si nécessaire, selon les circonstances la force s'exerçant sur les surfaces frottantes et par là le degré d'auto-freinage.30 La fonction d'auto-freinage peut être produite soit par le différentiel lui-même par ses composants internes, soit par un mécanisme séparé, spécifique, disposé sur l'un ou les deux arbres de sortie. Les figures 1 à 4 de la planche 1/7 représentent le différentiel dans sa version la plus simple avec des éléments extérieurs permettant d'accroître le degré d'auto-freinage. Les figures 5 à 13 des planches 2/7, 3/7 et 4/7 représentent d'autres cas dans 10 lesquels seul la force générée par l'engrènement satellites - planétaires est exploitée pour comprimer les surfaces frottantes. Les figures 14 à 22 des planches 5/7 et 6/7 représentent des cas dans lesquels existe un couple de composants liés par une denture d'accouplement générant 15 l'effort utile. La figure 23 de la planche 7/7 représente un mécanisme séparé, embarqué sur un différentiel classique assurant l'auto-freinage. 20 Les figures 1 à 4 de la planche 1/7 représentent le différentiel de base de l'invention. Il s'agit d'un différentiel à engrenages coniques, constitué extérieurement d'un boîtier principal (1) contenant le mécanisme, tournant sur deux paliers (2 et 3), entraîné par la couronne (5) fermé par le flasque (6), lequel comporte éventuellement le palier (4) remplaçant (3) et, intérieurement deux arbres de sortie planétaires (7 et 8) 25 engrenant avec les satellites (9), lesquels tournent sur l'axe (10) solidaire de (1). Sur la partie supérieure de la figure 1 à gauche, le planétaire (8) présente sur son grand diamètre, à l'opposé de sa denture, une portée sphérique confondue avec celle servant d'appui aux satellites. Si a est l'angle moyen que fait la portée sphérique 30 avec l'axe du différentiel, le couple de frottement est accru dans le rapport 1/cos a. Sur la partie supérieure de la figure 1 (7) comporte une portée cannelée su r laquelle est emboîté le flasque (11) interposé entre (6) et (7). (11) comporte une jante enveloppant l'extérieur de (7) dont l'extérieur de forme sphérique ou conique prend appui sur une forme conjuguée réalisée sur (6). Une rondelle (12) insérée entre (7) et (11) d'épaisseur e choisie au montage, permet de régler le jeu d'engrènement des satellites (9) avec le planétaire (7). L'angle de pression moyen a que fait la génératrice de la sphère ou du cône avec l'axe de (7) accroît la force utile dans le rapport 1/cos a. Cet angle a constitue, associé à l'angle de pression b de la denture d'engrènement, un paramètre d'ajustement de la force utile. Sur la partie inférieure de la figure 1, un élément de fr iction (17) est constitué d'une paire de disques emboîtés au moyen de cannelures, l'un sur le planétaire (7 bis), l'autre sur le boîtier (1 bis), interposé entre (7 bis) et le flasque (6 bis) et qui triple le couple de frottement s'exerçant sur (7) par rapport à (1). Les disques peuvent être multipliés à volonté pour obtenir le couple de frottement voulu. Ils peuvent être rassemblés dans un élément unique tel que représenté ou bien être répartis entre deux éléments dont l'autre est: disposé sur l'arbre de sortie planétaire (8) opposé. Cette solution n'est pas représentée. Sur la partie supérieure de la figure 1 est représenté, fixé sur le carter du différentiel, un électro-aimant (13). Celui-ci est implanté coaxialement à l'arbre de sortie (7) et à une distance d'entrefer du plateau (14) solidarisé de (7) par l'écrou annulaire (15) vissé dans l'axe de (14) et forçant celui-ci sur deux demi bagues coniques (16) insérées dans une gorge réalisée sur (7). L'électro-aimant (13) lors de sa mise sous tension attire le plateau (14) qui exerce une force complémentaire sur les surfaces frottantes internes produisant l'auto-freinage. La mise sous tension est déclenchée en fonction des circonstances de façon automatique ou non, la valeur de la tension de même.30 Sur la partie inférieure de la figure 1 est représentée une butée tournante embarquée sur l'arbre de sortie (7). Celle-ci (18) est en butée sur la bague élastique (19) insérée dans une gorge réalisée sur (7 bis). La bague extérieure est emmanchée dans un plateau (20) sur lequel peut s'exercer l'effort complémentaire communiqué par un actionneur extérieur non représenté, lequel est commandé comme (13). La figure 2 représente deux dentures d'engrènement entre satellites (9) et planétaires (7 et 8). A gauche, une denture classique avec un angle de pression b de 20 degrés, à droite, une denture avec un angle de pression de 45 degrés. L'accroissement de la force utile pour un effort tangent identique est de 2,5 (rappor t des tangentes b). L'angle b constitue un paramètre d'ajustement de la force. Les différentes versions ou options représentées avec les figures 1 et 2 sont indépendantes les unes des autres. Dans le but d'équilibrer les forces s'exerçant extérieurement sur le différentiel, les éléments actifs (13) et (20) peuvent être dupliqués symétriquement sur chacun des arbres de sortie. Les figures 3 et 4 représentent en complément de la figure 1, un cavalier ayant: pour fonction de solidariser l'axe de satellites du boîtier principal. Celui-ci (21) est constitué d'une partie parallélépipédique (22) terminée par des rampes (23), d'un arceau flexible (24) terminé par un ergot (25). La partie (22) est insérée sur la partie dépassante de (10) dans une échancrure perpendiculaire à l'axe, contre un épaulement (26) du boîtier (1). (23) et (25) facilitent la mise en place. (24) est forcé sur (10) et maintient (21) en place. L'interface radiale entre (21) et (1) peut être plane ou cylindrique. Deux cavaliers, dans les conditions décrites sont nécessaires pour solidariser complètement (10) de (1). En variante, une gorge axiale (27) peut être réalisée sur (1) recevant conjointement à (10), la partie (22). Dans ce cas, un seul cavalier est nécessaire. La figure 5 de la planche 2/7 représente une liaison de l'élément de friction au boîtier par l'intermédiaire de l'axe de satellites. Celui-ci (10) est emmanché dans l'alésage radial d'un disque moyeu (31) lequel comporte une queue cannelée axiale (32) traversant le planétaire (33) et qui est lié à l'intérieur de l'élément de friction (17). (33) comporte une jupe cannelée intérieurement liée à l'extérieur de l'élément de friction (17) et à l'arbre de sortie (34) par sa tête (35). La partie supérieure de la figure 5 correspond au cas de deux satellites. La partie inférieure de la figure 5 correspond au cas d'un nombre de satellites pouvant être supérieur à deux. Un croisillon porte satellites (36) comporte un moyeu 10 (37) et une queue cannelée (38) semblable à (32) et de même fonction. L'entraînement de (36) est effectué par les bras (39) sur l'extrémité desquels est fixée par une vis (41), une noix (40) à gauche, ou (40) à droite, emmanchée dans un alésage radial du boîtier. La noix (40) n'assure que l'entraînement de (39) et le satellite (42) est appuyé sur une portée sphérique du boîtier. La noix (40 bis) assure en plus l'appui radial 15 plan du satellite (42 bis). La figure 6 de la planche 3/7 partie supérieure représente l'entraînement d'un croisillon porte satellites (45) avec les extrémités dépassantes cylindriques de ses bras (46). Celles-ci sont engagées dans des alésages radiaux (47) partagés entre le boîtier 20 (1) et le fourreau (48) symétriquement à leur axe. (45) peut comporter une queue cannelée (49) identique à (32) et (38) et de même fonction. La figure 6 inférieure et la figure 8 représentent une variante dans laquelle les extrémités dépassantes des bras (46 bis) du croisillon (45 bis) sont taillés en tenons 25 engagés dans des échancrures (47 bis) réalisées sur la jupe du flasque (52) portant la couronne (5). Le mécanisme est fermé par le boîtier ouvert (57) par lequel ne passe pas le couple. L'arbre de sortie planétaire (55) est prolongé par une queue cannelée (56) 30 traversant le moyeu de (45) et le planétaire (58), qui se termine comme (32), (38) ou (49) et est engagée dans l'élément de friction (17) qui lie les deux arbres de sortie (55)5 et (34). On obtient un degré d'auto-freinage doublé par rapport à la solutiorL consistant à lier un arbre de sortie au boîtier du fait du rapport des vitesses entre (34;1 et (55). Les figures 9 et 10 de la planche 3/7 représentent un entraînement direct par des cannelures du porte satellites (61) par le boîtier (62). (61) comporte des bras ou secteurs (63) cannelés sur leur périphérie et emboîtés dans des portées conjuguées réalisées sur (62). Les bras porte satellites (64) sont en porte à faux sur (61). Lei, portées d'appui sphériques des satellites peuvent être usinées par lamage intérieur. Les figures 11 et 12 de la planche 4/7 représentent le moyen de cumuler sui un unique élément de friction, les réactions axiales des deux planétaires et ainsi doubler l'effet d'auto-freinage. Le planétaire (71) comporte une jupe cannelée entraînant l'arbre de sortie (72) par sa tête (73).(73) présente sur sa face en vis-à-vis de (71), sur un rayon médian un bossage annulaire (74) sur lequel prennent appui les bras d'un diaphragme (75) dont les extrémités extérieures reçoivent la poussée de (71) et que les extrémités intérieures renvoient sur les surfaces frottantes. Sur les parties supérieures des figures 11 et 12, ladite poussée est transmise par l'intermédiaire, successivement, de la noix cannelée (76) coulissant dans (71), des étriers (77) contournant l'axe de satellites (78) au droit de deux méplats (79) et enfin du planétaire (8). (8) sur la figure porte directement sur le flasque (6) mais il pourrait naturellement être interposé un élément de friction. Sur les parties inférieures des figures 11 et 12, le diaphragme (75) est remplacé par un jeu de leviers en forme de croissants (81) emprisonnés dans des logements radiaux à fond semi-circulaire réalisés sur la face frontale de la tête (73 bis) de l'arbre de sortie (72 bis). Les leviers (81) reçoivent à leur extrémité extérieure la poussée du planétaire (71 bis) et la renvoient par leur extrémité intérieure aux surfaces frottantes, ici l'élément de friction (17) par l'intermédiaire de l'axe (85) coulissant dans les cannelures de (71 bis) et comportant à l'autre extrémité un plateau (86) poussant (17) contre la tête (35) de l'arbre de sortie (34), ainsi qu'une queue cannelée (87) liée à l'intérieur de (17). (17) est lié extérieurement au planétaire (8 bis) doté d'une jupe cannelée. La figure 13 de la planche 4/7 représente un différentiel dissymétrique pouvant être intégré à la transmission d'un véhicule, entre deux paires de roues motrices requérant des couples moteurs différents justifiés par des charges, inégalement reparties. La partie supérieure de la figure représente le cas d'un planétaire lié directement au boîtier. La partie inférieure le cas dans lequel les deux planétaires sont liés. Les planétaires gauche (91) et droit (92) ont un nombre de dents dans le rapport des couples à transmettre. Les satellites sont embarqués sur un croisillon porte- satellites dont les axes des bras sont disposés sur le cône médian des dentures (91) et (92). Les bras sont entraînés par leur extrémité dépassante taillée en tenon par la jupe du flasque (95) laquelle comporte la portée sphérique d'appui des satellites et les échancrures d'entraînement. La configuration est identique à celle de la figure (6) partie inférieure à l'angle prés des axes de satellites. Les figures 14 à 16 de la planche 5/7 représentent le premier des cas dans lesquels une denture spécifique est créée pour générer l'effort s'exerçant sur les surfaces frottantes. Le flasque (115) portant la couronne d'entraînement, comporte une jupe qui entraîne directement le croisillon porte satellites (117) par une denture (116). (117) comporte des bras ou secteurs (118) taillés vis-à-vis de (116) selon une denture conjuguée. Les flancs des dents peuvent être usinés selon un plan, un hélicoïde ou une développante de cercle. Si l'hélicoïde est l'idéal des considérations pratiques militent en faveur de la développante. En effet, la denture peut être usinée sur les machines classiques de taillage d'engrenages coniques, comme une roue plate. L'angle de pression b détermine, pour un effort tangentiel donné, la valeur de la composante axiale utile. Il est un paramètre d'ajustement du degré d'auto-freinage. (117) transmet la poussée reçue de (116) par la face (122) de son moyeu au contact du planétaire (33) (partie supérieure) ou (8) (partie inférieure). Sur la partie inférieure de la figure 15, le planétaire (8) porte directement sur le fond du boîtier (57) mais il peut être interposé un élément de friction. Sur la partie supérieure de la figure 15, le planétaire (33) est lié à l'arbre de sortie (55) par l'élément de friction (17) les bras porte satellites (119) sont en porte faux. Les satellites (120) prennent appui sur des rondelles (121) indexées sur l'extrémité des bras (119) taillés à cet effet en tenon et, épousant, à l'extérieur la forme cylindrique de l'alésage d.e (57) et à l'intérieur, la face d'appui plane de (120). Les figures 17 à 20 de la planche 6/7 représentent le cas dans lequel la denture 15 spécifique générant l'effort utile est réalisée sur un boîtier ou cage porte satellites intermédiaires. Sur la partie inférieure de la figure 17 et 18, le flasque (115) entraîne par sa denture (116) le boîtier porte satellites intermédiaire ouvert (103) lequel comporte un 20 fond (104) portant sur l'élément de friction (17) appuyé sur le fond du boîtier (57) ainsi qu'une jupe cannelée (105) liée à l'extérieur de l'élément de friction (17). Le cas correspond à deux satellites. Sur la partie supérieure de la figure 17, 19 et 20, (103) est remplacé par une 25 cage annulaire porte satellites (111) laquelle transmet l'effort utile généré par (116) au croisillon porte satellites (107) par l'extrémité dépassante de ses bras (108) taillés en tenon à fond plat par ses échancrures conjuguées selon figure 19. en variante, la poussée peut être transmise ainsi que l'effort tangent par le fond semi cylindrique de l'échancrure portant sur l'extrémité cylindrique des bras (108) selon figure 20. la 30 poussée est transmise aux surfaces frottantes par la face (109) du moyeu de (107). L'élément de friction (17) est disposé selon des variantes précédemment décrites. Les figures 21 et 22 de la planche 6/7 représentent une denture spécifique générant l'effort utile interposé entre un planétaire et son arbre de sortie correspondant. Sur la partie supérieure de la figure 21, le planétaire (125) présente une denture faciale (126) du genre de (116) opposée à sa denture d'engrènement et emboîtée dans une denture conjuguée réalisée sur la tête (128) de l'arbre de sortie (127). (125) prend son appui axial sur le disque moyeu (129) lequel prend appui sur le planétaire (8) qui porte sur le fond du boîtier (1 bis). L'élément de friction. (17) est interposé entre (128) et le flasque (6), et lié intérieurement à (127) et extérieurement à (1 bis). Sur la partie inférieure de. la figure 21, l'élément de friction (17) est disposé à l'intérieur de la jupe cannelée du planétaire (131) soumis à la poussée d'un disque intermédiaire (132) lequel est lié à l'arbre de sortie (128 bis). En variante de la denture (126) est représentée une couronne de billes (133) d'accouplement. Celles-ci sont emprisonnées entre (132) et (128 bis) dans des alvéoles coniques dont l'angle de contact du cône b détermine la force axiale utile comprimant les surfaces frottantes. Les autres dispositions correspondent à des descriptions déjà faites. La figure 23 de la planche 7/7 représente un boîtier contenant un mécanisme assurant la fonction d'auto-freinage et rapporté sur un différentiel conventionnel pouvant rester standard. Seul le flasque (14) portant ou non un palier est spécifique. Il comporte un moyeu cannelé et fileté sur lequel est fixé par l'écrou (149) le boîtier (147). L'arbre de sortie planétaire (140) sortant du différentiel comporte à son extrémité émergente une portée cannelée emboîtée dans, successivement, l'intérieur de l'élément de friction (17) et le disque (142). (142) comporte coté droit une denture faciale d'accouplement dans laquelle est emboîtée une denture conjuguée réalisée avec la tête (145) de l'arbre de sortie véritable (144) guidé dans un alésage du flasque (148) fixé sur (147). La denture d'accouplement, en transmettant le couple de (140) à (144), écarte l'un de l'autre (142) et (145). (142) presse l'élément de friction (17) contre un épaulement de (147) auquel est lié son extérieur. (145) est pressé contre le flasque (148). De ces deux actions résulte l'auto-freinage. Un couvercle (148) ferme (147). Le joint d'étanchéité (150) est porté par le carter (151) fixé sur le carter de différentiel. 10 15 20 25 30 Revendications1: Différentiel autofreiné caractérisé en ce qu'un planétaire (7 ou (8) prend appui, pour résister à l'effort axial résultant de son engrènement avec les satellites, sur une surface frottante sphérique ou conique. Coté boîtier (1), cette surface peut être la même que celle servant d'appui aux satellites. Coté flasque (6) fermant le boîtier, la surface frottante peut être reportée sur un élément de friction constitué d'un flasque (11) comportant une portée sphérique ou conique, solidarisée du planétaire (7) par des cannelures. Les paramètres d'ajustement du couple d'auto--freinage sont les angles de pression a de la surface frottante et b de la denture d'engrènement. Revendication 2: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé er. ce que l'élément de friction est constitué de disques solidarisés au moyen de cannelures internes et externes, alternativement, du planétaire (7 bis) et du boîtier (1 bis). Revendication 3: Différentiel autofreiné selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'un arbre de sortie (7) reçoit un plateau (14) tournant à une distance d'entrefer d'un électro-aimant (13) extérieur au différentiel permettant d'accroître en fonction des circonstances la force s'exerçant sur les surfaces frottantes par la mise sous tension de l'électro-aimant. Revendication 4: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe des satellites (10) est solidarisé du boîtier (1) au moyen d'un cavalier (21) constitué d'une partie parallélépipédique (22) terminée par des rampes (23), d'un arceau flexible (24) terminé par un ergot (25), la partie (22) est insérée sur la partie dépassante dans une échancrure perpendiculaire à l'axe, contre un épaulement (26) du boîtier (1), l'ergot (25), le cavalier (21) en place, dans ces conditions solidarise l'axe des satellites (10) avec le boîtier (1). Revendication 5: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce que le planétaire (33) comporte une jupe cannelée intérieurement, liée à l'extérieurde l'élément de friction (17) et à la tête (35) de l'arbre de sortie (34), (17) étant interposé entre (33) et (35), l'intérieur de (17) étant lié à la queue cannelée (32) traversant (33) et partie du disque moyeu (31) traversé par l'axe de satellite (10). Revendication 6: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un croisillon porte satellites (36) comporte un moyeu (37) et une queue cannelée (38) semblable à (32) avec un entraînement effectué par les bras (39) recevant, fixée au moyen d'une vis (41), une noix (40) à gauche, emmanchée dans un alésage radial du boîtier (40 bis) pouvant, à droite, assurer l'appui radial du satellite (42 bis). Revendication 7: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce que la planétaire (55) comporte une queue cannelée (56) traversant dans son axe le croisillon (45 bis) et le planétaire (58), liée à l'intérieur de l'élément de friction (17) dont l'extérieur est lié au planétaire (58). Revendication 8: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un croisillon porte satellites (45) est entraîné par les extrémités dépassantes cylindriques de ses bras (46), engagés dans des alésages radiaux partagés entre le boîtier (1) et le fourreau (48) symétriquement à leur axe, (48) étant interposé entre le boîtier et le flasque (6) le fermant. Revendication 9: Différentiel autofreiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que le croisillon (45 bis) ou (45 ter) est entraîné par les extrémités dépassantes des bras (46 bis) ou (46 ter) taillés en tenons engagés dans des échancrures (47 bis ) réalisées sur la jupe du flasque (52) ou (95) portant la couronne (5), les bras (46 bis) étant disposés sur un plan, les bras (46 ter) étant disposés sur un cône. Revendication 10: Différentiel autofreiné selon la revendication 1, caractérisé en ce le moyen de cumuler sur l'élément de friction, les réactions axiales des deux planétaires est obtenue par un diaphragme (75) ou un jeu de leviers (81) prenantappui sur la tête (73) ou (73 bis) de l'arbre de sortie (72) ou (72 bis) et renvoyant la poussée reçue du planétaire (71) ou (71 bis) sur le planétaire (8) ou (8 bis) par l'intermédiaire d'éléments coulissants (76) (77) (85) coaxiaux. Revendication 11:: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé par un flasque (115) portant la couronne d'entraînement, comporte une jupe qui entraîne directement le croisillon porte satellites (117)au moyen d'une denture (116) réalisée sur des bras ou secteurs (118) taillés vis-à-vis de (116) selon une denture conjuguée. Revendication 12 : Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flasque (115) entraîne au moyen de sa denture (116) soit le boîtier porte satellites intermédiaire ouvert (103) lequel comporte un fond (104) portant sur l'élément de friction (17), soit la cage annulaire (11) qui transmet la poussée par l'intermédiaire du croisillon (107). Revendication 13: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce que le planétaire (125) présente une denture faciale (126),. opposée à sa denture d'engrènement, et qui s'emboîte dans une denture conjuguée réalisée sur la tête (128) de l'arbre de sortie (127) qui presse l'élément de friction (17) contre le flasque (196). Revendication 14 : Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un disque intermédiaire (132) lié au planétaire (131) entraîne l'arbre de sortie (128 bis) et comprime contre le fond de (131), l'élément de friction (17) lié intérieurement au planétaire (8 bis) prolongé par une queue cannelée traversant la prote satellites. Revendication 15: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce que la denture (126) est remplacée par une couronne de billes (133) prisonnières d'alvéoles coniques réalisées en. vis-à-vis sur le planétaire et l'arbre de sortie, par l'intermédiaire éventuel d'un disque (132). Revendication 16: Différentiel autofreiné selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mécanisme. d'auto-freinage est contenu dans un boîtier (107) solidaire d'un flasque (141) fermant le différentiel et constitué d'un disque (142) lié par cannelures à l'arbre de sortie (140) entraînant par une denture d'accouplement l'arbre de sortie (144) par sa tête (145.). (142) et (145) prennent appui axial sur (147) et le flasque (148) fermant (147), un élément de friction pouvant être interposé entre (142) et (147), lié respectivement à (140) et (147).