FR2568653A1 - Differentiel a transfert de couple controle pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

DIFFERENTIEL POUR VEHICULE AUTOMOBILE, COMPRENANT UN BOITIER 1A, 1B TRAVERSE AXIALEMENT PAR DEUX ARBRES 4, 5 DE COMMANDE DES ROUES MOTRICES DU VEHICULE, DES PLANETAIRES 7, 8 MONTES DANS LE BOITIER 1A, 1B COAXIALEMENT AUX ARBRES 4, 5 ET SOLIDAIRES DE CES DERNIERS EN ROTATION, DES SATELLITES 13, 14 TOURILLONNANT DANS LE BOITIER AUTOUR D'UN AXE 15 PERPENDICULAIRE AUX ARBRES 4, 5 ET FIXE A SES EXTREMITES AU BOITIER, CES SATELLITES 13, 14 POUVANT COOPERER AVEC LES PLANETAIRES 7, 8, CARACTERISE EN CE QUE LES PLANETAIRES 7, 8 ET LES SATELLITES 13, 14 SONT MUNIS DE DENTURES HELICOSPIRALES DE SENS INVERSES DONT LES DENTS 40, 41 SONT INCLINEES SUR UN PLAN AXIAL PASSANT PAR CELLES-CI D'UN ANGLE A DETERMINE EN FONCTION DU TAUX DE TRANSFERT SOUHAITE POUR LE COUPLE D'UN ARBRE 4, 5 A L'AUTRE 5, 4 ET LA DENTURE DE CHAQUE PLANETAIRE 7, 8 ET DE CHAQUE SATELLITE 13, 14 PRESENTE, VUE DANS UN PLAN AXIAL DES PLANETAIRES 7, 8, UNE SECTION EN ESCALIER COMPOSEE DE SEGMENTS 18, 20; 25, 26 PERPENDICULAIRES A L'AXE OX DES ARBRES 4, 5 ET DE SEGMENTS 19, 30; 27, 29 PARALLELES A CET AXE.

Description

La présente invention a pour objet un dif-

férentiel pour véhicule automobile.

Plus particulièrement le différentiel visé

par l'invention comprend un boitier traversé axiale-

ment par deux arbres de commande des roues motrices du

véhicule, des planétaires montés dans le boitier coa-

xialement aux arbres et solidaires de ces derniers en rotation, des satellites tourillonnant dans le boitier autour d'un axe perpendiculaire aux arbres et fixé à ses extrémités au boitier, ces satellites pouvant

coopérer avec les planétaires.

On sait que ce type de mécanisme a pour

fonction de répartir d'une manière judicieuse le cou-

ple moteur sur chacune des deux roues motrices- gauche et droite- d'un véhicule, afin d'assurer le maximum de traction dans le cas de terrains présentant des zones

glissantes, et ce tout en permettant sur route adhé-

rente une conduite aussi précise et sûre qu'avec un

différentiel conventionnel.

On sait également qu'un différentiel con-

ventionnel partage également le couple sur les deux roues motrices, ce qui présente l'inconvénient de réduire considérablement la traction lorsqu'une des

roues motrices repose sur un sol glissant.

D'une manière générale les différentiels à

glissement limité ou autoblocage, utilisent le frot-

tement entre les surfaces en contact permanent appar-

tenant soit à des empilages de disques, soit à des

cônes. Il présente l'inconvénient d'une forte insta-

bilité de leur action corrective qui peut conduire soit à une efficacité nulle, soit au blocage relatif des deux roues, et ce d'une manière erratique et

imprévisible. Ces inconvénients proviennent princi-

palement des variations des coefficients de glissement des surfaces de frottement et des variations du taux

de glissement dans les différentes phases d'engrène-

ment des pignons planétaires et satellites de ces dif-

férentiels. Il en résulte une gêne dans la précision de la conduite du véhicule lorsque les frottements sont trop élevés (mauvaise tenue de route), la force de traction résultante pouvant se déplacer très largement de la gauche à la droite du véhicule, et lorsque le frottement est insuffisant, on constate une absence de

traction lorsqu'une roue rencontre un sol sans adhé-

rence. L'invention a donc pour but de proposer un

mécanisme différentiel a action corrective stable ca-

pable d'assurer un taux de transfert de couple d'une valeur constante de la roue non adhérente vers la roue adhérente, et utilisant les bottiers quasi-standards

de différentiels conventionnels, avec la même dispo-

sition simple des pignons planétaires et satellites.

Conformément à l'invention, les planétaires

et les satellites sont munis de dentures hélicospira-

lées de sens inverses dont les dents sont inclinées sur un plan radial passant par celles-ci d'un angle déterminé en fonction du taux de transfert souhaité pour le couple d'un arbre à l'autre, et la denture de chaque planétaire et de chaque satellite présente, vue dans un plan axial des planétaires, une section en escalier composée de segments perpendiculaires à l'axe

des arbres et de segments parallèles à cet axe.

Ces pignons planétaires et satellites sont' réalisables de manière économique par formage à chaud

ou à froid sans retouche ultérieure, et leurs caracté-

ristiques géométriques corrélatives aux particularités ci-dessus permettent l'obtention du taux de transfert désiré pour l'utilisation concernée, notamment en fonction de la valeur de l'angle de pente des dents sur les différents plans radiaux- passant par celles-ci. D'autres particularités et avantages de

l'invention apparaitront au cours de la description

qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent un mode de réalisation à titre d'exemple non limitatif:

- la Figure 1 est une vue mi-coupe, mi-éié-

vation dans un plan axial des planétaires suivant I-I de la Figure 2 d'un mode de réalisation du mécanisme différentiel pour automobile selon l'invention;

- la Figure 2 est une vue en élévation sui-

vant la flèche F1 de la Figure 1, d'un.planétaire du différentiel;

- la Figure 3 est une vue en élévation sui-

vant la flèche F2 de la Figure 1 d'un satellite du différentiel; - la Figure 4 est une vue en coupe partielle

suivant IV-IV de la Figure 2.

Le mécanisme représenté aux Figures 1 à 4

est un différentiel pour véhicule automobile, compre-

nant un boitier constitué dans cet exemple de réali-

sation de deux demi-coquilles la, lb fixées et cen-

trées l'une sur l'autre grâce à des boulons 2 qui

maintiennent également une grande couronne 3 consti-

tuée ici par une roue à denture droite.

Le boitier la, lb est traversé axialement par deux arbres 4, 5 de commande des roues motrices (non représentées) du véhicule, ces arbres entrant

dans le boitier la, lb par des ouvertures 6 cylin-

driques et étant disposés coaxialement l'un à l'autre suivant un axe géométrique OX. Les arbres 4, 5 sont solidarisés en torsion et axialement relativement à deux planétaires respectifs 7, 8 montés coaxialement aux arbres correspondants 4, 5. cette solidarisation étant assurée par des cannelures 9 longitudinales

formées sur la périphérie des arbres 4, 5 et qui s'en-

gagent dans des gorges correspondantes des planétaires

7, 8, ainsi que par des circlips 10 coaxiaux aux ar-

bres 4, 5 et maintenant les planétaires 7, 8 sur ces derniers. Le boîtier la, lb présente deux goulots 11 dont les diamètres extérieurs 12 sont rectifiés pour être branchés dans l'alésage intérieur de roulements non représentés. Le différentiel comprend également deux satellites 13, 14 tourillonnant dans le boîtier la, lb autour d'un axe 15 perpendiculaire aux arbres 4, 5 et fixés à ses extrémités dans des alésages 16

usinés dans les demi-coquilles la, lb selon une tech-

nique connue en soi.

Une rondelle de glissement 17 peut être in-

terposée entre le boîtier sphérique la. lb et les satellites 13, 14 comme dans l'exemple illustré à la Figure 1, et/ou les planétaires 7, 8 pour créer une légère précharge par élasticité, en utilisant le

principe des rondelles Belleville.

Les planétaires 7, 8 et les satellites 13, 14 sont munis de dentures hélicospiralées de sens inverses dont les dents respectives 40. 41 (Figures 4 et 3) sont inclinées sur un plan axial Oa passant par cellesci, d'un angle 0(, déterminé en fonction du taux de transfert souhaité pour le couple d'un arbre 4, 5 à l'autre, La denture de chaque planétaire 7, 8 et de chaque satellite 13, 14 présente, vus dans le plan axial PX des planétaires 7, 8, c'est-à-dire dans le plan de la Figure 1, une section en escalier composée de segments 18, 20; 25. 26 perpendiculaires à l'axe OX

des arbres 4, 5, et de segments 19, 30; 27, 29 paral-

lèles à cet axe.

On voit ainsi sur la Figure 2, le planétaire 8 associé à l'arbre 5, dont la denture constituée de dents hélicospiralées 40 s'étendant du pourtour de l'arbre 5 jusqu'à la périphérie du planétaire 8, cette

denture étant à "gauche" selon les conventions usuel-

les en mécanique, par assimilation à un pas de vis. La pente des flancs des dents 40 sur le rayon vecteur Oa est définie par un angle 0< qui dans cet exemple est d'environ 45'. Les dents 40 présentent des flancs 18, 19 constituant les segments perpendiculaires précités dans un plan passant par l'axe des planétaires 7, 8, les flancs 18 étant perpendiculaires à cet axe OX

tandis que les flancs 19 sont parallèles à celui-ci.

La largeur des dents 40, définie par leur nombre, peut varier sans modifier sensiblement les caractéristiques de transfert du différentiel. L'axe moyen représenté par OC (Figure 1) est incliné d'un angle 45' avec

l'axe OX et avec l'axe 15 porte-satellites.

Les pignons satellites 13, 14 comportent des dentures similaires à celles des planétaires 7, 8 mais de sens inverses (Figure 3). En d'autres termes, si la denture des deux planétaires 7, 8 est à "gauche", celle des deux satellites 13, 14 est à "droite", comme aux Figures 1, 2 et-3, et viceversa. Les dents du planétaire 7 présentent, dans un plan contenant l'axe

OX de ce planétaire, des segments en escalier corres-

pondant à ceux du planétaire 8, c'est-à-dire des seg-

ments 26 perpendiculaires à l'axe OX et des segments parallèles à cet axe. Ces segments coopèrent avec des flancs complémentaires 25, 29 du satellite 14, tandis que le satellite 13 présente, dans le plan de la Figure 1, des segments en escalier (segment 27 parallèle à OX coopérant avec un segment 28 du

planétaire 7).

Suivant une particularité de l'invention, l'un des planétaires 7, 8, à savoir le planétaire 8 dans l'exemple décrit, présente, sur sa partie sphé- rique tournée contre la demi-coquille la, un évidement sphérique 31 délimitant, dans la zone de ce planétaire 8 la plus éloignée de l'axe OX du différentiel, une première portée annulaire 32 en appui sur la surface

intérieure sphérique de la demi-coquille la. Par ail-

leurs, 1e second planétaire 7 comporte, dans sa région la plus éloignée de l'axe OX de sa partie sphérique tournée contre la demi-coquille lb, un évidement ou

dégagement annulaire 33 qui délimite une seconde por-

tée annulaire 34 contigue à l'arbre 4 associé et en appui contre la surface intérieure sphérique de la demi-coquille lb. Les planétaires 7, 8 comportent ainsi des surfaces annulaires respectives 34, 32 formant des

portées qui frottent contre la paroi intérieure cor-

respondante des demi-coquilles la, lb, en remplissant

une fonction qui sera expliquée ci-après.

Le fonctionnement du différentiel qui vient d'être décrit est le suivant:

Lorsque l'arbre 5 tend à tourner sous l'ef-

fet d'un couple F3 (Figure 1), les flancs tels que 18 du planétaire 8 compriment les flancs tangents tels que 20 du satellite 14. La zone de contact 21 est représentée par une surface ombrée (Figure 2). Il faut

lui associer une deuxième zone 22 située symétrique-

ment dans la partie supérieure des Figures 1 et 2. La surface de contact 21 du planétaire 8 transmet une charge Q reçue sur la zone de contact 23 (Figure 3) du satellite 14, et dont la composante selon OX est P. La surface de contact 21 du planétaire 8 est tangente à la surface 23, ce qui implique que la pente de ces deux surfaces 21, 23 dans la direction radiale soit égale à la pente dans la direction axiale (Figure

4).

Sous l'effet de la composante T, le satel-

lite 14 tend à tourner et à entrainer sur sa surface

de portée 24 (Figure 3) le planétaire 7 en lui ap-

pliquant une force Q' inférieure à a, par suite des résistances passives dues aux glissements. Par un effet identique, la force Q' entraîne le planétaire 7 avec d'autres pertes does au glissement entre les

flancs 29 et 30, ainsi que 27 et 28. Enfin, les com-

posantes P', perpendiculaires à l'axe OX du diffé-

rentiel (Figure 1), appliquent les satellites 13, 14 sur leurs portées axiales sur l'intérieur du bottier,

ajoutant d'autres couples de frottement.

La transmission du couple s'effectue avec des pertes de glissement similaires pour les zones de contact de la partie supérieure et symétrique de la Figure 1, de sorte que l'ensemble des plan&taires 7, 8 et des satellites 13, 14 concourent au transfert de couple de l'arbre 5 vers l'arbre 4, avec un frottement important dû au glissement non seulement entre les dentures en appui, mais également sur les portées de réactions axiales des planétaires 7, 8 ou satellites 13, 14 sur le boitier la, lb. Si le sens de la

sollicitation F3 exercée sur l'arbre 5, est inversé.

ce sont les flancs 19 orientés parallèlement à l'axe

OX qui fournissent une composante de poussée perpen-

diculaire à X, donc selon l'axe OZ du porte-satellites 15. Dans le différentiel selon l'invention, le

taux de transfert du couple peut étre établi à la va-

leur souhaitée en modifiant la pented(. Si l'angleo est grand par exemple de l'ordre de 70', le taux de transfert sera de l'ordre de 1, et l'on approchera de

l'irréversibilité et du comportement de roues serves.

Si l'angle < est de l'ordre de 30', on se rapprochera des différentiels conventionnels qui présentent un taux de transfert très faible.

Le différentiel selon l'invention peut éga-

lement être avantageusement utilisé entre le train avant et le train arrière des véhicules à quatre roues motrices. Dans ce cas, il est possible d'obtenir des

transferts différents selon que les roues avant ten-

dent à tourner plus vite ou plus lentement que les

roues arrière.

Le différentiel selon l'invention peut donc être inclus dans la chaine cinématique d'entrainement des quatre roues motrices d'un véhicule tout terrain, en étant placé notamment entre le train avant et le train arrière, de manière à permettre une rotation

différentielle entre ces deux trains tout en conser-

vant un taux de transfert de couple suffisant. Cela procure une résultante de traction suffisante dans le

cas o le train arrière, ou bien le train avant, ren-

contre une zone à adhérence nulle.

Selon l'invention, le taux de transfert peut être fixé par construction à deux valeurs différentes, selon que le couple différentiel appliqué à l'un des arbres de sortie 4, 5 est dirigé dans un sens ou dans l'autre. Par exemple un couple différentiel F3 appliqué à l'arbre 5 dans le cas de la Figure 1 dans le sens indiqué par la flèche, crée des réactions Q de composantes axiales P sur les deux zones de contact 21 et 22 du planétaire 8, qui tendent à le plaquer contre la paroi de la demi- coquille la. L'application du planétaire 8 contre le boitier se fait donc par la

portée annulaire 32, ce qui accroit le couple de frot-

tement et par conséquent le taux de transfert du dif-

férentiel. On notera que dans ce cas le planétaire 7 ne subit aucune poussée axiale du fait de ce couple différentiel F3. Par contre, si le couple différentiel est appliqué à l'arbre 5 dans le sens contraire à F3, le planétaire 8 ne reçoit plus de composante axiale de réaction de denture, mais le planétaire 7 reçoit une

composante axiale de la réaction réciproque des den-

tures 25 et 26, et transmet cette réaction axiale à sa

portée 34 sur la demi-coquille lb. Ceci réduit le cou-

ple de frottement, ainsi que corrélativement le taux

de transfert. On notera que dans ce cas, le plané-

taire 8 ne reçoit pas de solliciatation axiale de la part des réactions de contact sur les flancs 19 de sa denture. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et peut comporter des variantes d'exécution. Ainsi, si l'on souhaite disposer d'un même taux de transfert dans les deux sens du couple différentiel, les portées des planétaires 7, 8 sur la paroi intérieure du boitier la, lb doivent présenter les mêmes surfaces d'appui ou des surfaces d'appui équivalentes quant au couple de frottement développé

sous charge axiale égale.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 - Différentiel pour véhicule automobile, comprenant un boitier (la, lb) traversé axialement par deux arbres (4, 5) de commande des roues motrices du véhicule, des planétaires (7, 8) montés dans le boi-

tier (la, lb) coaxialement aux arbres (4, 5) et soli-

daires de ces derniers en rotation, des satellites (13, 14) tourillonnant dans le boitier autour d'un axe (15) perpendiculaire aux arbres (4, 5) et fixé à ses extrémités au boitier; ces satellites (13, 14) pouvant coopérer avec les planétaires (7, 8), caractérisé en ce que les planétaires (7, 8) et les satellites (13, 14) sont munis de dentures hélicospirales de sens inverses dont les dents (40, 41) sont inclinées sur un plan axial passant par celles-ci d'un angle (c) déterminé en fonction du taux de transfert souhaité pour le couple d'un arbre (4, 5) à l'autre (5, 4) et la denture de chaque planétaire (7, 8) et de chaque satellite (13, 14) présente, vue dans un plan axial

des planétaires (7,- 8), une section en escalier com-

posée de segments (18, 20; 25, 26) perpendiculaires à l'axe (OX) des arbres (4, 5) et de segments (19, 30;

27, 29) parallèles à cet axe.

2 - Différentiel selon la revendication 1,

caractérisé en ce que l'un (8) des planétaires pré-

sente, sur sa partie sphérique tournée contre le boîtier (la), un évidement (31) sphérique délimitant

dans sa zone la plus éloignée de l'axe (OX) du dif-

férentiel, une première portée annulaire (32) en appui

sur la surface intérieure sphérique du boîtier (la).

tandis que le second planétaire (7) comporte dans la région la plus éloignée de l'axe (OX) précité de sa partie sphérique tournée contre le boîtier (lb) un évidement ou dégagement annulaire (33) délimitant une seconde portée annulaire (34) contigue à l'arbre (4)

associé et en appui contre la surface intérieure sphé-

rique du boitier 1lb), la première portée annulaire étant propre à accroitre le couple de frottement entre le planétaire (8) et par conséquent le taux de tran- sfert du différentiel lorsque l'arbre (5) traversant ce planétaire (8) subit un couple différentiel dans un sens donné, tandis qu'inversement la seconde portée annulaire (34) réduit le couple de frottement et le taux de transfert lorsque le couple différentiel est

appliqué en sens contraire à l'arbre (5) précité.

3 - Différentiel selon la revendication 1,

caractérisé en ce que les planétaires (7, 8) pré-

sentent sur leurs parties sphériques tournées vers le boitier (la, lb), des évidements sphériques délimitant des portées annulaires équivalentes d'appui contre le

boitier (la, lb), coaxiales aux arbres (4, 5), assu-

rant des couples de frottement égaux et par conséquent des taux de transfert de couple égaux pour les deux sens possibles du couple différentiel entre les arbres

(4, 5) de commande.

4 - Différentiel selon l'une des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'une rondelle (17) de glissement est interposée entre le boitier (la, lb) et les satellites (13, 14) et/ou les planétaires (7, 8),

afin de créer une précharge par élasticité.