FR2636113A1

FR2636113A1 - Engrenage differentiel auto-freinant

Info

Publication number: FR2636113A1
Application number: FR8904104A
Authority: FR
Inventors: Koerner Tillman; Brosius Klaus
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1990-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: US4950215A; DE3810169A1; IT8967182A0; GB2218477A; GB8905931D0; DE3810169C2; FR2636113B1; BE1001818A4; GB2218477B; IT1231877B

Abstract

L'invention a pour objet un engrenage différentiel destiné à répartir un couple de rotation sur deux arbres de sortie 2, 3. Suivant l'invention les deuxième et troisième éléments de l'engrenage 12, 13 attribués aux arbres de sortie 2, 3 sont formés comme des roues dentées 22, 23 avec crantage; le premier élément de l'engrenage 11 attribué à l'arbre d'entrée 1 comprend au moins deux paires de pignons 21a, 21b en prise les uns avec les autres, qui sont disposés dans le carter commun 14; les roues 22, 23 du deuxième et du troisième élément de l'engrenage 12, 13 sont, ensemble avec les pignons 21a, 21b du premier élément de l'engrenage 11, étroitement entourées en formant des canaux de tête 7 et des canaux latéraux 8, 9, en forme de fente; le premier élément de l'engrenage présente un nombre pair de paires de pignons 21a, 21b; vu depuis la périphérie, un premier pignon 21a engrène avec une des roues droites 22, un deuxième pignon 21b engrène avec une seconde roue droite 23, un troisième pignon 21b engrène avec la seconde roue droite 23 et un quatrième pignon 21a engrène avec la première des roues droites 22.

Description

L'invention a pour objet un engre-

nage différentiel destiné à répartir un couple de rotation d'arrivée sur deux arbres de commande avec un verrouillage,

selon le terme générique de la revendication 1. De tels engre-

nages différentiels dont par exemple installées dans les auto- mobiles pour transmettre le couple moteur sur les deux roues d'un arbre primaire, ou bien dans une ligne de commande entre

plusieurs arbres commandés.

L'invention prend comme base un en-

grenage différentiel,tel que celui divulgué par le brevet DE-

OS-3542184, avec verrouillage hydrostatique automatique. Dans

ce cas de construction connue, il s'agit d'un engrenage diffé-

rentiel dont les éléments planétaires engrènent d'une part avec une roue creuse à denture intérieure, et d'autre part avec une roue solaire à denture extérieure, toutes les roues étant disposées dans un plan. Le couple de rotation transmis

sur les deux arbres de commande est d'une grandeur différente.

L'effet du verrouillage est basé sur le fait que les roues droites planétaires agissent avec la roue solaire intérieure

comme des pompes à engrenages, dans le cas d'une rotation re-

lative des deux arbres de commande, par exemple dans le cas de la négociation d'un virage, ou de patinage des roues

reliées à l'arbre de commande.

Dans ce cas, le milieu de pression,

généralement de l'huile de lubrification, se trouvant à l'in-

térieur de l'engrenage différentiel est poussé radialement

vers l'extérieur, est saisi par la denture des roues plané-

taires et transporté radialement vers l'intérieur. Dans ce cas, la cage de transmission planétaire est conformée en carter de pompe solaire intérieure. Le couple de verrouillage se crée grace à la formation d'une pression hydrostatique qui est établie par une fente entre la denture et le carter ainsi que par une fente axiale. Plus les éléments planétaires sont proches les uns des autres dans le carter, plus le couple de verrouillage est élevé. Les éléments planétaires ont ainsi tendance à bloquer la rotation relative entre la roue solaire

intérieure et extérieure.

L'engrenage différentiel droit connu a comme qualité que le couple de rotation induit se répartit sur les deux arbres de sortie seulement en proportion des rayons de la roue solaire intérieure ou extérieure: une répar- tition du couple de rotation, par moitié sur les deux arbres de sortie, n'est pas possible. Dans le cas d'un engrenage différentiel à verrouillage du genre décrit ici, le couple de verrouillage est de même réparti dans la même proportion que le couple moteur en situation de verrouillage à cause de

la structure.

Pour- les commandes pour lesquelles souhaite un couple de rotation d'une importance égaie sur les deux arbres de commande, il a été proposé des engrenages différentiels dans l'ouvrage technique "Zahnradgetriebe, (Johannes Loomann, Konstruktionsbûcher Band 26,

Springer-verlag, pages 218, 219). Pour les engrenages diffé-

rentiels à roues coniques selon le schéma 7.20 surtout uti-

lisées entre les deux roues d'un arbre primaire, on connait en outre des systèmes de verrouillage de ce type dans lesquels la force axiale résultante de la denture est utiliée pour actionner un frein à friction. En outre, on connait par le brevet DE-OS- 2300343 un système de verrouillage avec lequel les deux arbres de sortie sont reliés aux deux moitiés d'un embrayage viscose, afin qu'une adhérence permanente existe

entre les deux arbres de sortie.

Principalement dans le cas des véhi-

cules lourds, les systèmes de verrouillage hydrauliques méca-

niques à fermetures géométrique et commandés de manière ex-

terne, sont trop couteux et mal appropriés; ces systèmes de verrouillage exigent en outre un espace de construction trop important.

L'invention a comme objectif de pro-

poser un engrenage différentiel droit transmettant un couple de rotation d'une même importance sur chacun des deux arbres de sortie, qui développe d'une manière simple un couple de verrouillage important et qui opère immédiatement et sans à

coups, tout en pouvant patiner.

Ce problème est résolu selon la pré-

sente invention par un engrenage du genre d'engrenage différentiel destiné à répartir un couple de rotation sur deux arbres de sortie avec un premier élément de l'engrenage attribué à un arbre d'entrée qui est en relation rotative permanente avec deux autres éléments de l'engrenage attribués aux arbres de sortie; en outre avec un système hydraulique de verrouillage automatique au moyen de pignons attribués au premier élément de l'engrenage, étroitement entourés dans un carter et agissant avec les deuxième et/ou troisième éléments de -l'engrenage comme une pompe à engrenages avec des fentes d'étranglements, caractérisé par la combinaison des autres caractéristiques suivantes:

a) les deuxième et troisième élé-

ments de l'engrenage attribués aux arbres de sortie sont formés comme des roues dentées avec crantage, b) le premier élément de l'engrenage attribué à l'arbre d'entrée comprend au moins deux paires de pignons en prise les uns avec les autres, qui sont disposés dans le carter commun; dans ce cas, pour chaque paire de pignons, l'un des pignons est en prise avec la roue droite du deuxième élément de l'engrenage et l'autre pignon est en prise avec la roue droite du troisième élément de l'engrenage, c) les roues du deuxième et du troisième élément de l'engrenage sont, ensemble avec les pignons du premier élément de l'engrenage, étroitement

entourées en formant des canaux de tête et des canaux laté-

raux, en forme de fente, d) le premier élément de l'engrenage présente un nombre pair de paires de pignons, e) vu depuis la périphérie, un premier pignons engrène avec une des roues droites, un deuxième pignon engrène avec une seconde roue droite, un troisième pignon engrène avec la seconde roue droite et un

quatrième pignon engrène avec la première des roues droites.

En d'autres termes le deuxième et le troisième élément de l'engrenage sont formés comme des roues droites de même dimension, comme cela a déjà été décrit dans le livre technique mentionné au début sur les schémas 7. 17 et 7.19. Le premier élément de l'engrenage, relié à la commande comprend des paires de pignons qui s'engrènent et qui sont disposées dans un carter commun de telle sorte que l'un des pignons de chaque paire est en prise avec la roue droite du deuxième élément de l'engrenage, et que l'autre pignon est en prise avec la roue droite du troisième élément de l'engrenage. Les roues droites du deuxième et du troisième élément de l'engrenage sont étroitement entourées par les pignons du premier élément de l'engrenage et forment ensemble des pompes à engrenages; dans ce cas, on a prévu des canaux de fentes de tête et de fentes latérales entre les roues

dentées et le carter.

Selon l'invention on a en outre prévu que le premier élément de l'engrenage présente un nombre paires de pignons. La disposition est ainsi faite que, vu dans le sens du périmètre des roues droites, les paires de pignons

sont disposées tour à tour de telle manière que l'un des pi-

gnons est en prise avec la roue droite du deuxième élément de l'engrenage et l'autre pignon est en prise avec la roue droite du troisième élément de l'engrenage, tandis que pour la paire suivante de pignons, l'autre pignon engrène d'abord avec la roue droite du troisième élément de l'engrenage, suivi par le pignon en prise avec la roue droite du deuxième élément

de l'engrenage.

Avec cette disposition on obtient

les avantages suivants: la construction spéciale d'un engre-

nage différentiel droit sur deux plans avec des roues solaires

égales entre elles, garantit une répartition du couple de ro-

tation, par une moitié sur les deux arbres de sortie; dans ce cas, l'effet du verrouillage, comme le principe en est connu en soi, est obtenu par le fait que les pignons forment des pompes à engrenages avec les roues droites, dès qu'il existe une rotation relative entre les pignons et les roues droites, lorsqu'il y a une différence de nombre de tours entre les deux arbres de sortie. Le couple de pompe qui se crée à ce moment par la contre-pression hydrostatique est directement

utilisé comme couple de verrouillage pour l'engrenage diffé-

rentiel. Le couple de pompe se crée, comme principalement indiqué par DEOS-3542184, par le fait que les fentes entre

les roues droites et le carter les entourant, sont dimension-

nées de telle manière que le milieu de pression soit repoussé dans le sens opposé à celui de la direction du transport avant l'engrènement de la roue droit et du pignon, sur la face et

à l'aide des sommets des dents d'une manière exactement mesu-

rée. Dans le cas d'un tel engrenage différentiel droit hydro-

statique à verrouillage automatique, il s'en suit automati-

quement, à cause de l'étranglement de la fente du milieu de pression, un rapport linéaire avantageux entre la différence de nombre de tours des arbres de sortie et l'importance du couple de verrouillage. A cause de la disposition spéciale décrite dans les caractéristiques d) et e) et du nombre de paires de pignons, on obtient que - malgré l'utilisation d'un engrenage sur deux plans - le même couple de verrouillage se crée dans les deux sens de rotation, chaque fois pour la même différence de nombre de tours. En outre, un avantage décisif

de l'engrenage différentiel hydrostatique à verrouillage auto-

matique est qu'on agit immédiatement contre les glissements, par exemple dans le cas d'automobiles. Ceci concerne également des véhicules sur rails avec des axes divisés et une commande

à l'aide d'engrenages différentiels.

Les sous-renvendications concernent des perfectionnements de construction avantageux relevant

aussi de l'invention.

Avantageusement les roues droites du deuxième et troisième élément de l'engrenage présentent une denture extérieure et sont radialement de l'extérieur en

prise avec les pignons du premier élément de l'engrenage.

Avantageusement pour compenser l'effet décroissant de verrouillage dans le cas d'une température élevée du milieu de pression, les pignons du premier élément de l'engrenage sont faits avec d'autres matériaux que ceux du carter; dans ce cas, les matériaux des pignons et des roues droites présentent un coefficient de

dilatation thermique plus élevé que les matériaux du carter.

En d'autres termes, il est prévu de choisir l'appariement des matériaux pour les pignons et les roues droites qui forment les pompes à engrenages, par rapport au carter les entourant, de telle manière que, dans le cas d'une température élevée du milieu- de pression, les fentes entre les roues et le carter soient aussi influencées de telle sorte qu'il se crée le même couple de verrouillage

qu'avec une température basse.

De préférence le premier élément

de l'engrenage comporte quatre paires de pignons.

Les pignons forment ensemble chaque fois des pompes à engrenages. Avantageusement les pignons d'une paire de pignons, dans leur zone commune de prise sont entourés par le carter de telle manière qu'ils forment dans celui-ci des espaces supplémentaires de pression; un blindage entoure le carter de manière étanche aux liquides; le blindage est rendu étanche contre une sortie du milieu de pression dans sa zone intérieure radiale, et est relié par une conduite d'alimentation à l'intérieur du blindage; enfin il est prévu par un conduit d'expulsion pour le milieu de

pression hors de l'espace intérieur du blindage.

En d'autres termes, il est prévu de munir le carter des pignons d'un blindage, qui peut être rendu étanche vis à vis de l'espace intérieur du reste de l'engrenage, et qui est muni d'un conduit d'alimentation et de sortie. Ainsi, on n'influence non seulement positivement l'aspiration du milieu de pression qui doit être transporté dans la zone des pignons, mais encore la séparation de l'espace intérieur de l'engrenage différentiel du reste de l'engrenage, réduit les pertes par le fait de patiner en

diminuant la puissance.

Dans ce qui suit, l'invention est plus amplement expliquée à l'aide de schémas montrant un exemple d'exécution:

-la fig.l est une coupe longitudi-

nale schématique à travers un engrenage différentiel le long de la ligne transverse I-I de la fig.2, -la fig.2 en est une vue frontale schématique, -la fig.3 est une représentation schématique des pignons dans le sens périphérique, -la fig.4 est une vue frontale sur les pignons de la fig.3, -la fig.5 est une représentation

d'une paire de pignons à l'intérieur du carter.

L'engrenage différentiel représenté sur les fig.l et 2 comprend un arbre de commande 1 relié à

la machine de commande, et deux arbres de sortie 2 et 3.

L'arbre de commande 1 est relié à un pignon conique 4 qui est en prise avec une roue conique 5. L'engrenage différentiel comprend en outre un premier élément de l'engrenage 11 relié à la roue conique 5, et un deuxième et troisième élément d'engrenage 12, 13 attribués aux arbres de sortie 2, 3. Au premier élément de l'engrenage 11 est attribué un carter 14, dans lequel les pignons 21a, 21b sont logés parallèlement aux axes des arbres de sortie et sont en prise avec les roues droites 22, 23. Les roues droites 22, 23 sont attribuées au deuxième et troisième élément d'engrenage 12, 13; dans ce cas la disposition, connue dans son principe, a été réalisée de telle manière que le pignon 21a soit en prise avec la roue droite 22, le pignon 21b avec la roue droite 23, et que les pignons 21a et 21b soient suffisamment larges et soient logés suffisamment proches l'un de l'autre dans le carter 14, et qu'ils engrènent mutuellement.

Les roues droites 22, 23 sont dis-

posées de manière co-axiale et sont ainsi en relation seule-

ment par l'intermédiaire des pignons 21a, 21b. Dans le cas d'une égalité de nombre de tours des arbres de sortie 2, 3 il n'existe pas de rotation relative des pignons autour leur propre axe. Tandis que le cas d'une différence de nombre de tours des arbres, les pignons 21a, 21b sont en rotation, et ceci avec un sens différent de rotation selon que l'un des arbres de sortie 2, 3 tourne plus vite ou plus lentement que

l'autre.

Pour obtenir un effet de verrouilla-

ge automatique, on a prévu, comme c'est connu en soi, de construire les roues droites 22, 23 et les pignons 21a, 21b comme des pompes à engrenages, le couple de pompe développé représente directement le couple de verrouillage entre les deux arbres de sortie. Dans ce but, le carter 14 a été construit de telle manière qu'il entoure les pignons 21a, 21b et les roues droites 22, 23 si étroitement qu'entre les têtes et le carter restent des fentes de tête 7 d'une largeur exactement fixée. Le carter 14 est entouré sur les deux côtés d'éléments latéraux 15 dans lesquels se trouve aussi le logement des pignons. Entre les pignons 21a, 21b et/ou les roues droites 22, 23 et les éléments latéraux se trouvent en outre des fentes frontales 8, 9 déterminées. Dans la zone de prise entre les pignons et les roues droites se trouvent des espaces de pression 6, qui sont en relation de pression

avec les fentes de tête 7 et les fentes frontales 8, 9.

Habituellement un tel engrenage différentiel est logé dans un carter rempli de lubrifiant afin que le lubrifiant puisse servir de milieu de pression pour les pompes à engrenages. Lorsque le carter plonge dans le lubrifiant, les pignons 21a, 21b transportent du lubrifiant radialement de l'extérieur vers la roue droite concernée. La

pression hydrostatique établie est ensuite de nouveau direc--

tement réduite peu à peu par une projection freinée à travers les fentes décrites 7, 8, 9. D'autres mesures de réglage ne sont pas nécessaires. Il s'en suit d'une manière avantageuse un effet de verrouillage commençant doucement et sans à coups, déjà après un nombre relatif de tours peu important avec une ligne caractéristique montante de façon linéaire. La mesure absolue pour l'importance du couple de verrouillage peut être

variée, selon le cas de nécessité correspondant, par un dimen-

sionnement de la fente.

Comme déjà indiqué, les pignons 21a, 21b sont en rotation, selon l'état de rotation des arbres de sortie 2, 3, dans les deux sens de rotation. Mais dans ce cas, les pignons agissant comme des pompes à engrenages ont des effets différents, puisque l'espace de pression 6 pour un pignon déterminé est pleinement efficace seulement dans un certain sens de rotation. Dans l'autre sens de rotation, à cause de la construction du carter dans la zone de la prise de la dent avec le pignon voisin, une montée en pression

hydrostatique pleinement valable n'est pas possible.

Afin que l'engrenage différentiel

développe malgré cela un couple de verrouillage d'une impor-

tance égale dans les deux sens de rotation relative des arbres de sortie 2, 3 (fig.3 et 4) selon l'invention, un nombre paire de pignons 21a, 21b a été prévu; dans ce cas les paires de

pignons ont été disposées de façon alternée sur le périmètre.

Si, par exemple, dans le sens de la flèche, (fig.3), la roue droite 22 engrène d'abord avec le pignon 21a, et ensuite le pignon 21b avec la roue droite 23, la paire suivante de pignons est disposée de telle façon que d'abord le pignon 21b engrène dans la roue droite 23, suivi par le pignon 21a dans la roue droite 22. Sur la fig.4 on peut reconnaître que, grâce à cette séquence, qui est seulement possible pour des nombres pairs de paires de pignons, pour chaque sens de rotation relative, le même nombre d'espaces de pression 6 est pleinement ef f icace. Ceci est valable pour le cas o les pignons transportent le milieu de pression chaque fois le long de la zone de la paroi 10 vers les roues droites. Ceci est seulement obtenu avec la disposition spéciale décalée de la fig.3. L'exemple d'exécution représenté est un engrenage différentiel dans lequel les roues droites

22, 23 du deuxième et troisième élément de l'engrenage présen-

tent une denture extérieure. De la même manière la construc-

tion avec des roues à denture intérieure serait pensable.

Pour maintenir l'effet de verrouillage, qui ne se crée que par le freinage du courant du milieu de pression dans les fentes, le plus constant possible dans une zone de température, on propose selon l'invention un choix spécial des matériaux pour les pompes à engrenages. Il est avantageux de fabriquer le carter (non représenté) au moins dans la zone de la paroi 10, donc dans la zone des fentes 7, 8, 9 avec des matériaux dont le coefficient de dilation thermique est plus petit que la valeur correspondante des matériaux pour les roues droites 22, 23 et les pignons 21a, 21b. On obtient ainsi que les fentes 7, 8, 9 diminuent avec une augmentation de la température, ce qui amène une compensation de l'effet de verrouillage malgré

une viscosité décroissante du milieu de pression.

Il est en outre avantageux de munir le carter 14 d'un blindage 16, dans lequel, indépendemment du contenu en lubrifiant du reste du carter de l'engrenage, on amène un milieu de pression par un conduit d'alimentation 19. Ainsi des pertes de rendement par le fait de patiner dans le carter à huile peuvent être évitées. Puisqu'il ne s'agit que d'une compensation de pertes dues à des fuites, le milieu de pression peut par exemple être amené à travers la zone du palier 18; dans ce cas un joint 17 et une dérivation 18

peuvent de plus être utiles.

La fig.5 montre une coupe transver-

sale à travers la zone de prise de l'engrenage, de deux

pignons 21a et 21b voisins, et de leur disposition à l'inté-

rieur du carter 14 les entourant. Cette zone est donc située dans un plan médian entre les deux roues droites 22 ou 23, dans lequel aucun des deux pignons n'est en prise avec sa roue il droite. Le carter 14 entoure donc les deux pignons dans une zone périphérique très grande par rapport au reste de la prise. Le milieu transporté par les dents, dans le cas d'un sens de rotation correspondant, le long de la fente de tête 7, est transporté vers un espace de pression 6a, dans lequel une pression particulièrement élevée peut s'tétablir. Cette pression peut de nouveau s'échapper au moyen des fentes de tête 7 déjà mentionnées, des fentes frontales 8 ou 9 déjà décrites ainsi que des entredents. On peut ainsi reconnaître que les pignons 21a et 21b contribuent sur toute leur largeur

- sous condition d'un sens de rotation correspondant - à éta-

blir une pression et à créer un couple de verrouillage.

Claims

R E V E N D I C A T IONS

1 - Engrenage différentiel destiné à répartir un couple de rotation sur deux arbres de sortie (2, 3) avec un premier élément de l'engrenage (11) attribué à un arbre d'entrée (1) qui est en relation rotative permanente avec deux autres éléments de l'engrenage (12, 13) attribués aux arbres de sortie (2, 3); en outre avec un système hydraulique de verrouillage automatique au moyen de pignons (21a, 21b) attribués au premier élément de l'engrenage (11), étroitement entourés dans un carter (14) et agissant avec les deuxième et/ou troisième éléments de l'engrenage comme une pompe à engrenages avec des fentes d'étranglements (7,8,9), caractérisé par la combinaison des autres caractéristiques suivantes:

a) les deuxième et troisième élé-

ments de l'engrenage (12, 13) attribués aux arbres de sortie (2, 3) sont formés comme des roues dentées (22, 23) avec crantage, b) le premier élément de l'engrenage (11) attribué à l'arbre d'entrée (1) comprend au moins deux paires de pignons (21a, 21b) en prise les uns avec les autres, qui sont disposés dans le carter commun (14); dans ce cas, pour chaque paire de pignons, l'un des pignons (21a) est en prise avec la roue droite (22) du deuxième élément de l'engrenage (12) et l'autre pignon (21b) est en prise avec la roue droite (23) du troisième élément de l'engrenage (13) , c) les roues (22, 23) du deuxième

et du troisième élément de l'engrenage (12,13) sont, en-

semble avec les pignons (21a, 21b) du premier élément de l'engrenage (11J, étroitement entourées en formant des canaux de tête (7) et des canaux latéraux (8,9), en forme de fente, d) le premier élément de l'engrenage présente un nombre pair de paires de pignons (21a,21b), e) vu depuis la périphérie, un premier pignons (21a) engrène avec une des roues droites (22), un deuxième pignon (21b) engrène avec une seconde roue droite (23), un troisième pignon (21b) engrène avec la seconde roue droite (23) et un quatrième pignon (21a) engrène avec la première des roues droites (22);

2.- Engrenage différentiel selon la revendication 1, carac-

térisé: par le fait que les roues droites (22, 23) du deuxième et troisième élément de l'engrenage

(12, 13) présentent une denture extérieure et sont radia-

lement de l'extérieur en prise avec les pignons (21a, 21b) du premier élément de l'engrenage (11); 3.- Engrenage différentiel selon l'une quelconque des

revendications 1 et 2, caractérisé:

par le fait que, pour compenser l'effet décroissant de verrouillage dans le cas d'une température élevée du milieu de pression, les pignons (21a, 21b) du premier élément de l'engrenage (1, 13) sont faits avec d'autres matériaux que ceux du carter (14); dans ce cas, les matériaux des pignons (21a,21b) et des roues droites (22, 23) présentent un coefficient de dilatation thermique plus élevé que les matériaux du carter (14); 4.Engrenage différentiel selon l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé:

par le fait que le premier élément de l'engrenage (11) présente quatre paires de pignons (21a, 21b); 5.- Engrenage différentiel selon l'une quelconque des

revendications 1 à 4, caractérisée:

par le fait que les pignons (21a, 21b) d'une paire de pignons, dans. leur zone commune de prise sont entourés par le carter (14) de telle manière qu'ils forment dans celui-ci des espaces supplémentaires de pression (6a);

6.- Engrenage différentiel selon une des revendications 1 à

, caractérisé: par un blindage (16) entourant le carter (14) de manière étanche aux liquides;

7.- Engrenage différentiel selon la revendication 6, carac-

térisé: par le fait que le blindage (16)

est rendu étanche contre une sortie du milieu de pression-

dans sa zone intérieure radiale, et est relié par une conduite d'alimentation (19) à l'intérieur du blindage pour le milieu de pression;

8.- Engrenage différentiel selon une des revendications 6 ou

7, caractérisé: par un conduit d'expulsion (20) du milieu de pression hors de l'espace intérieur du blindage (16).