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Dispositif de commande pour différentiels
La présente invention est relative aux différentiels pour automobiles, navires à deux hélices etc... et elle concerne un dispositif de commande au moyen duquel on peut agir sur la différence de vitesse entre les essieux moteurs partant du différentiel.
En ce qui concerne les automobiles, on a déjà proposé d'utiliser des différentiels comportant un dispositif de com- mande d'une nature telle que l'on peut empêcher la différence de vitesse entre les deux essieux moteurs de dépasser une certaine valeur maximum, ce qui permet de transmettre une partie de la force motrice à l'une des roues motrices sans que l'autre roue soit en prise par friction aveo la route.
On a également proposé d'utiliser un volant en combinaison avec ce dispositif de commande de façon à pouvoir maintenir sensiblement oonstante, pendant un court moment, la différence entre les vitesses de rotation des roues motrices.
La présente invention permet de régler positivement, pendant un temps quelconque désiré, la différence de vitesse entre les deux essieux moteurs du différentiel, à n'importe
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quelle valeur désirée, tout en maintenant sur chaque essieu le coupe optimum.
On va décrire ci-dessous plus en détail l'invention en se référant aux dessins annexés qui représentent à titre d'exemple deux formes de réalisation de l'invention conve- nant particulièrement dans le cas de différentiels pour au- tomobiles.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un différentiel comportant un système de commande suivant une forme de réa- lisation de l'invention.
La fig. 2 représente de façon analogue à la fig. 1 un différentiel comportant une forme de réalisation plus simple du système de commande selon l'invention.
Les deux essieux moteurs 1 et 2 sortant du différentiel sont montés dans un carter 3, appelé carter de différentiel, lequel, dans le cas actuel, ne se différencie sensiblement du carter des différentiels ordinaires que parce que l'un des côtés se prolonge de façon à former un manchon qui, se- lon la forme de réalisation, entoure l'essieu 1. Chacun des essieux 1 et 2 oomporte, sur leurs extrémités en regard, une roue centrale correspondante 4 qui engrène avec deux ou plusieurs satellites 5 dont les axes 6 sont enfilés dans un couvercle 7 faisant partie du carter 3 du différentiel. Le carter 3 porte de façon oonnue le grand pignon d'angle qui est actionné, de façon connue, par l'arbre à oardan, par l'intermédiaire d'un petit pignon d'angle. Le carter de dif- férentiel est monté à rotation dans des paliers à billes et rouleaux 9 et 10, respectivement.
Conformément à l'inven- tion, le satellite 5 porte une denture supplémentaire 5' qui engrène en permanence avec une roue d'angle 11 à deux faces qui constitue l'une des roues centrales d'un deuxième dif- férentiel comportant des satellites 12 et une deuxième roue centrale 13. Les deux dernières roues centrales sont coa-
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xiales avec les roues centrales 4 et sont montées sur la partie en forme de manchon du carter 3. Les satellites 12 tournent sur des pivots 14 qui sont rigidement fixés sur une pièce annulaire 15 munie de dents 16 à vis sans fin en- grenant avec une vis 17. La roue centrale 13 ci-dessus men- tionnée est également en forme de roue d'angle à deux faces et constitue, avec une roue d'angle 18 normalement bloquée sur le carter 5 et des satellites 19, un dispositif de changement de marche.
La roue 18 est montée à rotation sur le manohon 3 et comporte des épaulements 20 sur la partie oentrale de la roue. Une bague 22, pouvant coulisser longitudinalement sur le manchon 3 mais non se déplacer.angulairement sur lui, par suite de rainures longitudinales 2I et de saillies cor- respondantes de ce manchon, comporte des épaulements venant en prise avec les épaulements 20 dans la position extrême de droite de la bague 22. Dans cette position, la roue 18 tourne avec le manchon 3.
Le satellite 19 tourne sur un pivot 23 rigidement fixé à une bague 24 qui est reliée, à l'aide d'axes 25, à une en- veloppe fixe 26 pour les pignons du différentiel et l'engre- nage à vis 16, 17. Cette enveloppe est reliée de façon é- tanche à ltenveloppe 27 entourant le différentiel principal.
Les satellites 19 tournent sur des axes fixes tandis que les axes 14 des satellites 12 partioipent à la rotation de la pièce annulaire 5 sur l'essieu 1, lorsque la vis 17 tourne.
Un avantage spécial du différentiel commandé selon l'invention consiste en ce que l'on peut monter les organes de freinage du véhicule de façon que le carter de différen- tiel soit freiné directement et que les forces de freinage soient transmises aux roues par l'intermédiaire du différen- tiel. En conséquence, on a représenté sur les dessins le moyeu 88 du tambour de frein comme calé sur l'extrémité ex- térieure du manchon 3, extrémité qui comporte un contre
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écrou 29. Cet écrou maintient en place tous les organes mon- tés sur le manchon 3. Avec ce tambour de frein, on peut ob- tenir un effet de freinage constamment uniforme sur les roues arrière ce qui est pratiquement impossible lorsque l'on uti- lise des freins distincts sur les roues motrices et un diffé- rentiel non commandé.
Etant donné que l'on peut supprimer les tambours de frein sur les roues, il est possible d'obte- nir une roue plus légère ce qui est avantageux pour les accé- lérations et les décélérations.
Sur les dessins, on voit également une partie 30 d'un joint universel pour un essieu articulé, ce joint étant ao- couplé à l'essieu 1.. Entre le moyeu 28 du tambour de frein et une enveloppe de roulement pour le roulement à billes 10, est intercalée une garniture î, le roulement 10 étant fixé à l'enveloppe 26 à l'aide de vis. De même, entre le manohon 3 et l'essieu moteur 1, est intercalé, à leurs extrémités extérieures, un garnissage 33. Pour maintenir la bague 15 en place, une bague de blocage 34 est fixée sur l'enveloppe 26 à l'aide de vis.
Le grand pignon d'angle 8 étant actionné, les roues oen- trales 4, la roue 11 et la roue 18 tournent, pour des vites- ses de rotation égales entre elles des essieux 1 et 2. à la même vitesse, dans le même sens, pourvu que la roue 18 soit bloquée sur le manchon 3 qui en fait est calé sur le pignon d'angle 8. Les satellites 19 entraînent la roue 13 en sens inverse de la roue 18. De ce fait, les satellites 12 (dans le cas de l'hypothèse faite), tournent sur des pi- vots fixes c'est à dire que les axes 14 n'effectuent aucun déplacement par rapport à l'enveloppe 27. Par suite la ba- gue 15 et la vis 17 peuvent être mutuellement verrouillées lorsque les essieux 1 et 2 tournent en synchronisme l'un avec l'autre.
Pour mieux faire comprendre le fonctionnement du dis-
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positif de commande selon l'invention, on va maintenant dé- crire le mouvement des différentes pièces en supposant que l'un des essieux, à savoir l'essieu 2, est maintenu fixe, tandis que le grand pignon conique 8 est mis en rotation.
En ce cas, le satellite 5, 5' effectue un roulement sur la roue centrale fixe 4 de l'essieu 2 et l'essieu 1 est mis en rotation à vitesse double de celle du pignon conique 8. Dans ces conditions, le pignon 11 tourne à une vitesse qui, dans le type représenté, est sensiblement double de celle du pi- gnon conique 8 et du.carter 3 du différentiel respeotivement.
Le pignon 18 du dispositif de changement de marche, calé sur le manchon 3, tourne en synchronisme avec le pignon conique; par suite le pignon 13 tourne à la même vitesse, en sens oon- traire.
En ce cas, la vis 17 tourne dans un sens tel que la ba- gue 15 tourne dans le même sens que le pignon 11, à une vi- tesse sensiblement égale au quart de celle du pignon 11 ou, en d'autres termes sensiblement à une vitesse moitié de celle du carter de différentiel.
D'après le cas particulier ci-dessus, on peut faire la déduction générale que, dans le cas d'une différence entre les vitesses de rotation des essieux 1 et 2, la vis 17 tourne à une vitesse qui est proportionnelle à cette diffé- rence, ou, en d'autres termes, proportionnelle au mouvement du satellite 5, 5'. Ceci est vrai, quels que soient le sens du mouvement et la vitesse propre du earter de différentiel.
La vis 17 peut être faite avec un pas si faible qu'elle soit irréversible de sorte que la bague 15'ne peut tourner .à moins que la vis 17 ne soit mise en mouvement de façon correspondante Cet engrenage à vis irréversible convient particulièrement lorsque l'on utilise pour la vis un sys- tème d'entraînement ayant un faible couple puisque, dans ce cas, des forces instantanées exceptionnellement élevées pro-
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venant des essieux 1 et 2 ou des roues motrices du véhicule ne peuvent pas influer dans une mesure appréciable sur le mouvement du système moteur.
Le système moteur peut consister en un moteur distinct, de préférence un moteur électrique ou en des organes moteurs accouplés au moteur du véhicule ou à des pièces aotionnées par ce moteur et il sert comme moteur de commande pour les satellites du différentiel principal au moyen duquel moteur les essieux 1 et 2 peuvent être animés, de façon positive, de vitesses de rotation réciproques cor- rectes à tout moment.
Le système moteur accouplé à l'organe de commande doit être fait de façon telle que sa vitesse d'entraînement dépende de la courbure de la route et de la vitesse de marche du vé- hicule. Ainsi, on peut utiliser des dispositifs régulateurs accouplés d'une part, par exemple, au carter du différentiel du véhicule, et d'autre part, au volant du véhicule ou à d'autres organes de direction accouplés avec le volant.
Dans le cas où l'on utilise pour l'organe de commande un système moteur purement mécanique, ce système doit comprendre, de façon appropriée, un dispositif de changement de vitesse à variation de vitesse continue.
Par suite du dispositif de blocage réglable du pignon 18, ci-dessus décrit, il est possible à tout moment de mettre le dispositif de commande selon l'invention hors d'action en met- tant la bague de blocage 22 hors de prise d'avec les épaule- ments 20 du pignon 18 ce qui par exemple, peut se faire auto- matiquement dès que le moteur électrique de commande ne re- çoit plus de courant. En ce cas, le différentiel fonctionne comme un accouplement ordinaire non commandé.
Sur la fig. 2, on a représenté un mode de construction selon l'invention, simplifié, convenant particulièrement pour les automobiles. La simplification consiste sensiblement en
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ce que le différentiel principal 4, 5, 8 est constitué par un différentiel tout à fait normal, de type connu, dans lequel les satellites 5 ne comportent pas une denture sup- plémentaire 5' contrairement à ce qui a lieu dans le pre- mier exemple de réalisation. Le pignon d'angle à deux faces 11 ci-dessus mentionné est remplacé par un pignon 'd'angle ordinaire 11' fixé sur une partie 3"en forme de manchon du carter de différentiel 3, cette partie 3" entourant l'es- siau moteur 1.
En direction de l'extrémité extérieure de l'essieu moteur 1, il est prévu, à la suite du pignon 11', comme dans le premier exemple de réalisation, les satellites 12, le pignon d'angle à deux faces 13 et les satellites 19 lesquelles engrènent avec un pignon d'angle 18' calé sur l'essieu moteur 1. Un palier à billes 35 est placé entre la partie 3" en forme de manchon du carter de différentiel 3 et une partie 36 du carter extérieure du différentiel, cette partie 36 étant réunie au moyen de boulons 37 à l'au- tre partie 27' du carter extérieur.
Les différentiels auxiliaires contenant les satellites 12 et 19, ainsi que la roue à vis 15 et la vis 17 ne sont pas modifiés en ce qui concerne leur oonstruotion. L'enve- loppe 26 a une forme un peu différente et son extrémité ex- térieure entoure un palier à billes 38 dont le chemin de rou- lement intérieur porte oontre un moyeu cylindrique 39 du pignon 18' oalé sur l'essieu. L'extrémité intérieure de l'enveloppe 26 est fixée sur la partie 36 à l'aide de bou- lons 40. Le pignon d'angle 13 à deux faces est également porté, en ce cas, par un palier à billes 4I.
Le dispositif de commande suivant la fig. 2 fonctionne exaotement suivant le même principe que celui de la fig. 1.
Dans les deux cas, la vis 17 est reliée au satellite 5.
Dans le premier exemple de réalisation, la liaison est ob- tenue à l'aide de la denture 5' tandis que- dans le deuxiè-
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me exemple l'essieu moteur 1 lui-même et les deux différen- tiels auxiliaires servent d'organe de transmission entre la vis et le satellite 5 du différentiel principal.
On a une forme de réalisation de l'invention encore plus simple en supprimant les satellites 19 ci-dessus décrits, ainsi que les pivots 23 et la bague 24, tandis que le pignon 13 avec le palier 41 est remplacé par le pignon 18' (fig. 2) qui est calé sur l'essieu 1, Les satellites 12 coopèrent alors, d'une part, avec le pignon 11 ou 11' respeotivement et, d'autre part, avec le pignon 18'.
Il est évident, en ce cas, que la vis 17 doit être ao- tionnée à une certaine vitesse initiale, correspondant à la vitesse du carter de différentiel 3, si les essieux 1 et 2 doivent tourner en synchronisme et doit avoir une vitesse supplémentaire ou être soumise à un retard au cas où l'es- sieu 1 doit tourner respectivement à une vitesse plus grande ou plus faible que l'essieu 2.
Il est évident qu'un différentiel muni d'un dispositif de commande selon l'invention présente de nombreuses possi- bilités d'application en outre de oelle de l'exemple ci- dessus. De façon générale, l'invention est applicable dans tous les cas où deux machines ou autres dispositifs méoani - ques doivent être entrainés à des vitesses différentes et réglables à partir d'un même moteur. Comme exemple, on peut citer un système d'hélices pour navires comportant un arbre moteur principal et deux hélices susceptibles d'ê- tre aotionnées à des vitesses différentes en vue de manoeu- vrer le navire. Le moteur de commande accouplé à l'organe de commande peut également constituer le moteur principal de l'installation tandis'que l'arbre à oardan du différentiel est maintenu bloqué.
Dans certains cas, une combinaison
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des deux variantes est préférable, combinaison suivant la- quelle un moteur de commande sert à actionner l'arbre à car- dan et un autre moteur de commande l'organe de commande.
L'invention peut être évidemment appliquée à d'autres types de différentiels que celui représenté sur les dessins et décrit oi-dessus sans pour cela sortir du cadre de la présente in- vention.
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Differential control device
The present invention relates to differentials for automobiles, ships with two propellers, etc. and it relates to a control device by means of which it is possible to act on the speed difference between the driving axles starting from the differential.
As regards automobiles, it has already been proposed to use differentials comprising a control device of such a nature that it is possible to prevent the speed difference between the two driving axles from exceeding a certain maximum value, this allows part of the driving force to be transmitted to one of the driving wheels without the other wheel being in friction with the road.
It has also been proposed to use a flywheel in combination with this control device so as to be able to maintain substantially oonstante, for a short time, the difference between the rotational speeds of the driving wheels.
The present invention makes it possible to positively adjust, for any desired time, the speed difference between the two driving axles of the differential, at any time.
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which value desired, while maintaining the optimum cut on each axle.
The invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings which show by way of example two embodiments of the invention which are particularly suitable in the case of differentials for automobiles.
Fig. 1 is a longitudinal section of a differential comprising a control system according to one embodiment of the invention.
Fig. 2 shows analogously to FIG. 1 a differential comprising a simpler embodiment of the control system according to the invention.
The two driving axles 1 and 2 coming out of the differential are mounted in a housing 3, called the differential housing, which, in the present case, differs noticeably from the housing of ordinary differentials only because one of the sides extends so in forming a sleeve which, according to the embodiment, surrounds the axle 1. Each of the axles 1 and 2 has, on their opposite ends, a corresponding central wheel 4 which meshes with two or more planet wheels 5 whose axles 6 are threaded into a cover 7 forming part of the housing 3 of the differential. The casing 3 carries the large angle pinion in a known manner, which is actuated, in a known manner, by the oardan shaft, via a small angle pinion. The differential housing is rotatably mounted in ball and roller bearings 9 and 10, respectively.
According to the invention, the satellite 5 carries an additional toothing 5 'which meshes permanently with a two-sided angle wheel 11 which constitutes one of the central wheels of a second differential comprising planet wheels 12. and a second central wheel 13. The last two central wheels are coa-
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xial with the central wheels 4 and are mounted on the sleeve-shaped part of the housing 3. The planet wheels 12 rotate on pins 14 which are rigidly fixed on an annular part 15 provided with worm teeth 16 engaging with a screw 17. The above-mentioned central wheel 13 is also in the form of a two-sided angle wheel and constitutes, with an angle wheel 18 normally locked on the housing 5 and planet wheels 19, a change device Steps.
The wheel 18 is rotatably mounted on the manohon 3 and has shoulders 20 on the central part of the wheel. A ring 22, able to slide longitudinally on the sleeve 3 but not to move angularly on it, as a result of longitudinal grooves 2I and corresponding projections of this sleeve, comprises shoulders engaging the shoulders 20 in the extreme position. of the ring 22. In this position, the wheel 18 rotates with the sleeve 3.
The satellite 19 rotates on a pivot 23 rigidly fixed to a ring 24 which is connected, by means of pins 25, to a fixed casing 26 for the pinions of the differential and the screw gear 16, 17 This envelope is sealingly connected to the envelope 27 surrounding the main differential.
The satellites 19 rotate on fixed axes while the axes 14 of the satellites 12 participate in the rotation of the annular part 5 on the axle 1, when the screw 17 turns.
A special advantage of the differential controlled according to the invention is that the braking members of the vehicle can be mounted so that the differential housing is braked directly and the braking forces are transmitted to the wheels by the. intermediary of the differential. Consequently, there is shown in the drawings the hub 88 of the brake drum as wedged on the outer end of the sleeve 3, which end has a counter.
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nut 29. This nut holds in place all the components mounted on the sleeve 3. With this brake drum, a constantly uniform braking effect can be obtained on the rear wheels, which is practically impossible when using - reads separate brakes on the driving wheels and an uncontrolled differential.
Since it is possible to do away with the brake drums on the wheels, it is possible to obtain a lighter wheel which is advantageous for acceleration and deceleration.
In the drawings, there is also seen a part 30 of a universal joint for an articulated axle, this joint being coupled to the axle 1. Between the hub 28 of the brake drum and a rolling shell for the rolling bearing. balls 10, is interposed a lining I, the bearing 10 being fixed to the casing 26 by means of screws. Likewise, between the manohon 3 and the driving axle 1, is interposed, at their outer ends, a lining 33. To hold the ring 15 in place, a locking ring 34 is fixed to the casing 26 using quote.
The large angle pinion 8 being actuated, the central wheels 4, the wheel 11 and the wheel 18 rotate, for equal rotational speeds of axles 1 and 2. at the same speed, in the same direction, provided that the wheel 18 is blocked on the sleeve 3 which in fact is wedged on the angle pinion 8. The planet wheels 19 drive the wheel 13 in the opposite direction to the wheel 18. Therefore, the planet wheels 12 (in the case of the assumption made), turn on fixed pins, that is to say that the axes 14 do not effect any movement with respect to the casing 27. As a result, the ring 15 and the screw 17 can be interlocked when axles 1 and 2 rotate in synchronism with each other.
To better understand how the dis-
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positive control according to the invention, the movement of the different parts will now be described, assuming that one of the axles, namely axle 2, is kept fixed, while the large bevel gear 8 is rotated .
In this case, the satellite 5, 5 'performs a roll on the fixed central wheel 4 of the axle 2 and the axle 1 is rotated at double the speed of the bevel gear 8. Under these conditions, the pinion 11 rotates at a speed which, in the type shown, is substantially double that of the bevel pinion 8 and of the differential housing 3 respectively.
The gear 18 of the gear change device, wedged on the sleeve 3, rotates in synchronism with the bevel gear; consequently, pinion 13 rotates at the same speed, in a counterclockwise direction.
In this case, the screw 17 turns in a direction such that the ring 15 turns in the same direction as the pinion 11, at a speed substantially equal to a quarter of that of the pinion 11 or, in other words substantially at half the speed of the differential case.
From the above particular case, one can make the general deduction that, in the case of a difference between the rotational speeds of axles 1 and 2, the screw 17 rotates at a speed which is proportional to this difference. rence, or, in other words, proportional to the movement of the satellite 5, 5 '. This is true, whatever the direction of movement and the specific speed of the differential earter.
The screw 17 can be made with a pitch so small that it is irreversible so that the ring 15 ′ cannot rotate unless the screw 17 is set in motion correspondingly. This irreversible worm gear is particularly suitable when A drive system having a low torque is used for the screw, since in this case exceptionally high instantaneous forces produce
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from axles 1 and 2 or the driving wheels of the vehicle cannot appreciably influence the movement of the driving system.
The motor system may consist of a separate motor, preferably an electric motor or of motor members coupled to the vehicle engine or to parts powered by this motor and it serves as a drive motor for the satellites of the main differential by means of which the motor. axles 1 and 2 can be positively driven with the correct reciprocal rotational speeds at any time.
The motor system coupled to the control member must be made in such a way that its driving speed depends on the curvature of the road and on the speed of the vehicle. Thus, it is possible to use regulating devices coupled on the one hand, for example, to the differential housing of the vehicle, and on the other hand, to the steering wheel of the vehicle or to other steering members coupled with the steering wheel.
In the case where a purely mechanical motor system is used for the control member, this system must suitably comprise a gear change device with continuous speed variation.
As a result of the adjustable locking device for the pinion 18, described above, it is possible at any time to put the control device according to the invention out of action by putting the locking ring 22 out of engagement. with the shoulders 20 of the pinion 18 which, for example, can be done automatically as soon as the electric control motor no longer receives current. In this case, the differential operates like an ordinary uncontrolled coupling.
In fig. 2, a simplified mode of construction according to the invention has been shown, particularly suitable for automobiles. The simplification consists substantially of
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that the main differential 4, 5, 8 is constituted by a completely normal differential, of known type, in which the planet wheels 5 do not have additional teeth 5 ', unlike what takes place in the first example of realization. The above-mentioned double-sided angle pinion 11 is replaced by an ordinary angle pinion 11 'fixed to a 3 "sleeve-shaped part of the differential case 3, this 3" part surrounding the es- if engine 1.
In the direction of the outer end of the driving axle 1, there is provided, following the pinion 11 ', as in the first embodiment, the planet wheels 12, the two-sided angle pinion 13 and the planet wheels 19 which mesh with an angle pinion 18 'wedged on the driving axle 1. A ball bearing 35 is placed between the sleeve-shaped part 3 "of the differential case 3 and part 36 of the outer case of the differential, this part 36 being joined by means of bolts 37 to the other part 27 'of the outer casing.
The auxiliary differentials containing the satellites 12 and 19, as well as the worm wheel 15 and the worm 17 are not modified as regards their construction. The casing 26 has a slightly different shape and its outer end surrounds a ball bearing 38, the inner bearing race of which bears against a cylindrical hub 39 of the pinion 18 'mounted on the axle. The inner end of the casing 26 is fixed to the part 36 by means of bolts 40. The two-sided angle pinion 13 is also carried, in this case, by a ball bearing 4I.
The control device according to FIG. 2 operates exactly according to the same principle as that of FIG. 1.
In both cases, the screw 17 is connected to the satellite 5.
In the first exemplary embodiment, the connection is obtained by means of the toothing 5 'while - in the second -
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For example, the driving axle 1 itself and the two auxiliary differentials serve as a transmission member between the screw and the satellite 5 of the main differential.
We have an embodiment of the invention even simpler by removing the planet wheels 19 described above, as well as the pivots 23 and the ring 24, while the pinion 13 with the bearing 41 is replaced by the pinion 18 '( Fig. 2) which is wedged on the axle 1, the planet wheels 12 then cooperate, on the one hand, with the pinion 11 or 11 'respectively and, on the other hand, with the pinion 18'.
It is obvious, in this case, that the screw 17 must be aotated to a certain initial speed, corresponding to the speed of the differential housing 3, if the axles 1 and 2 are to rotate in synchronism and must have an additional speed or be subject to a delay in the event that axle 1 has to turn at a higher or slower speed respectively than axle 2.
It is obvious that a differential provided with a control device according to the invention has numerous possibilities of application in addition to that of the example above. In general, the invention is applicable in all cases where two machines or other mechanical devices must be driven at different and adjustable speeds from the same motor. As an example, there may be mentioned a propeller system for ships comprising a main drive shaft and two propellers capable of being powered at different speeds in order to maneuver the ship. The control motor coupled to the control member can also constitute the main motor of the installation while the axle shaft of the differential is kept locked.
In some cases, a combination
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of the two variants is preferable, a combination in which one drive motor serves to drive the camshaft and another motor drives the drive member.
The invention can obviously be applied to types of differentials other than that shown in the drawings and described above without thereby departing from the scope of the present invention.