FR2562191A1 - Dispositif mecanique permettant de repartir la puissance et les couples d'un arbre moteur entre deux arbres de sortie commandant directement ou indirectement les roues motrices d'un vehicule - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF MECANIQUE PERMETTANT DE REPARTIR LA PUISSANCE ET LES COUPLES A PARTIR D'UN ARBRE MOTEUR 12 ENTRE DEUX ARBRES DE SORTIE 2, 3 COMMANDANT DIRECTEMENT OU INDIRECTEMENT LES ROUES MOTRICES D'UN VEHICULE. IL COMPORTE QUATRE POULIES 18, 19, 20, 21 RELIEES ENTRE ELLES DEUX A DEUX PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE TRANSMISSION A LIEN FLEXIBLE 22, 23, LES DEUX POULIES 18-21 DES ARBRES 12, 2, 3 ETANT DISPOSEES COAXIALEMENT A L'INTERIEUR D'UNE CAGE FIXE 16 ET LES DEUX POULIES 19, 20 ETANT MONTEES SUR UN SUPPORT 25 POUVANT TOURNER AUTOUR DE L'AXE COMMUN AUX ELEMENTS PRECITES. LA TRANSMISSION DU MOUVEMENT AUX ARBRES 2, 3 EST OBTENUE SOIT EN RENDANT SOLIDAIRE LES ARBRES DES DEUX POULIES 18, 21, SOIT EN RENDANT SOLIDAIRE L'UNE DES POULIES 18 AVEC L'UN DES ARBRES 3, L'AUTRE ETANT SOLIDAIRE DU SUPPORT 25 DES POULIES 19, 20.

Description

DISPOSITIF MECANIQUE PERMETTANT DE REPARTIR LA PUISSANCE
ET LES COUPLES D'UN ARBRE MOTEUR ENTRE DEUX ARBRES DE
SORTIE COMMANDANT DIRECTEMENT OU INDIRECTEMENT LES ROUES
MOTRICES D'UN VEHICULE.

La présente invention concerne un dispositif qui permet de transmettre la puissance du moteur aux roues motrices d'un véhicule et ce, que ce véhicule comporte un ou plusieurs essieux moteurs.

Par "essieu", on entend un ensemble de deux roues situées de part et d'autre du plan de symétrie du véhicule. Par exemple, un ensemble de deux roues indépendantes constitue un essieu.

De nos jours, la transmission de la puissance aux roues motrices d'un véhicule est réalisée de la manière suivante.

Dans le cas des véhicules comportant un seul essieu moteur, qutil soit disposé à l'avant ou à l'arrière, on utilise un ensemble dénommé "différentiel" qui permet de répartir la puissance et les couples de l'arbre moteur proprement dit (ou arbre d'entrée) entre deux arbres de sortie associés aux roues proprement dites et leur permettant de tourner à des vitesses différentes pour compenser la différence de rayon dans les courbes.

Dans le cas où le véhicule comporte deux essieux moteurs (cas des véhicules dits "4 x 4"), chaque essieu est équipé drun différentiel et la puissance est transmise à l'arbre moteur de chaque différentiel par l'intermédiaire d'un ensemble, dénommé "boite transfert" (ou dispositif interpont ou différentiel).

Parmi tous les différentiels proposés à ce jour pour répartir la puissance entre les deux roues d'un même essieu, le plus répandu est constitué d'un ensemble à pignons coniques.

La -structure et le fonctionnement d'un tel différen-- tiel est schématisé à la figure 1.

Ainsi que cela ressort de cette figure, la puissance et les couples de l'arbre moteur (1) est transmise aux arbres (2,3), dits "arbres de sortie", commandant les roues par l'intermédiaire du différentiel proprement dit qui se compose essentiellement d'un boitier (4), monté sur les arbres (2,3) et à la périphérie duquel est prévue une couronne (5) commandée par un pignon d'attague (6) relié à l'arbre moteur (1). A l'intérieur du boitier (4), sont montés deux pignons coniques (7,8) dits "pignons planétaires" commandant respectivement les arbres de sortie (2,3) entraînant les roues. Un pignon satellite (9) monté libre sur un arbre (10) solidaire du boitier (4) vient engrener avec les planétaires (7,8).Eventuellement, afin d'obtenir un ensemble équilibré, un ou plusieurs pignons planétaires (10a), représentés en pointillés à la figure 1, peuvent être utilisés.

Cet ensemble est monté à l'intérieur d'un carter (11).

Un tel système fonctionne comme un mécanisme sommateur qui permet d'additionner (ou de soustraire) des rotations, étant donné que l'on a toujours la relation 2 u), =u), 3 2
Par suite, lteffort-moteur peut etre transmis aux roues motrices tout en leur permettant de tourner à des vitesses différentes l'une de l'autre dans les virages.

Un tel dispositif donne entièrement satisfaction mais présente cependant comme inconvénients d'être lourd, coûteux à réaliser -compte-tenu de la précision demandée pour la réalisation des pignons coniques. De plus, il nécessite une lubrification et, par suite, se posent des problèmes d'étanchéité, de vérification de niveau, de joints. L'ensemble est donc, en conséquence, lourd, onéreux et difficile à réparer dans le cas de rupture d'une pièce.

Lorsque le véhicule comporte plusieurs essieux moteurs, véhicule 4 x 4.par exemple, la puissance du moteur est transmise à chaque essieu, et plus particulièrement à l'arbre d'entrée des différentiels prévus pour chaque essieu, par l'intermédiaire d'un deuxième dispositif dit "boite transfert" qui permet de répartir la puissance et les couples entre l'essieu avant et l'essieu arrière. Une cascade de telles combinaisons différentiels/ boites transfert peut éventuellement être utilisée lorsque le véhicule comporte n essieux moteur.

A ce jour, les boites transfert utilisées ont une structure différente des différentiels utilisés pour répartir la puissance entre les deux roues motrices d'un même essieu. En général, ces dispositifs transfert font appel à des ensembles de pignons droits qui, comme précédemment, sont lourds, délicats à réaliser et à entretenir.

Or, on a trouvé et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un dispositif de conception simple, économique à fabriquer et à entretenir, qui permet de résoudre le problème de la transmission de puissance du moteur aux roues motrices d'un véhicule, ce dispositif pouvant à la fois être utilisé soit comme différentiel classique entre les deux roues d'un même essieu, soit, par le biais d'une simple adaptation, comme boite de transfert entre deux (ou plus) essieux moteurs, ce dispositif ne nécessitant pas l'emploi de trains de pignons et la lubrification qui en découle comme dans les systèmes connus à ce jour.

D'une manière générale, l'invention concerne donc un dispositif mécanique qui permet de répartir la puissance et les couples d'un arbre moteur (ou arbres d'entrée) entre deux arbres de sortie commandant les roues motrices d'un véhicule, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il est constitué d'un ensemble comportant quatre poulies (ou éléments équivalents tels que pignons de chaîne), reliées entre elles deux à deux par l'intermédiaire d'une transmission à lien flexible (courroie, chaîne..)
- deux de ces poulies, dites planétaires, l'arbre d'entrée et les deux arbres de sortie étant disposés coaxialement à l'intérieur d'une cage fixe
- les deux autres poulies dites "satellites" étant montées sur un support susceptible de tourner autour de l'axe commun aux éléments précités
- la transmission du mouvement aux arbres de sortie étant obtenue soit en rendant solidaires les deux arbres des deux poulies planétaires, soit en associant l'un des arbres de sortie avec l'une des poulies planétaires, l'autre arbre de sortie étant commandé par le support des poulies satellites.

Grâce à un tel dispositif de conception particulièrement simple, il-est possible de répartir la puissance et le couplede l'arbre moteur entre les deux arbres de sortie et ce, simplement en modifiant le rapport des rayons des poulies planétaire et satellite, la puissance pouvant être répartie soit de manière égale entre les deux arbres de sortie soit de manière différente.

Un tel dispositif peut donc être utilisé à la fois comme un différentiel classique lorsque la puissance et les couples sont répartis de manière égale sur chaque arbre de sortie qui sont alors associés aux deux roues d'un même essieu, soit comme boite de transfert entre deux essieux, les arbres de sortie étant alors reliés respectivement aux arbres d'entrée de chaque essieu moteur, la puissance pouvant être réglée de manière différente entre les deux arbres afin, par exemple, d'avoir 30 % de la puissance -sur l'essieu avant et 70 % à l'ar rière.

L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels
- la figure 1 illustre comme dit précédemment, un différentiel conventionnel à pignons coniques
- les figures 2 et 3 sont des vues schématiques, en perspective, représentant deux formes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention ;;
- les figures 4 et 5 sont des vues similaires aux figures 2 et 3 illustrant la manière dont un tel dispositif peut être utilisé pour répartir la puissance et les couples d'un arbre moteur entre les deux roues motrices d'un véhicule à un seul essieu moteur
- la figure 6 illustre, de manière schématique, vu en plan, un véhicule à deux essieux moteurs dans lequel la boîte transfert et les deux différentiels sont réalisés à partir de dispositifs conformes-à l'invention;;
- la figure 7 illustre plus en détail la structure et le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention utilisé comme boite transfert dans l'exemple illustré par la figure 6
- la figure 8 illustre la manière dont peut être réalisée la commande de l'inverseur-de la rotation des roues afin d'effectuer une marche arrière sur un véhicule équipé d'un dispositif selon l'invention.

Les figures 2 et 3 illustrent deux modes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention permettant de répartir la puissance et les couples fournis par un arbre moteur (12), commandés par toute source de puissance appropriée non représentée sur ces figures, entre deux arbres de sortie (2,3) commandant, soit directement soit indirectement les roues motrices d'un véhicule et permet tant à ces roues de tourner à des vitesses différentes comme l'exige le fonctionnement en virages.

Dans ces deux modes de réalisation, le dispositif selon l'invention se caractérise par le fait qu'il est constitué d'un ensemble comportant quatre poulies (18, 19,20,21) (ou éléments équivalents tels que pignons de chaînes) reliées entre elles deux à deux par l'intermédiaire d'une transmission à lien flexible tel que des courroies (22,23).

Ainsi que cela ressort de ces figures, deux de ces poulies (18,21) (qui seront désignées dans la suite de la description par l'expression "planétaires"), l'arbre moteur ou d'entrée (12) ainsi que les deux arbres de sortie (2,3) sont disposés coaxialement à l'intérieur d'une cage fixe (16).

Les deux autres poulies (19,20)(qui seront désignées dans la suite de la description par l'expression "satellites") sont, quant à elles, montées rigidement sur un même arbre (24) lui-même supporté par un ensemble (25) qui peut tourner autour de l'axe commun aux organes précités.

Dans les deux cas, afin d'obtenir un bon équilibrage, un contrepoids (26) est prévu sur le support (25) de telle sorte que le centre de gravité B1 de l'ensemble soit reporté sur l'axe commun des éléments (2,3,1i8,21).

La répartitionde la puissance et des couples entre les deux arbres de sortie (2,3) est réalisée de la manière suivante.

Dans le premier exemple de réalisation illustré par la figure 2, l'arbre d'entrée (12) entraîne la poulie planétaire (21) qui transmet son mouvement à la poulie satellite (20) par l'intermédiaire d'un lien flexible (23). Le mouvement est transmis par l'intermédiaire de l'axe (24) à la seconde poulie satellite (19) qui le transmet, par l'intermédiaire du lien flexible (22) au planétaire (18).

L'arbre de sortie (3) est relié directement au planétaire (18) alors que l'arbre de sortie (2) est, quant à lui, commandé directement par le porte satellites (25). Par suite, l'arbre (12) est creux pour permettre le passage dudit arbre (2).

Un tel dispositif permet de répartir la puissance et les couples de l'arbre moteur (12) entre les deux arbres de sortie (2,3). Cette répartition est obtenue en jouant sur le rapport des rayons des quatre poulies (18,19,20,21). Ainsi, si l'on souhaite obtenir un dispositif fonctionnant à la manière d'un différentiel classique, c'est-à-dire répartissant la puissance de manière égale sur les deux arbres (2,3), la poulie (21) aura un diamètre double de la poulie (20) alors que les poulies (18) et (19) auront des diamètres égaux.

Le second mode de réalisation conforme à l'invention illustré par la figure 3 se différencie du précédent par le fait que l'arbre moteur (12) est relié au porte satellites (25), la poulie planétaire (21) étant alors reliée à l'arbre de sortie (2). Dans ce mode de réalisation, l'un des liens flexibles par exemple lien (23) reliant chaque planétaire à chaque satellite, sera croisé.

Dans les deux cas, la répartition de la puissancevet des couples est obtenue, comme dit précédemment, en jouant sur le rapport des rayons des quatre poulies (18,19, 20,21).

De tels dispositifs peuvent être utilisés pour transmettre la puissance et les couples aux roues motrices d'un véhicule et ce, que ce véhicule comporte un ou plusieurs essieux moteurs.

Ainsi, les figures 4 et 5 illustrent l'application des deux dispositifs décrits précédemment pour la commande des deux roues motrices d'un même essieu.Dans une telle application les diamètres respectifs des poulies (18,19,20 et 21) sont déterminées de manière à avoir la relation 3 3 + 2 Par suite, dans le cas de
3 2 l'exemple illustré par la figure 4, la poulie (21) aura donc un diamètre deux fois plus grand que la poulie (20) alors que dans l'exemple illustré par la figure 5, les quatre poulies auront des diamètres égaux. Dans ces deux modes de réalisation, la commande de l'arbre moteur (12) (ou arbre d'entrée) est réalisée, par exemple, en associant à cet arbre une poulie (13) reliée par l'intermédiaire d'une courroie (14) à la poulie motrice (15) de sortie du moteur.L'ensemble (13,14,15) constitue un variateur de vitesse conventionnel. Bien entendu, la transmission de la puissance du moteur pourrait être obtenue par tout autre moyen par exemple par l'intermédiaire d'une boite à vitesse à pignons.

Par rapport aux différentiels conventionnels à pignons coniques ainsi qu'aux différentiels à pignons droits qui avaient été proposés tout au début de l'industrie automobile, le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages (gain de poids, simplicité de réalisation et d'entretien).

De plus, compte-tenu du fait que la transmission des mouvements entre les poulies est réalisée par l'intermédiaire d'un lien flexible, il est possible d'envisager la suppression d'un des cardans permettant de relier le différentiel de chacune des roues.

Par ailleurs, comme exposé précédemment, un tel dis -positif peut également etre utilisé pour remplacer la boite transfert (ou boite interpont) d'une voiture à quatre roues motrices. Une telle application est illustrée par la figure 6. Ainsi que cela ressort de cette figure, la puissance du moteur M est transmise à l'essieu avant
AV et à l'essieu arrière AR par l'intermédiaire de trois dispositifs conformes à l'invention, l'un Dl jouant le rôle de boite transfert, les deux autres D2,D3 jouant le rôle de différentiels pour chaque essieu moteur.

Les dispositifs D1,D2, D3 ont une structure similaire à l'exemple de réalisation décrit précédemment et qui est illustré par les figures 2 et 4.

Conformément à ce mode de réalisation, la puissance du moteur M est répartie entre le train avant et le train arrière par l'intermédiaire de la boite transfert D1, boite dont la structure est schématisée à la figure 7.

Cette boite peut etre équipée d'un système autobloquant qui sera vu plus en détail dans la suite de la description.

Cette répartition de puissance est réalisée de manière déterminée, par exemple 70 % à l'avant et 30 % à l'arrière. Elle est obtenue en jouant sur le rapport des rayons des quatre poulies (18,19,20,21), rapport R18/R19 et R20/R21, R18, R19, R20, R21 désignant les rayons des poulies correspondantes.

Par exemple, si désigne la puissance transmise par le moteur M à la poulie (2l), #2 la puissance que transmet celle de l'arbre (2) et #3 celle que transmet l'arbre (3), on a
#2 R18 R20
# = 1 - R19 x R21 #3 = R18 x R20
# R19 R21
Par suite, si par exemple on prend R21/R20 = 2 et R18/R19 = 0,8, on aura 60 % de la puissance transmise par l'arbre (2) et 40 % par l'arbre (3).

En revanche, si l'on prend R21/R20 = 2 et R18/Rl9 = 1, on aura une répartition égale de puissance, ce qui est le cas d'un différentiel classique.

En conséquence, la puissance du moteur M est donc tout d'abord transmise à l'ensemble D1 qui la répartit, de manière déterminée, entre l'essieu avant et l'essieu arrière par l'intermédiaire des arbres de sortie (2,3) de cet ensemble D1, arbres sur lesquels sont montées des poulies de renvoi. La transmission est réalisée par l'intermédiaire de courroies Cl, C2 qui sont couplées aux poulies (13) des différentiels avant et arrière D2 et D3.

Les arbres de sortie (2,3) de chaque différentiel sont reliés à chacune des roues du véhicule. Grâce à la structure particulière des différentiels conformes à l'invention, il est possible éventuellement de ne prévoir qu'un seul cardan par essieu.

Par ailleurs, les dispositifs conformes à l'invention D1, D2, D3 peuvent être équipés, ainsi que cela ressort de la figure 7, d'un dispositif autobloquant permettant de transférer l'effort de propulsion lorsque l'une des roues patine. Ainsi que cela ressort de cette figure, un système d'autoblocage est disposé coaxialement aux arbres (2,3) entre la poulie (18) et le support porte satellites (25). Ce système est constitué essentiellement de deux rampes hélicoïdales (40,41) montées en regard l'une de l'autre et de deux surfaces de friction (42,43) en regard respectivement de la poulie (18) et d'une surface de friction portée par le support rotatif (25).

Un tel dispositif fonctionne de la manière suivante.

Lorsque l'une des roues patine, les rampes hélicoldales (40,41) prennent appui l'une contre l'autre et repoussent donc les surfaces de friction, ce qui tend à supprimer l'action du différentiel en modifiant le couple.

Enfin, comme cela ressort clairement des schémas annexés, la puissance du moteur peut être transmise par un système à variateur qui peut, de manière simple, être adapté pour remplir la fonction de marche arrière.

Cette adaptation ressort de la figure 8. Elle consiste à prévoir sur l'axe de la poulie motrice (15) un ensemble lié à l'arbre moteur en rotation (cannelure, clavette..) mais pouvant être translaté sur cet arbre (50). I1 est constitué essentiellement par un système à crabot (51) actionné par une tringlerie (52). Lorsque le crabot (51) est poussé sur la gauche, la poulie (15) est directement accouplée à'arbre moteur (50). Le système fonctionne donc normalement en marche avant. En revanche, lorsque le crabot (51) est repoussé vers la droite par l'intermédiaire de la tringlerie (52), la transmission du mouvement est obtenue au moyen de pignons (53,54,55) qui inversent donc que le sens de rotation de l'arbre. La position intermédiaire du crabot (51) permet d'obtenir le point mort.

Les exemples qui précèdent montrent bien les avantages apportés par le dispositif conforme à l'invention qui permet de réaliser des véhicules à un ou plusieurs essieux moteurs.

Outre le fait qu'un tel dispositif peut être utilisé aussi bien comme différentiel proprement dit que comme boite transfert, il présente par ailleurs de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer notamment :
- une très grande souplesse d'utilisation,
- la possibilité de le faire travailler éventuellement à l'air libre, ce qui facilite l'entretien,
- une diminution des coûts de production,
- un gain de poids,
- une atténuation des à-coups de transmission,
- la suppression des accouplements élastiques dans la transmission.

Bien-entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit.

Ainsi, tout type de lien flexible pourra être utili sé pour la réalisation d'un tel dispositif et ce, en fonction des puissances à transmettre. On pourra par exemple utiliser une courroie plate cannelée ou non, trapézoïdale, crantez, une courroie métallique ou une chaîne ou tout autre moyen équivalent.

De plus, si le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté pour fonctionner à l'air libre, il peut éventuellement être disposé à l'intérieur d'un carter de protection, réalisé par exemple par thermoformage pour le protéger des nuisances extérieures (boue, eau..).

De plus, le diamètre des poulies utilisées dans un tel dispositif sera le plus petit possible afin d'en diminuer l'encombrement, étant bien entendu que ce diamètre est cependant conditionné par le rayon minimum d'enroulement d'une courroie pour une puissance donnée.

Par ailleurs, lorsque la puissance et les couples sont répartis de manière différente entre les deux arbres de sortie, le réglage de la répartition peut être réalisé soit de manière discontinue, par paliers, par changement des poulies, soit éventuellement de manière continue en fonction de la charge sur les essieux

Claims (2)

REVENDICATIONS

1/ Dispositif mécanique permettant de répartir la puissance et les couples à partir d'un arbre moteur (12) (ou arbre d'entrée) entre deux arbres de sortie (2,3) commandant directement ou indirectement les roues motrices d'un véhicule, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'un ensemble comportant quatre poulies (18, 19,20,21) (ou éléments équivalents tels que pignons de chaine...) reliées entre elles deux à deux par l'intermédiaire d'une transmission à lien flexible(22,23) (courroie,chaîne),

- deux de ces poulies (18,21) dites "planétaires" l'arbre d'entrée (12) et les deux arbres de sortie (2,3) étant disposées coaxialement à l'intérieur d'une cage fixe (16),

- les deux autres poulies (19,20) dites "satellites" étant montées sur un support (25) pouvant tourner autour de l'axe commun aux éléments précités,

- la transmission du mouvement aux arbres de sortie (2) et (3) étant obtenue, soit en rendant solidaires les arbres (2,3) des deux poulies planétaires (18,21), soit en rendant-solidaires des des poulies (18) avec l'un des arbres (3), l'autre arbre (2) étant solidaire du support (25) des satellites (19,20).

2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'arbre d'entrée (12) est constitué par l'arbre de sortie d'un moteur et que la puissance et les couples sont répartis de manière égale entre les deux arbres de sortie (2,3), ces derniers étant reliés aux deux roues d'un même-essieu, ledit dispositif permettant à ces roues de tourner à des vitesses différentes comme l'exige le fonctionnement en virages.

3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la puissance et les couples sont répartis de manière différente entre les deux arbres de sortie (2,3), ces derniers étant reliés respectivement aux arbres d'entrée de deux dispositifs permettant de répartir la puissance et les couples à deux essieux moteurs.

4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la répartition de puissances entre les deux arbres de sortie (2,3) est réalisée de manière ré- glable.

5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par- le fait qu'un contrepoids (26) est prévu sur le support(25) de telle sorte que le centre de gravité G1 de l'ensemble soit reporté sur l'axe commun des éléments (2,3,18,21).

6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est associé à un dispositif autobloquant permettant de transférer l'effort de propulsion lorsque l'une des roues patine.

7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le système d'autoblocageest disposé coaxialement aux arbres (2,3) entre la poulie (18) et le support porte-satellites (25), ce système étant constitué essentiellement de deux rampes hélicoïdales (40,41) montées en regard l'une de l'autre et de deux surfaces de friction (42,43) en regard respectivement-de la poulie (18) et des surfaces de friction portées par le support rotatif (25).

8/ Dispositif-selon l'une des revendications' 1 à '7, caractérisé par le fait que la puissance du moteur est transmise par un système à variateur associé à des moyens permettant d'en inverser le sens de rotation pour remplir la fonction de marche arrière.

9/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'un seul des arbres de sortie (2,3) reliés aux roues comporte un cardan.

DEPOSANTS : : 1/ Société dite "CREATIONS DELERY"

2/ Monsieur BROSSARD Jean-Pierre

MANDATAIRE : Cabinet Mizhel LAURENT