FR3103242A1 - Différentiel mécanique perfectionné pour chaine de traction de véhicule - Google Patents

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Abstract

Le différentiel mécanique (6) comprenant une couronne dentée (60), un boîtier de type ouvert (61) et un ensemble de pignons logé à l’intérieur du boîtier. Conformément à l’invention, le différentiel comprend des premier et deuxième flasques de rétention de fluide lubrifiant (66a, 66b), sous la forme de pièces rapportées, qui sont plaqués contre le boîtier de façon à fermer respectivement des première et deuxième ouvertures de celui-ci. Figure.6

Description

DIFFÉRENTIEL MÉCANIQUE PERFECTIONNÉ POUR CHAINE DE TRACTION DE VÉHICULE
L’invention concerne de manière générale le domaine des chaines de traction de véhicules terrestres, tels que les véhicules automobiles. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un différentiel mécanique intégrable dans une chaine de traction de véhicule. L’invention trouve une application privilégiée en tant que système mécanique dit «de sortie» dans les réducteurs de vitesse et les boîtes de vitesse associés aux groupes motopropulseurs dans les véhicules, mais pas exclusivement.
Dans un véhicule automobile, le différentiel mécanique intégré dans la chaine de traction remplit une fonction de couplage mécanique entre un arbre moteur et deux arbres de transmission de roue munis de cardans. L'effort cinétique fourni par l’arbre moteur est réparti par le différentiel mécanique entre les deux arbres de transmission de roue, de façon immédiate et adaptative, afin de correspondre aux besoins de chacune des roues d’un train moteur. Le différentiel mécanique permet ainsi aux roues du train moteur de tourner à des vitesses différentes lors du passage d'une courbe. Ainsi, par exemple dans un réducteur de vitesse d’un groupe motopropulseur, le différentiel mécanique pourra typiquement être logé dans un carter commun avec le réducteur, afin d’assurer une fonction, dite « de sortie », de couplage mécanique avec les arbres de transmission des roues motrices.
Deux types de différentiels mécaniques, dits «à boîtier ouvert» et «à boîtier fermé», sont connus dans l’état de la technique. Des exemples de différentiels mécaniques de l’état de la technique de type à boîtier ouvert et de type à boîtier fermé, repérés respectivement DFa et DFb, sont représentés aux Figs.1 et 2.
Des organes mécaniques des différentiels DFa et DFb sont visibles aux Figs.1 et 2, à savoir, une couronne dentée 1a, 1b, des éléments de fixation mécanique 2a, 2b, un boîtier 3a, 3b, et un roulement 4a, 4b. Dans le différentiel DFa, le boîtier 3a, comporte des ouvertures 5A et 5B, contrairement au boîtier 3b du différentiel mécanique DFb qui est fermé. La pignonnerie du différentiel DFa, DFb, comprenant des planétaires et des satellites (non visibles dans ces figures) est agencée à l’intérieur du boîtier 3a, 3b.
Dans un réducteur de vitesse intégrant un différentiel de type à boîtier ouvert, comme le différentiel DFa de la Fig.1, des essais sur banc réalisés par l’entité inventive ont mis en évidence la possible survenue d’un grippage mécanique du différentiel dans certaines conditions particulières. Ce grippage apparaît lorsque le différentiel est en rotation à une vitesse inférieure à environ 1200 tours/minute et est dû à un défaut zonal de lubrification lié à la centrifugation de l’huile dans le différentiel.
Le défaut de lubrification susmentionné n’apparaît pas avec un différentiel de type à boîtier fermé, cependant l’intégration d’un tel différentiel dans le réducteur de vitesse représenterait un surcoût économique significatif.
Le grippage dans le différentiel de type à boîtier ouvert peut être évité en augmentant le niveau du bain d’huile de lubrification dans le réducteur de vitesse, de façon à obtenir une sur-quantité d’huile lubrifiant abondement la zone exposée au grippage. Une telle solution n’est pas satisfaisante, d’une part, à cause du coût additionnel introduit par la sur-quantité d’huile et, d’autre part, à cause d’une diminution de rendement dans le réducteur de vitesse produite par des pertes par frottement accrues du fait d’un barbotage des pièces tournantes dans une plus grande quantité d’huile.
D’autres solutions ont été proposées dans l’état de la technique pour améliorer la lubrification des différentiels mécaniques. Ainsi, le document WO200965991A1 propose l’ajout d’une chambre étanche contenant un liquide lubrifiant sous pression dans lequel sont immergés les planétaires et satellites du différentiel. Le document US6488606B1 propose l’aménagement d’une chambre séparée avec des joints d'étanchéité pour des composants du différentiel nécessitant une lubrification particulière. Le document EP1093553A2 décrit un différentiel comprenant un dispositif de guidage de l’huile de lubrification et des joints d’étanchéité.
Il est souhaitable de proposer un différentiel mécanique perfectionné de type à boîtier ouvert ne présentant pas les inconvénients susmentionnés, autorisant une conservation du rendement mécanique et une réalisation économique.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un différentiel mécanique comprenant une couronne dentée, un boîtier de type ouvert et un ensemble de pignons logé à l’intérieur du boîtier. Conformément à l’invention, le différentiel mécanique comprend des premier et deuxième flasques de rétention de fluide lubrifiant, sous la forme de pièces rapportées, qui sont plaqués contre le boîtier de façon à fermer respectivement des première et deuxième ouvertures de celui-ci.
Selon une caractéristique particulière, les flasques de rétention de fluide lubrifiant comprennent des orifices, formant des évents de remplissage de fluide lubrifiant, agencés de façon à autoriser un passage du fluide lubrifiant vers l’intérieur du boîtier lorsque le différentiel mécanique n’est pas en rotation.
Selon une autre caractéristique particulière, les flasques de rétention de fluide lubrifiant comprennent une portion formant base et une portion de fermeture d’ouverture, la portion de fermeture d’ouverture formant une équerre avec la portion formant base et comportant les orifices.
Selon encore une autre caractéristique particulière, les flasques de rétention de fluide lubrifiant comprennent au moins une nervure de renfort entre la portion formant base et la portion de fermeture d’ouverture.
Selon encore une autre caractéristique particulière, la portion formant base comprend au moins une échancrure dégageant un espace pour une tête d’une vis d’assemblage.
Selon encore une autre caractéristique particulière, les flasques de rétention de fluide lubrifiant sont des pièces monoblocs réalisées en matériau plastique.
Selon encore une autre caractéristique particulière, les flasques de rétention de fluide lubrifiant sont fixés par un emmanchement serré entre la couronne dentée et le boîtier.
L’invention concerne aussi un réducteur de vitesse de train de traction de véhicule comprenant un différentiel mécanique tel que décrit brièvement ci-dessus, et un véhicule ayant un tel réducteur de vitesse intégré dans son train de traction.
D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
La Fig.1 est une vue en perspective d’un différentiel mécanique de type à boîtier ouvert.
La Fig.2 est une vue en perspective d’un différentiel mécanique de type à boîtier fermé.
La Fig.3 est une vue en coupe d’un différentiel mécanique selon l’invention intégré dans un réducteur de vitesse de véhicule automobile.
La Fig.4 est une vue en perspective et en coupe montrant l’intégration d’un différentiel mécanique selon l’invention dans un carter d’un réducteur de vitesse de véhicule automobile.
La Fig.5 est une vue en perspective d’une forme de réalisation particulière des flasques de rétention de fluide lubrifiant compris dans le différentiel mécanique selon l’invention.
La Fig.6 est une vue en perspective d’un différentiel mécanique selon l’invention muni de ses flasques de rétention de fluide lubrifiant.
En référence aux Figs.3 à 6, il est maintenant décrit une forme de réalisation particulière 6 d’un différentiel mécanique selon l’invention. Le différentiel mécanique 6 est ici décrit dans le cadre d’une intégration dans un réducteur de vitesse 7 d’un groupe motopropulseur de véhicule automobile.
En référence plus particulièrement aux Figs.3 et 4, le différentiel 6 est de type à boîtier ouvert est intégré dans un carter 70 du réducteur de vitesse 7. Le différentiel 6 et est intégré dans une partie du carter 70 dédiée à la ligne de sortie différentielle du réducteur 7.
Comme mieux visible à la Fig.3, le différentiel 6 comprend notamment une couronne dentée 60 et un boîtier de différentiel 61 montés sur un porte-couronne 62. Des vis d’assemblage 65 assurent une fixation solidaire des organes mécaniques 60, 61 et 62. Une pignonnerie est logée à l’intérieur du boîtier de différentiel 61. La pignonnerie comporte de manière classique des pignons planétaires 63a, 63b, et des pignons satellites (non représentés) montés sur un axe porte-satellites 63c. Des roulements 64b, 64b, sont prévus pour le montage du différentiel 6 sur des paliers du carter 70.
Conformément à l’invention, le différentiel 6 comprend également deux flasques de rétention de fluide lubrifiant 66a et 66b, sous la forme de pièces rapportées. Les flasques 66a, 66b, sont réalisés typiquement sous la forme de pièces monoblocs en matériau plastique, par moulage par injection, mais pas exclusivement, et ont un faible coût.
En référence aussi aux Figs.5 et 6, les deux flasques 66a, 66b, sont agencés de façon à fermer le boîtier 61. Le boîtier 61 est de type ouvert et comprend deux ouvertures comme celles 5A, 5B, du boîtier 3A bien visibles à la Fig.1. Les deux flasques 66a, 66b, ferment les deux ouvertures du boîtier 61, respectivement. En fermant les ouvertures du boîtier 61, les flasques 66a, 66b, assurent une fonction de la rétention du fluide lubrifiant à l’intérieur du boîtier 61, améliorant ainsi la lubrification du différentiel 6 afin d’éviter l’apparition du grippage susmentionné.
Dans cette forme de réalisation, les flasques 66a, 66b, sont emmanchés serrés entre la couronne 60 et le boitier 61 pour un montage fixe de ceux-ci. En variante, pour améliorer leur tenue en position dans certaines applications, les flasques 66a, 66b, pourront être vissés avec la couronne 60.
Le flasque de rétention de fluide lubrifiant 66a, 66b, a ici une forme générale en équerre, avec des contours et un agencement qui épousent des formes de la couronne 60, du boitier 61 et de ses ouvertures. Le flasque de rétention de fluide lubrifiant 66a, 66b, comprend une portion formant base 660 et une portion de fermeture d’ouverture 661 en continuité de matière.
La portion formant base 660 comporte un bord extérieur semi-circulaire 662 qui est destiné à venir en contact serré avec un rebord circulaire 600 de la couronne 60. Deux échancrures 663a et 663b sont aménagées dans la portion formant base 660. Les échancrures 663a, 663b, dégagent des espaces pour les têtes de deux vis d’assemblage 65. Deux nervures de renfort 664a et 664b, disposées dans des plans parallèles, sont prévues ici en continuité de matière entre la portion formant base 660 et la portion de fermeture d’ouverture 661 et renforcent la robustesse mécanique du flasque 66a, 66b.
La portion de fermeture d’ouverture 661 est agencée de façon à venir contre un bord circonférentiel 610 de l’ouverture du boîtier 61 et de fermer l’ouverture. Lorsque le flasque de rétention de fluide lubrifiant 66a, 66b, est emmanché serré dans son emplacement, entre la couronne 60 et le boîtier 61, la portion de fermeture d’ouverture 661 est plaquée avec pression contre le bord circonférentiel 610 et ferme efficacement l’ouverture du boîtier 61.
Comme bien visibles aux Figs.5 et 6, le flasque de rétention de fluide lubrifiant 66a, 66b, comporte une pluralité d’évents de remplissage de fluide lubrifiant 665 aménagés dans la portion de fermeture d’ouverture 661. Les évents 665 autorisent un remplissage par le fluide lubrifiant d’une zone formant cavité ZO, montrée à la Fig.3, à l’intérieur du boîtier 61. Le remplissage par le fluide lubrifiant de la zone ZO doit intervenir lorsque le différentiel 6 n’est pas en rotation, c’est-à-dire, lorsque le véhicule est à l’arrêt, et est nécessaire pour éviter un risque de grippage sur un arbre de transmission.
Dans un différentiel de type à boîtier ouvert de la technique antérieure, comme le différentiel DFa de la Fig.1, le fluide lubrifiant coule à travers les ouvertures du boîtier lorsque le différentiel n’est pas en rotation et remplit cette zone ZO, évitant ainsi le risque de grippage susmentionné sur un arbre de transmission. Par contre, dans la présente invention, les ouvertures du boîtier 61 sont fermées par les flasques 66a, 66b, et la présence des évents 665 est nécessaire pour autoriser à l’arrêt un écoulement du fluide lubrifiant vers la zone ZO.
Dans la présente invention, l’agencement des évents 665 dans les flasques 66a, 66b, sera optimisé en fonction des applications par des essais et/ou des simulations. En effet, un compromis optimal doit être trouvé entre la nécessité, à l’arrêt, d’un passage suffisant du fluide lubrifiant à travers les évents 665 pour assurer le remplissage de la zone ZO et y avoir du fluide lubrifiant disponible dès les premiers tours du différentiel 6, et la nécessité, lorsque le différentiel 6 est en rotation, de retenir un maximum de fluide lubrifiant à l’intérieur du boîtier 61 afin d’obtenir une lubrification satisfaisante du différentiel 6. L’optimisation susmentionnée pourra porter sur la dimension des évents 665 et/ou leur nombre, ainsi que sur leur répartition dans les flasques 66a, 66b.
L’invention permet de bénéficier d’une rétention du fluide lubrifiant de lubrification à l’intérieur du boîtier 61, au plus près de la pignonnerie, comme dans un différentiel de type à boîtier fermé.
Grâce aux flasques 66a, 66b, prévus par l’invention, qui sont des pièces peu onéreuses, cette fonction de rétention du fluide lubrifiant de lubrification à l’intérieur du boîtier 61 est obtenue à un coût sensiblement inférieur comparativement à un différentiel de type à boîtier fermé.
La fonction de rétention de fluide lubrifiant qui est remplie par les flasques 66a, 66b, évite d’avoir à augmenter le niveau du bain de fluide lubrifiant dans le réducteur de vitesse 7 pour éviter un grippage du différentiel 6, ce qui permet d’atteindre un rendement mécanique du réducteur de vitesse 7 comparable à celui qui aurait été obtenu avec un différentiel de type à boîtier fermé. Le gain de rendement mécanique du réducteur de vitesse 7 apporté par l’invention, par rapport au rendement mécanique qui aurait été obtenu sans les flasques 66a, 66b, permet d’accroître l’autonomie de roulage du véhicule d’un à deux kilomètres environ selon des estimations faites par l’entité inventive.
L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.

Claims (9)

  1. Différentiel mécanique (6) comprenant une couronne dentée (60), un boîtier de type ouvert (61) et un ensemble de pignons logé à l’intérieur dudit boîtier (61), caractérisé en ce qu’il comprend des premier et deuxième flasques de rétention de fluide lubrifiant (66a, 66b), sous la forme de pièces rapportées, qui sont plaqués contre ledit boîtier (61) de façon à fermer respectivement des première et deuxième ouvertures de celui-ci.
  2. Différentiel mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits flasques de rétention de fluide lubrifiant (66a, 66b) comprennent des orifices (665), formant des évents de remplissage de fluide lubrifiant, agencés de façon à autoriser un passage dudit fluide lubrifiant vers l’intérieur dudit boîtier (61) lorsque ledit différentiel mécanique (6) n’est pas en rotation.
  3. Différentiel mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits flasques de rétention de fluide lubrifiant (66a, 66b) comprennent une portion formant base (660) et une portion de fermeture d’ouverture (661), ladite portion de fermeture d’ouverture (661) formant une équerre avec ladite portion formant base (660) et comportant lesdits orifices (665).
  4. Différentiel mécanique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits flasques de rétention de fluide lubrifiant (66a, 66b) comprennent au moins une nervure de renfort (664a, 664b) entre ladite portion formant base (660) et ladite portion de fermeture d’ouverture (661).
  5. Différentiel mécanique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite portion formant base (660) comprend au moins une échancrure (663a, 663b) dégageant un espace pour une tête d’une vis d’assemblage (65).
  6. Différentiel mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits flasques de rétention de fluide lubrifiant (66a, 66b) sont des pièces monoblocs réalisées en matériau plastique.
  7. Différentiel mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits flasques de rétention de fluide lubrifiant (66a, 66b) sont fixés par un emmanchement serré entre ladite couronne dentée (60) et ledit boîtier (61).
  8. Réducteur de vitesse (7) de train de traction de véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un différentiel mécanique (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
  9. Véhicule comprenant un réducteur de vitesse (7) selon la revendication 8 intégré dans un train de traction.
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