FR2797671A1 - BLOCKING DIFFERENTIAL GEAR - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un engrenage différentiel bloquant pour automobiles dans lequel le rendement global est amélioré. L'engrenage comporte deux roues d'arbres (6, 7) et au moins deux pignons coniques de différentiel (8) disposés dans un carter d'engrenage (1), à l'intérieur d'un boîtier de différentiel (3). L'une des roues d'arbres (6, 7) peut être bloquée par rapport au boîtier de différentiel (3) par un jeu de disques (10). Une force de blocage est transmise d'un moteur électrique (13) au jeu de disques (10) par l'intermédiaire d'un engrenage de transmission à un seul étage constitué par un engrenage à vis sans fin (16) comprenant une vis sans fin (15) et une roue à vis sans fin (17) à denture extérieure cylindrique (21). Pour la transmission de la force de blocage, un mouvement de rotation transmis par l'engrenage de transmission est transformé par un filetage (18) en un mouvement axial agissant sur le jeu de disques (10). Ce jeu de disques (10) se trouve sur le côté de la roue d'arbre (6) voisine du filetage (18) qui constitue ainsi la roue d'arbre bloquante. La force de blocage transmise du filetage (18) au jeu de disques (10) prend appui sur le côté de la roue d'arbre bloquante (6) dirigé vers le carter (1) de l'engrenage différentiel.The present invention relates to a locking differential gear for automobiles in which the overall efficiency is improved. The gear has two shaft wheels (6, 7) and at least two differential bevel gears (8) arranged in a gear case (1), inside a differential case (3). One of the shaft wheels (6, 7) can be locked relative to the differential housing (3) by a set of discs (10). Locking force is transmitted from an electric motor (13) to the set of discs (10) via a single stage transmission gear consisting of a worm gear (16) comprising a worm. end (15) and a worm wheel (17) with cylindrical external toothing (21). For the transmission of the locking force, a rotational movement transmitted by the transmission gear is transformed by a thread (18) into an axial movement acting on the set of discs (10). This set of discs (10) is located on the side of the shaft wheel (6) adjacent to the thread (18) which thus constitutes the locking shaft wheel. The locking force transmitted from the thread (18) to the set of discs (10) rests on the side of the locking shaft wheel (6) directed towards the housing (1) of the differential gear.
Description
ENGRENAGE DIFFERENTIEL BLOQUANTBLOCKING DIFFERENTIAL GEAR
L'invention concerne un engrenage différentiel bloquant pour véhicules automobiles, dans lequel: s - à l'intérieur d'un carter d'engrenage, sont ménagés, dans un boîtier de différentiel, deux roues d'arbres solidaires chacune d'un arbre de sortie et au moins deux pignons coniques de différentiel, - dans le boîtier de différentiel, est disposé un jeu de disques par lequel une des roues d'arbres peut être bloquée par rapport au boîtier de différentiel, - le jeu de disques peut être sollicité de l'extérieur avec une force de blocage, - la force de blocage est produite par un moteur électrique, - la force de blocage est transmise du moteur électrique au jeu de disques par l'intermédiaire d'un engrenage de transmission, - pour la transmission de la force de blocage, un mouvement de rotation pris sur l'engrenage de transmission est transformé par un filetage en The invention relates to a locking differential gear for motor vehicles, in which: s - inside a gear housing, are provided, in a differential housing, two wheels of shafts each secured to a shaft output and at least two differential bevel gears, - in the differential housing, a set of discs is arranged by which one of the shafts can be locked relative to the differential case, - the set of discs can be stressed by the outside with a blocking force, - the blocking force is produced by an electric motor, - the blocking force is transmitted from the electric motor to the set of discs via a transmission gear, - for the transmission of the locking force, a rotational movement taken on the transmission gear is transformed by a thread into
un mouvement axial agissant sur le jeu de disques. an axial movement acting on the set of discs.
Un engrenage différentiel, fréquemment appelé aussi différentiel, permet aux roues de prendre des vitesses angulaires différentes et répartit le couple d'entraînement entre les roues. Ceci est particulièrement nécessaire dans les trajets en courbe dans lesquels les roues tournent à des vitesses différentes qui correspondent aux différentes longueurs des trajets de roulement. Il existe deux types de base d'engrenages différentiels: les différentiels épicycloidaux et les différentiels à pignons coniques. Dans un engrenage différentiel à pignons coniques, deux arbres de sortie sont reliés solidairement à des roues d'arbres coniques mutuellement opposées, tandis qu'un ou plusieurs pignons coniques de différentiel, dont les axes s'étendent perpendiculairement aux A differential gear, often also called differential, allows the wheels to take different angular speeds and distributes the drive torque between the wheels. This is particularly necessary in curved paths in which the wheels rotate at different speeds which correspond to the different lengths of the rolling paths. There are two basic types of differential gears: planetary differentials and bevel gear differentials. In a bevel gear differential gear, two output shafts are integrally connected to mutually opposite bevel gear wheels, while one or more differential bevel gears, whose axes extend perpendicular to the
axes des arbres, sont simultanément en prise avec les deux roues d'arbres. axes of the shafts, are simultaneously engaged with the two shafts of shafts.
Les pignons coniques de différentiel, les roues d'arbres ainsi que les arbres de l'essieu sont habituellement tourillonnés dans une cage de différentiel ou dans un boîtier de différentiel. Si un arbre de sortie tourne dans un certain sens par rapport aux cages de différentiel, la liaison entre les arbres de sortie assurée par les pignons coniques de différentiel impose une rotation de l'autre arbre de sortie en sens inverse par rapport aux cages de différentiel, avec la même vitesse angulaire. Si les deux arbres de sortie tournent à la même vitesse, ils sont au repos par rapport au boîtier de différentiel. Le boîtier de différentiel est en général solidaire d'une roue d'entrée, par exemple d'une roue d'angle ou d'une roue droite. Un engrenage différentiel peut servir à répartir le couple entre deux roues d'un essieu ou à répartir le couple entre 0o plusieurs essieux. Dans le premier cas il est aussi appelé différentiel transversal, et dans le second cas il est aussi appelé différentiel longitudinal Differential bevel gears, shaft wheels and axle shafts are usually journaled in a differential cage or in a differential housing. If an output shaft rotates in a certain direction relative to the differential cages, the connection between the output shafts ensured by the differential bevel gears imposes a rotation of the other output shaft in the opposite direction relative to the differential cages , with the same angular speed. If the two output shafts rotate at the same speed, they are at rest relative to the differential housing. The differential housing is generally secured to an input wheel, for example a corner wheel or a straight wheel. A differential gear can be used to distribute the torque between two wheels of an axle or to distribute the torque between 0o several axles. In the first case it is also called transverse differential, and in the second case it is also called longitudinal differential
ou central.or central.
Un engrenage différentiel est connu par le document US 4 805 486. Dans cet engrenage différentiel, la force de blocage est produite par un moteur électrique et transmise du moteur électrique au jeu de disques par A differential gear is known from document US 4 805 486. In this differential gear, the locking force is produced by an electric motor and transmitted from the electric motor to the set of discs by
l'intermédiaire d'un engrenage de transmission à roues droites à deux étages. via a two-stage spur gear transmission gear.
La force de blocage est appliquée de l'extérieur du boîtier de différentiel, du côté d'une des roues d'arbres, et elle est transmise, par l'intermédiaire de plaques de pression et de pistons annulaires, au jeu de disques adjacent à l'autre roue d'arbre. Du fait de l'engrenage de transmission à roues droites à deux étages et du fait que la force de blocage est transmise dans la direction transversale à travers l'ensemble de l'engrenage différentiel, on observe des bruits intempestifs et une forte usure à de nombreux endroits. Le frottement est aggravé par une forte charge des paliers, puisque ces paliers doivent en outre absorber la force de blocage. L'engrenage de transmission à roues droites à deux étages présente un jeu indésirable. Au total, on constate un The blocking force is applied from the outside of the differential housing, on the side of one of the shaft wheels, and it is transmitted, via pressure plates and annular pistons, to the set of discs adjacent to the other shaft wheel. Due to the two-stage spur gear transmission gear and the fact that the locking force is transmitted in the transverse direction through the differential gear assembly, unwanted noise and high wear are observed at many places. Friction is aggravated by a high load on the bearings, since these bearings must also absorb the blocking force. The two-stage spur gear transmission gear has unwanted play. In total, there is a
mauvais rendement et une grande hystérésis. poor yield and great hysteresis.
L'invention a pour but de d'offrir un engrenage différentiel bloquant dans The object of the invention is to offer a differential gear blocking in
lequel le rendement global est amélioré. which the overall yield is improved.
Ce but est atteint par l'engrenage différentiel tel que défini en préambule et caractérisé en ce que - I'engrenage de transmission est composé d'un seul étage de transmission formé d'un engrenage à vis sans fin qui comprend une vis sans fin et une roue à vis sans fin, - la roue à vis sans fin de l'engrenage à vis sans fin comporte une denture extérieure cylindrique et peut être déplacée dans sa direction axiale par la rotation de la vis sans fin au moyen du filetage, - le jeu de disques se trouve sur la roue d'arbre proche du filetage, laquelle devient de ce fait la roue d'arbre bloquante, et - la force de blocage transmise par le filetage au jeu de disques prend appui sur le carter d'engrenage, sur le côté de l'engrenage différentiel This object is achieved by the differential gear as defined in the preamble and characterized in that - the transmission gear is composed of a single transmission stage formed by a worm gear which comprises a worm and a worm wheel, - the worm wheel of the worm gear has a cylindrical outer toothing and can be moved in its axial direction by the rotation of the worm by means of the thread, - the disc set is located on the shaft wheel close to the thread, which therefore becomes the locking shaft wheel, and - the blocking force transmitted by the thread to the disc set is supported on the gear case, on the side of the differential gear
o se trouve la roue d'arbre bloquante. o is the locking shaft wheel.
La solution est apportée en particulier par le fait que, avec cette configuration, The solution is provided in particular by the fact that, with this configuration,
on obtient un circuit de force fermé. a closed force circuit is obtained.
La présence de l'engrenage à vis sans fin à un seul étage réduit les bruits, le frottement et le jeu de l'engrenage de transmission. La denture droite cylindrique de la roue à vis sans fin de l'engrenage à vis sans fin permet une petite liberté de translation axiale de la roue à vis sans fin. Grâce à la disposition du filetage et de la roue d'arbre bloquante, avec le jeu de disques, sur un même côté de l'engrenage différentiel, on obtient un circuit de force plus court pour la force de blocage dans l'engrenage différentiel et le frottement est aussi réduit. Toutes ces caractéristiques contribuent dans une The presence of the single-stage worm gear reduces noise, friction and backlash of the transmission gear. The cylindrical straight toothing of the worm wheel of the worm gear allows a small freedom of axial translation of the worm wheel. Thanks to the arrangement of the thread and the locking shaft wheel, with the set of discs, on the same side of the differential gear, a shorter force circuit is obtained for the locking force in the differential gear and friction is also reduced. All these characteristics contribute in a
mesure décisive à améliorer le rendement global de l'engrenage différentiel. decisive measure to improve the overall efficiency of the differential gear.
Il est vrai qu'on connaît par le document DE-C2-39 20 861 un engrenage différentiel dans lequel une force de blocage est transmise d'un moteur It is true that document DE-C2-39 20 861 discloses a differential gear in which a blocking force is transmitted from a motor.
électrique au jeu de disques par l'intermédiaire d'un engrenage à vis sans fin. electric to the disc set via a worm gear.
Toutefois, dans cet engrenage différentiel, il faut aussi prévoir deux étages de transmission. Par ailleurs, ici aussi, le circuit de la force de blocage traverse tout l'engrenage différentiel. De là, la force de blocage prend de nouveau appui sur le carter d'engrenage, en dehors du boîtier de différentiel, sur le However, in this differential gear, two transmission stages must also be provided. Furthermore, here too, the circuit of the blocking force crosses the entire differential gear. From there, the locking force is again supported on the gear housing, outside the differential housing, on the
côté de l'autre roue d'arbre.side of the other shaft wheel.
Dans l'engrenage différentiel selon l'invention, on obtient, d'une façon particulièrement simple, un circuit de force court pour la force de blocage étant donné que la force de blocage prend appui sur le carter d'engrenage par l'intermédiaire de la roue d'arbre bloquante, de l'arbre de sortie sur lequel la In the differential gear according to the invention, there is obtained, in a particularly simple manner, a short force circuit for the blocking force since the blocking force is supported on the gear housing by means of the locking shaft wheel, the output shaft on which the
roue d'arbre est montée, et d'un palier axial. shaft wheel is mounted, and an axial bearing.
Lorsque la force de blocage est réglée par le moteur électrique,. elle peut être maintenue par le moteur électrique. Si la force de blocage doit être maintenue pendant longtemps, ceci peut être obtenu, par exemple au moyen d'un engrenage à vis sans fin autobloquant ou par l'intermédiaire d'un frein When the blocking force is regulated by the electric motor ,. it can be maintained by the electric motor. If the blocking force is to be maintained for a long time, this can be achieved, for example by means of a self-locking worm gear or by means of a brake
électromagnétique.electromagnetic.
Lorsqu'un véhicule doit être utilisé en particulier pour des trajets sur terrain difficile, il est avantageux de prévoir, en supplément de la plage de blocage réglée, une plage dans laquelle l'engrenage différentiel est bloqué. Ceci est rendu possible par une vis sans fin autobloquante ou par un frein d'arrêt. La force de blocage et le couple de blocage sont réglés sur une valeur suffisamment élevée pour que le couple de blocage soit nettement supérieur au couple d'entraînement. De cette façon, les disques peuvent être sollicités avec une force de précontrainte qui est sensiblement supérieure à la force de When a vehicle is to be used in particular for journeys on difficult terrain, it is advantageous to provide, in addition to the set locking range, a range in which the differential gear is locked. This is made possible by a self-locking worm or by a stop brake. The blocking force and the blocking torque are set high enough for the blocking torque to be significantly greater than the drive torque. In this way, the discs can be stressed with a prestressing force which is significantly greater than the force of
précontrainte admissible pour la plage de glissement. admissible prestress for the sliding range.
L'invention sera mieux comprise en référence à la description d'une forme de The invention will be better understood with reference to the description of a form of
réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif et aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale de l'engrenage différentiel selon l'invention, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne 1-11 de l'engrenage différentiel de la figure 1, En référence aux figures, un boîtier de différentiel 3 est monté rotatif dans un s carter d'engrenage 1, qui comporte un couvercle de carter 2. Le boîtier de différentiel 3 porte une couronne 4 qui peut être entraînée par un arbre embodiment given by way of nonlimiting example and in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a cross-sectional view of the differential gear according to the invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view along line 1 -11 of the differential gear of FIG. 1, With reference to the figures, a differential case 3 is rotatably mounted in a gear case 1, which includes a case cover 2. The differential case 3 carries a crown 4 which can be driven by a shaft
d'entrée non représenté.not shown.
Deux roues d'arbres 6 et 7, solidaires chacune d'un arbre de sortie 5, sont disposées dans le boîtier de différentiel 3, ainsi qu'au moins deux pignons Two shaft wheels 6 and 7, each secured to an output shaft 5, are arranged in the differential housing 3, as well as at least two pinions
1o coniques de l'engrenage différentiel, qui coopèrent avec ces roues. 1o bevel gears of the differential gear, which cooperate with these wheels.
En outre, un jeu de disques 10, au moyen duquel la roue d'arbre 6 peut être bloquée par rapport au boîtier de différentiel 3, est également disposé dans ledit boîtier de différentiel 3. Ce jeu de disques 10 comporte des disques intérieurs 11 et des disques extérieurs 12 qui sont reliés cinématiquement, les uns à la roue d'arbre 6 et les autres au boîtier de différentiel 3. Le jeu de In addition, a set of discs 10, by means of which the shaft wheel 6 can be locked relative to the differential housing 3, is also disposed in said differential housing 3. This set of discs 10 comprises interior discs 11 and external discs 12 which are kinematically connected, one to the shaft wheel 6 and the other to the differential housing 3. The play of
disques 10 peut être attaqué de l'extérieur par une force de blocage. 10 discs can be attacked from the outside by a locking force.
A cet effet, un moteur électrique 13, dont l'arbre moteur 14 est engagé dans le carter d'engrenage 1, est fixé sur ledit carter d'engrenage 1. L'arbre moteur 14 porte une vis sans fin 15 d'un engrenage à vis sans fin 16. Cet engrenage à vis sans fin forme un engrenage de transmission à un seul étage. Une roue à vis sans fin 17, qui prend appui sur le couvercle de carter 2 par l'intermédiaire d'un filetage 18, coopère avec la vis sans fin 15. Le filetage 18 peut être réalisé sous la forme de filets de vis ou, comme représenté dans la moitié To this end, an electric motor 13, the motor shaft 14 of which is engaged in the gear housing 1, is fixed to said gear housing 1. The motor shaft 14 carries a worm 15 of a gear worm gear 16. This worm gear forms a single-stage transmission gear. A worm wheel 17, which bears on the casing cover 2 via a thread 18, cooperates with the worm 15. The thread 18 can be produced in the form of screw threads or, as shown in half
inférieure de la figure 2, d'un filetage à billes 20. lower of FIG. 2, of a ball thread 20.
La roue à vis sans fin 17 comporte une denture extérieure cylindrique 21 qui, selon l'angle d'intersection entre les axes de la vis sans fin 15 et de la roue à vis sans fin 17, peut être réalisée sous la forme d'une denture droite ou d'une denture oblique. L'essentiel est que la roue à vis sans fin 17 puisse être déplacée dans sa direction axiale par la rotation de la vis sans fin 15 sous l'effet de sa denture extérieure cylindrique 21. Pour retenir la force de blocage développée par le moteur électrique 13, I'engrenage à vis sans fin 16 peut être réalisé autobloquant. Pour cela, I'angle de pas de la denture de la roue à vis sans fin est choisi inférieur à environ 5 . Sur la roue à vis sans fin 17, est monté, en direction de la roue d'arbre 6, un roulement à aiguilles 22 qui, sur son côté dirigé à son tour vers la roue d'arbre 6, prend appui sur un cône de serrage 23. Entre le cône de serrage 23 et le jeu de disques 10 sont disposés au moins un boulon 24 et au moins un The worm wheel 17 has a cylindrical outer toothing 21 which, depending on the angle of intersection between the axes of the worm 15 and the worm wheel 17, can be produced in the form of a straight teeth or oblique teeth. The main thing is that the worm wheel 17 can be moved in its axial direction by the rotation of the worm 15 under the effect of its cylindrical external toothing 21. To retain the locking force developed by the electric motor 13, the worm gear 16 can be made self-locking. For this, the pitch angle of the toothing of the worm wheel is chosen to be less than approximately 5. On the worm wheel 17, is mounted, in the direction of the shaft wheel 6, a needle bearing 22 which, on its side directed in turn towards the shaft wheel 6, is supported on a cone of clamping 23. Between the clamping cone 23 and the set of discs 10 are arranged at least one bolt 24 and at least one
ressort de pression 25.pressure spring 25.
Le fonctionnement de l'engrenage différentiel bloquant selon l'invention est décrit ci-après. Lorsque le moteur électrique 13 est alimenté, en fonction d'au moins un paramètre du véhicule, par exemple d'une différence de vitesse de rotation entre les roues, d'un angle de braquage, d'une vitesse de marche, d'une vitesse de rotation du moteur, d'une accélération transversale ou autre, l'arbre moteur 14 et, avec lui, la vis sans fin 15, sont mis en rotation. Cette rotation est transmise à la roue à vis sans fin 17 par l'intermédiaire de l'engrenage à vis sans fin 16. Le mouvement de rotation est transformé en un mouvement axial de la roue à vis sans fin 17 par le filetage 18 ou par le filetage à billes 20. Ce mouvement axial est transmis au jeu de disques 10 par l'intermédiaire du roulement à aiguilles 22, du cône de serrage 23 et du boulon 24. Sous cet effet, une force de blocage agit sur le jeu de disques 10 The operation of the locking differential gear according to the invention is described below. When the electric motor 13 is powered, as a function of at least one parameter of the vehicle, for example a difference in rotational speed between the wheels, a steering angle, a walking speed, a motor rotation speed, transverse or other acceleration, the motor shaft 14 and, with it, the worm 15, are rotated. This rotation is transmitted to the worm wheel 17 via the worm gear 16. The rotational movement is transformed into an axial movement of the worm wheel 17 by the thread 18 or by the ball thread 20. This axial movement is transmitted to the disc set 10 by means of the needle bearing 22, the clamping cone 23 and the bolt 24. Under this effect, a locking force acts on the disc set 10
et freine la liberté de rotation de la roue d'arbre 6. and slows down the freedom of rotation of the shaft wheel 6.
Grâce à la disposition selon l'invention, en obtient le circuit de force très court suivant. La force de blocage produite par le moteur électrique 13 se transmet, à partir de la roue à vis sans fin 17, par l'intermédiaire du roulement à aiguilles 22, du cône de serrage 23, du boulon 24, à travers le jeu de disques 10, à la roue d'arbre bloquante 6 et, de là, par l'intermédiaire d'une vis 26 au moyen de laquelle la roue d'arbre 6 est verrouillée sur l'arbre de sortie 5 dans la direction axiale, ainsi que par l'intermédiaire d'un palier axial 27 disposé entre un épaulement de l'arbre de sortie 5 et le couvercle 2 du carter, au couvercle Thanks to the arrangement according to the invention, the following very short force circuit is obtained. The locking force produced by the electric motor 13 is transmitted, from the worm wheel 17, via the needle bearing 22, the cone 23, the bolt 24, through the set of discs. 10, to the locking shaft wheel 6 and, from there, by means of a screw 26 by means of which the shaft wheel 6 is locked on the output shaft 5 in the axial direction, as well as via an axial bearing 27 arranged between a shoulder of the output shaft 5 and the cover 2 of the casing, to the cover
2 du carter et donc en retour au carter 1 de l'engrenage différentiel. 2 of the housing and therefore back to the housing 1 of the differential gear.
La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour The present invention is not limited to the preferred embodiment described, but may undergo various modifications or obvious variants for
l'homme du métier.the skilled person.
Claims (6)
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