Coup d'Ă©crou 24

🧰 Le coup d'Ă©crou#24 - Le diffĂ©rentiel

Le différentiel

RĂŽle

Dans un virage, les roues d’un vĂ©hicule situĂ©es Ă  l’intĂ©rieur de ce virage, parcourent un trajet plus court que les roues extĂ©rieures ; elles tournent donc moins vite. Pour les roues non motrices, qui sont montĂ©es libres sur leur fusĂ©e, aucun problĂšme mĂ©canique ne se pose. Par contre, pour les roues motrices, solidaires de deux demi-arbres recevant leur mouvement de l’arbre de transmission, il n’en est pas de mĂȘme.

Si les roues motrices Ă©taient fixĂ©es sur les extrĂ©mitĂ©s d’un essieu entraĂźnĂ© en rotation par l’arbre de transmission Ă  l’aide d’un simple renvoi d’angle, les deux roues tourneraient toujours Ă  la mĂȘme vitesse. De ce fait, dans un virage, la roue intĂ©rieure patinerait sur le sol, ce qui amĂšnerait Ă©videmment une usure rapide du pneumatique ainsi qu’une trĂšs mauvaise tenue de route.

Le renvoi d’angle nĂ©cessaire pour transmettre le mouvement de l’arbre de transmission aux roues motrices doit ĂȘtre complĂ©tĂ© par un dispositif permettant aux roues motrices de tourner Ă  des vitesses diffĂ©rentes dans les virages, tout en restant soumises Ă  l’action du couple moteur.

C’est ce dispositif que l’on dĂ©signe sous le nom de diffĂ©rentiel.

Cet organe est enfermé dans un carter étanche, prolongé latéralement par des parties tubulaires ou trompettes et constituant avec ces derniÚres le pont-arriÚre. Celui-ci forme un essieu rigide.

 

Le différentiel à pignons coniques

Ce type de différentiel est le plus répandu.

Le mécanisme se compose de deux parties :

  • Un renvoi d’angle appelĂ© couple-conique ;
  • Le diffĂ©rentiel, proprement dit.

 

Le couple conique

Dans le “nez” du pont qui se trouve en partie antĂ©rieure du carter, tourillonne entre deux roulements l’axe d’un pignon conique appelĂ© pignon d’attaque. Ce pignon engrĂšne avec une couronne dentĂ©e appelĂ©e grande couronne, sur laquelle est fixĂ©e une sorte de cloche appelĂ©e boĂźte du diffĂ©rentiel.

L’ensemble tourillonne dans des roulements logĂ©s dans le carter.

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Le différentiel

À l’intĂ©rieur de la boĂźte du diffĂ©rentiel tourillonnent deux pignons coniques, appelĂ©s planĂ©taires. Dans ce moyeu s’engagent les extrĂ©mitĂ©s des demi-arbres moteurs sur lesquels sont montĂ©es les roues.

Sur un axe traversant la boßte du différentiel de part en part, sont montés fous deux pignons appelés satellites, qui engrÚnent avec les planétaires.

 

Fonctionnement

Trois cas sont Ă  distinguer :

  • Les rĂ©sistances Ă  l’avancement sont Ă©gales aux deux roues ;
  • Une des roues est bloquĂ©e, la roue opposĂ©e est libre ;
  • Une des roues est partiellement freinĂ©e, la roue opposĂ©e est libre.

 

Les rĂ©sistances Ă  l’avancement sont Ă©gales aux deux roues

Ce cas se produit lorsque le vĂ©hicule roule en ligne droite ; l’adhĂ©rence des roues sur le sol Ă©tant la mĂȘme de chaque cĂŽtĂ©.

Le pignon d’attaque, entraĂźnĂ© en rotation par l’arbre de transmission, fait tourner la grande couronne. La grande couronne entraĂźne avec elle la boĂźte ainsi que l’axe des satellites. Comme les rĂ©sistances opposĂ©es par les planĂ©taires (solidaires des roues) sont Ă©gales, les satellites n’ont tendance Ă  tourner sur eux-mĂȘmes ni dans un sens ni dans l’autre. Ils restent donc fixes sur leur axe qui les entraĂźne dans son mouvement et ils font tourner avec eux les deux planĂ©taires.

L’ensemble fonctionne finalement comme si les deux planĂ©taires et les satellites ne formaient qu’un seul bloc.

Les deux planĂ©taires, et donc les deux roues, tournent Ă  la mĂȘme vitesse.

 

Une des roues est bloquée ; la roue opposée est libre

Ce cas se produit lorsque l’une des roues se trouve sur un sol ferme et que la roue opposĂ©e patine.

Si la roue se trouvant sur le sol ferme est celle de droite, le planĂ©taire de droite est alors immobilisĂ© de par l’adhĂ©rence de la roue sur le sol et les satellites roulent sur le planĂ©taire fixe et en tournant sur eux-mĂȘmes ils communiquent un mouvement de rotation au planĂ©taire de gauche.

Le planĂ©taire de gauche ainsi entraĂźnĂ© tourne deux fois plus vite qu’il tournerait si les deux planĂ©taires Ă©taient libres.

Dans ce cas, toute l’énergie motrice est transmise Ă  la roue qui patine et le vĂ©hicule n’avance pas.

 

Une des roues est partiellement freinée ; la roue opposée est libre

Ce cas se produit lorsque le vĂ©hicule effectue un virage mais aussi lorsqu’il est embourbĂ© ou ensablĂ©.

Le pignon d’attaque entraĂźne la grande couronne, la boĂźte du diffĂ©rentiel et l’axe des satellites.

Dans ce cas, si le véhicule effectue un virage à droite, la vitesse perdue par le planétaire de droite est transmise par les satellites au planétaire de gauche.

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Le différentiel à pignons droits

Dans ce type de diffĂ©rentiel, les planĂ©taires sont Ă  denture droite et les satellites sont remplacĂ©s par des pignons, Ă©galement Ă  denture droite, engrenant d’une part avec les planĂ©taires et, d’autre part, entre eux.

Le principe de fonctionnement est identique à celui du mécanisme à pignons coniques.

Le planĂ©taire de droite (D) Ă©tant freinĂ©, le satellite (d) entraĂźnĂ© par son axe tourne sur lui-mĂȘme et roule autour du planĂ©taire freinĂ©. Le satellite (d) fait tourner le satellite (g) Ă  la mĂȘme vitesse et les deux satellites transmettent au planĂ©taire (G) la vitesse perdue par le planĂ©taire freinĂ© (D).

Note : Certains vĂ©hicules sont Ă©quipĂ©s d’un pont semblable mais dans lequel il existe deux couples de pignons droits donnant, en plus de celle du couple conique, deux rĂ©ductions entre lesquelles le conducteur peut choisir suivant les conditions d’utilisation du vĂ©hicule.

 

Pont-arriÚre à double démultiplication

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Sur certains vĂ©hicules gros porteurs, le rapport de dĂ©multiplication du pont devant ĂȘtre trĂšs petit, la grande couronne serait d’un diamĂštre tel qu’il nĂ©cessiterait un carter de trĂšs grandes dimensions. Pour Ă©viter cet inconvĂ©nient, on emploie alors un pont Ă  double rĂ©duction.

Le pignon d’attaque (A) entraĂźne une grande couronne (B) solidaire en rotation d’un pignon Ă  denture droite ou oblique (C) engrenant avec un pignon semblable (D) ayant un nombre de dents plus grand et dont le fonctionnement est le mĂȘme que celui d’un diffĂ©rentiel ordinaire.

 

Différents types de couple conique

Dans le diffĂ©rentiel Ă  pignons coniques, le prolongement de l’axe du pignon d’attaque passe par l’axe de la grande couronne. Les dents du pignon d’attaque et celles de la grande couronne sont droites et pour cette raison les flancs des dents se heurtent de front, ce qui rend l’engrĂšnement bruyant. Pour supprimer cet inconvĂ©nient, des pignons de formes spĂ©ciales, Ă  denture incurvĂ©e, sont utilisĂ©s. Ces couples sont le couple Ă  denture hypoĂŻde et le couple Ă  denture palloĂŻde.

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Couple hypoĂŻde

Dans ce type de pont, le prolongement de l’axe du pignon d’attaque, et l’axe de la grande couronne ne sont pas dans un mĂȘme plan. L’axe du pignon d’attaque est situĂ© sous le plan contenant l’axe de la couronne.

De par leur forme particuliĂšre, les dents ont un engrĂšnement plus progressif et plus silencieux que celles des pignons Ă  dents droites.

Ceci dit, le couple hypoĂŻde est assez dĂ©licat du point de vue de sa lubrification. En raison de la forme des dents, il se produit entre celles-ci un frottement de glissement important qui nĂ©cessite l’emploi d’huiles spĂ©ciales ayant une grande rĂ©sistance aux pressions et aux frottements.

 

Couple palloĂŻde

Les dents du pignon et de la couronne sont incurvĂ©es de telle façon que leur portĂ©e augmente de plus en plus au fur et Ă  mesure qu’augmente l’effort Ă  transmettre.

Lorsque les dents sont en charge, elles portent les unes contre les autres par une surface importante de leurs flancs, ce qui rĂ©duit les pressions par unitĂ© de surface et, par consĂ©quent, l’usure.

 

Pont Ă  vis sans fin

Dans certains ponts, le couple conique est remplacé par une roue dentée ou couronne et une vis sans fin tangente.

La couronne est maintenue entre deux flasques qui constituent avec la couronne le boĂźtier du diffĂ©rentiel Ă  l’intĂ©rieur duquel se trouvent les planĂ©taires, les satellites et leur axe, semblables Ă  ceux d’un diffĂ©rentiel ordinaire.

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Les dents de la couronne Ă©pousent la forme de la vis, en vue de l’augmentation de la surface de contact. La vis est du type Ă  filets multiples.

Dans une vis Ă  filets multiples, les origines de ces derniers sont situĂ©es en des points Ă©quidistants, sur la pĂ©riphĂ©rie du noyau, Ă  l’extrĂ©mitĂ© de la vis. Les filets s’enroulent parallĂšlement autour du noyau comme le filet d’une vis ordinaire.

Le pont Ă  vis sans fin permet un abaissement trĂšs sensible de l’arbre de transmission et par consĂ©quent l’abaissement Ă©gal du centre de gravitĂ© du vĂ©hicule, sans qu’il soit nĂ©cessaire de mĂ©nager un coffrage ou tunnel dans le plancher.

Par ailleurs, ce type de pont a un fonctionnement trĂšs souple et trĂšs silencieux.

Comme les couples palloïdes, le pont à vis exige pour son graissage une huile spéciale.

 

Le pont-arriĂšre

Différents types de pont

Le terme de “Pont” est souvent utilisĂ© pour dĂ©signer l’ensemble du mĂ©canisme diffĂ©rentiel. En fait, le pont est l’ensemble du carter reliant les deux roues motrices.

On peut distinguer deux types de ponts :

  • Le pont banjo ;
  • Le pont Ă  trompettes.

 

Le pont banjo

Ce pont, appelĂ© ainsi en raison d’une certaine analogie avec l’instrument de musique du mĂȘme nom, est constituĂ© de deux parties soudĂ©es entre elles et formant au centre un renflement ouvert sur sa face antĂ©rieure et sur sa face postĂ©rieure.

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Sur l’échancrure avant se visse le support du diffĂ©rentiel aprĂšs interposition d’un joint d’étanchĂ©itĂ©. L’échancrure arriĂšre, quant Ă  elle, est fermĂ©e par un couvercle aprĂšs interposition d’un joint.

Ce type de pont permet l’accĂšs au diffĂ©rentiel aprĂšs enlĂšvement du couvercle et la dĂ©pose du mĂ©canisme diffĂ©rentiel sans qu’il soit nĂ©cessaire de dĂ©poser l’ensemble du pont.

 

Le pont trompettes

Le carter du diffĂ©rentiel est en deux parties prolongĂ©es chacune par un tube. Les deux parties ainsi constituĂ©es, ressemblent quelque peu Ă  des trompettes musicales ; d’oĂč le nom donnĂ© Ă  ce type de pont.

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L’inconvĂ©nient du pont Ă  trompettes est qu’il faut le dĂ©poser pour atteindre le diffĂ©rentiel.

Quel que soit son type, le pont porte toujours des patins sur lesquels se fixent, Ă  l’aide de brides, les ressorts de suspension. Aux extrĂ©mitĂ©s sont fixĂ©s des plateaux sur lesquels sont boulonnĂ©s les flasques supports de freins.

 

Les demi arbres moteurs

Un demi arbre est l’arbre qui transmet Ă  une roue motrice le mouvement de rotation d’un planĂ©taire.

Dans les ponts dĂ©crits prĂ©cĂ©demment, les demi-arbres peuvent ĂȘtre montĂ©s de trois maniĂšres diffĂ©rentes qui permettent de distinguer :

  • Les arbres flottants ;
  • Les arbres trois-quarts flottants ;
  • Les arbres semi-flottants.

 

Arbres flottants

Le demi arbre ne subit que des contraintes de torsion puisqu’il ne supporte aucune charge.

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Ce montage est principalement adopté sur les véhicules utilitaires.

 

Arbres trois-quarts flottants

L’arbre supporte Ă  la fois des efforts de flexion dus Ă  la charge du vĂ©hicule et des efforts de torsion dans la transmission du mouvement.

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Arbres semi flottants

Le demi arbre est soumis Ă  des contraintes de torsion dus Ă  la transmission du couple propulseur, mais participe aussi au port de la charge et subit donc des efforts de flexion.

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Le montage à arbres semi-flottants est trÚs répandu sur les voitures de tourisme et sur les utilitaires légers.

 

Commande des roues motrices par pont suspendu

Les ponts vus prĂ©cĂ©demment constituent des essieux rigides dont le poids est Ă©videmment trĂšs Ă©levĂ©. Dans le but de rĂ©duire le poids non suspendu que reprĂ©sente le pont-arriĂšre et d’amĂ©liorer ainsi la tenue de route, certains constructeurs rendent le carter du diffĂ©rentiel solidaire du chĂąssis.

Cette solution est appelée pont suspendu.

Le carter peut ĂȘtre fixĂ© directement sur le chĂąssis, ce qui est le cas lorsque le moteur est Ă  l’avant du vĂ©hicule et que les roues arriĂšre de celui-ci sont motrices. Le carter du diffĂ©rentiel peut aussi former un ensemble avec la boĂźte de vitesses et le moteur lorsque celui-ci est Ă  l’arriĂšre ou dans le cas des voitures Ă  traction avant.

Quelle que soit la solution adoptĂ©e, les demi-arbres doivent ĂȘtre articulĂ©s afin de permettre aux roues de suivre les inĂ©galitĂ©s du sol.

L’avantage de ces articulations est que les roues peuvent ĂȘtre indĂ©pendantes l’une de l’autre dans leurs dĂ©battements, de maniĂšre que les mouvements en hauteur de l’une ne se transmettent pas Ă  la roue opposĂ©e.

Diverses solutions sont adoptées pour transmettre aux roues motrices le mouvement de rotation des planétaires.


Transmission par demi-arbres articulés

Ce montage est aussi appelĂ© montage Ă  la De Dion, du nom du constructeur qui fut le premier Ă  l’adopter. Chaque demi arbre est articulĂ© par deux cardans : l’un Ă  la sortie du diffĂ©rentiel, qui est du type suspendu et l’autre prĂšs de la roue.

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Les deux roues peuvent ĂȘtre rĂ©unies par un essieu rigide ou montĂ©es aux extrĂ©mitĂ©s de bras articulĂ©s sur le chĂąssis.

Le systÚme De Dion permet de placer les tambours de freins contre le carter du différentiel et de diminuer ainsi la masse non suspendue du véhicule.

 

Transmission par demi-arbres oscillants

De part et d’autre du carter de diffĂ©rentiel, s’articulent par de fortes rotules, des demi-essieux tubulaires au bout desquels sont fixĂ©s les flasques de freins. Chaque demi-arbre moteur est articulĂ© par un cardan logĂ© Ă  l’intĂ©rieur de la rotule, le centre de cette derniĂšre et celui du cardan Ă©tant confondus.

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La Renault 4 CV constitue une solution typique de ce montage.

 

Commande des roues motrices dans le véhicule à traction avant

Sur les vĂ©hicules Ă  traction avant, le moteur, l’embrayage, la boĂźte de vitesses et le diffĂ©rentiel forment un ensemble placĂ© Ă  l’avant du vĂ©hicule.

La boĂźte de vitesses est de conception particuliĂšre car les sorties de l’arbre primaire et de l’arbre secondaire sont du mĂȘme cĂŽtĂ©. Le mouvement des planĂ©taires est transmis aux roues par des arbres articulĂ©s. Cette solution permet ainsi la suppression de l’arbre de transmission assurant dans le montage classique, la liaison entre la boĂźte de vitesses arriĂšre.

Par contre, l’entraĂźnement des roues motrices pose un problĂšme plus compliquĂ© que dans le cas des roues arriĂšre motrices. En effet, les roues avant, en plus qu’elles se dĂ©placent dans un plan vertical sous l’effet des inĂ©galitĂ©s du sol, doivent pouvoir ĂȘtre braquĂ©es dans un sens ou dans l’autre sous l’action de la direction. En raison de ces mouvements des roues, on ne peut utiliser, pour l’articulation des arbres moteurs, de simples cardans.

Les articulations employĂ©es sont dites joints homocinĂ©tiques. Ces articulations transmettent le mouvement avec une rĂ©gularitĂ© qui ne peut ĂȘtre obtenue avec des cardans ordinaires. Elles sont conçues sur le principe du double cardan.

Note : Si l’on considĂšre deux cardans rĂ©unis par un arbre intermĂ©diaire, l’ensemble des deux cardans ainsi rĂ©unis constitue un joint homocinĂ©tique, le second cardan corrigeant le mouvement irrĂ©gulier transmis par le premier.

 

 

Article Ă©crit par Alexandre Degrandcourt

Crédits : Documents Berliet, Peugeot, Renault.