Technique : Le différentiel autobloquant

[Stéfane 0]

Je ne suis pas un "Cador" en mécanique et il y a des mots, des pièces, souvent citée.

Parmi ces pieces, il y a l'AUTOBLOCANT!

Dans les stands circuits, aux assistances Rallyes, j'entends les mécanos dirent;" problèmes d'autoblocant,

autoblocant cassé "

Mais Késako un Autoblocant ???

Source MotorLégend:

Le différentiel autobloquant est un mécanisme
qui limite la fonction primaire du différentiel en empêchant les deux
roues motrices d'un véhicule de tourner à des vitesses très différentes
l'une de l'autre.

Le différentiel normal répartit d'une façon presque égale, entre les
deux roues motrices, le couple développé par le moteur, en ligne
droite, et permet aux roues de tourner à des vitesses différentes en
virage.

En effet, dans une courbe, la roue située à l'intérieur doit couvrir
une distance moins grande que la roue située à l'extérieur, et donc
tourner à une vitesse inférieure. Le différentiel supprime donc la
connexion rigide entre les deux roues motrices, mais assure toujours
sur chacune la transmission du couple moteur.

La formule fondamentale du différentiel est :

(w1 + w2) / 2 = w soit w1 + w2 = 2w

w est la vitesse de la couronne (porte- satellite) et w1 et w2 les vitesses angulaires des planétaires (arbres de roue).

A chaque instant, cette formule se trouve vérifiée. Ainsi, si, dans un
virage à droite, la couronne tourne à 500 tr/mn, la roue intérieure
tourne à 470 tr/mn et l'autre à 530 tr/mn. Grâce à l'usage du
différentiel, à chaque virage le couple se trouve donc divisé et
réparti après réduction de la vitesse angulaire.

Cette dernière caractéristique présente un inconvénient : lorsque, pour
une raison quelconque, une des roues motrices n'a plus de contact avec
le sol, ou que son adhérence est si faible qu'elle ne peut que glisser,
la puissance développée par le moteur se décharge sur cette roue et en
accélère la rotation (en fait, le couple moteur transmis à cette roue
est uniquement celui qui suffit à la faire tourner à vide).

Le différentiel répartissant toujours le couple moteur en parties
égales, dans ce cas, la roue qui a prise sur le terrain recevra un
couple nul. La propulsion du véhicule devient alors impossible si une
roue tourne à vide et que l'autre, tout en ayant prise sur le terrain,
est arrêtée.

Pour pallier cet inconvénient du différentiel, on a trouvé diverses solutions :

- le blocage du différentiel grâce à un dispositif (crabotage) actionné
à la main, qui est rigidement relié aux deux roues et annule
complètement l'action du différentiel. Ce système, encore très employé
sur les véhicules tout terrain, doit être actionné à l'arrêt et ne peut
pas être utilisé sur route normale ;
- l'élimination du différentiel et l'utilisation de deux roues libres
montées sur l'essieu. Ce dispositif permet aux roues de tourner à des
vitesses différentes dans les virages et assure à tout instant la
traction. Toutefois, il a été peu utilisé, à cause des inconvénients
que présente en elle-même la roue libre.

Vers la fin des années vingt, la nécessité d'utiliser un dispositif
susceptible de limiter d'une façon automatique le patinage d'une roue
motrice à la suite d'une panne d'adhérence, s'était déjà fait sentir
sur les véhicules militaires et sur les voitures de sport.

Différentiel Borg & Beck
D.R.

ZF à disques Alfa Romeo
D.R.
Cette
exigence a été satisfaite par l'apparition du différentiel
autobloquant. Pour comprendre le fonctionnement de cet appareil,
considérons un différentiel normal. Le couple moteur M est divisé en
deux couples Md et Mg appliqués sur les arbres de roue, et d'un couple
Mf de frottement interne du différentiel, qui peut être considéré comme
négligeable (toutefois, ce dernier couple est celui qui permet aux deux
roues motrices de tourner à des vitesses différentes).

En ligne droite, les deux roues tournent à la même vitesse et il n'y a
pas, de ce fait, de rotation des satellites ; donc Mf est nul, et le
couple moteur se distribue en parties égales sur les deux roues (Md =
Mg).

En courbe , les satellites tournent, car les deux arbres tournent à des
vitesses différentes, et le couple Mf entre en jeu et s'oppose aux
différences de vitesse entre les deux roues.

Le couple agissant sur la roue extérieure est donc plus faible et devient :

Md = 0,5 (M - Mf), alors que celui qui agit sur la roue intérieure devient Mg = 0,5 (M + Mf).

La différence entre les couples appliqués aux roues est toujours égale à Mf.

Dans le différentiel classique, le couple Mf (dû au frottement entre
satellites, planétaires et carter) est, comme nous l'avons constaté,
très faible. Ainsi, si une roue rencontre une zone d'adhérence à peu
près nulle (une plaque de verglas par exemple), l'autre roue reçoit un
couple beaucoup plus faible (pratiquement nul), égal à Mg, insuffisant
pour faire avancer le véhicule. Dans la même situation, pour les
différentiels autobloquants, par contre, le couple appliqué à la roue
devient plus grand.

En effet, le frottement intérieur est augmenté artificiellement en
fonction de certaines conditions de marche, ou bien lorsque la vitesse
de rotation d'une roue s'accélère soudainement. On évalue l'efficacité
du mécanisme en fonction du pourcentage de couple que les deux arbres
de roue se transmettent mutuellement par frottement.

Cette valeur s (%) est donnée par la formule : [(Md - Mg) / M ] x 100

Plus s est élevé, plus le système est efficace. Notons, à ce sujet, que
sur les voitures de tourisme normales, la valeur de s est comprise
entre des limites peu élevées pour éviter qu'une connexion trop rigide
entre les deux roues ne crée des problèmes de guidage, surtout dans les
virages. Pour les voitures de course, par contre, s peut atteindre
jusqu'à 80 %. Dans ce cas, en toute circonstance, les deux roues sont
en mesure de transmettre au sol le couple moteur le plus élevé
possible. L'emploi du différentiel autobloquant est également
avantageux à l'accélération pour des véhicules puissants.

En effet, lorsque l'une des roues, sous la poussée du moteur, perd une
partie de son adhérence au sol, il en résulte un patinage de cette roue
qui nuit à l'accélération.







Le différentiel autobloquant limite le patinage
et permet de mieux exploiter la puissance du moteur, et d'obtenir ainsi
de meilleures accélérations.

Ces avantages sont plus évidents sur les chemins en terre battue, ou
sur les routes glissantes. En ligne droite, lorsque le revêtement est
irrégulier et que les roues rebondissent en perdant leur adhérence au
sol, il se produit des réactions nuisibles pour les organes de
transmission et on note aussi une usure des pneumatiques.

Le différentiel autobloquant limite également ces inconvénients. Le
diagramme représente l'augmentation du couple qui arrive à la roue
ayant le plus d'adhérence au sol en fonction du couple moteur que peut
transmettre la roue d'adhérence plus faible.

La ligne a représente le cas d'un différentiel sans frottement interne
(Mg= Md), le couple M est toujours égal à M . En réalité, il existe
toujours de légers frottements et le résultat est la ligne b. Les
différentiels autobloquants peuvent avoir une répartition du couple
correspondant aux lignes c et d.

Suivant les modèles, ils permettent, de toute façon, de transmettre à
la roue d'adhérence supérieure un couple nettement plus élevé. La ligne
droite e représente le cas d'un essieu simple (sans différentiel) dans
lequel le couple transmis à une roue est indépendant de l'adhérence au
sol de l'autre roue.

Un des premiers différentiels autobloquants fabriqué à l'échelle
industrielle a été le ZF. Il fut monté, avec succès, sur les Mercedes
et sur les Auto-Union de Grands Prix, dans les années qui précédèrent
la Seconde Guerre mondiale. Il trouva ensuite des applications
particulières sur les véhicules militaires.

Répartition des vitesses en virage et répartition du couples
D.R.
Il est constitué par les éléments suivants :

- une came dotée, en général, de 11 lobes et solidaire d'un des arbres de roue :

- une seconde came, concentrique de la première, avec 13 lobes intérieurs et solidaire de l'autre arbre de roue ;

- une bague d'entraînement dans laquelle sont insérés des cliquets, solidaire du carter du différentiel.

Les deux cames et le carter avec les cliquets ont une fonction analogue
à celle des planétaires et des satellites des différentiels ordinaires.
Les deux cames sont actionnées par la bague à cliquets.

En ligne droite, il n'y a pas de mouvement réciproque entre les cages
et les pistes, et le mouvement est transmis uniformément de la couronne
aux arbres de roues.

Dans les virages. par contre, une des roues ralentit alors que l'autre
accélère, et les deux pistes tournant en sens inverse par rapport à la
cage, obligent les cliquets à se mouvoir dans leur siège. Ce mouvement
des cliquets provoque alors un frottement qui, même si une des roues
tourne à vide, permet toujours la transmission d'une certaine puissance
à la roue en prise sur le sol.

D.R.


Le ZF Lock o matic représente un autre type de différentiel autobloquant. Il comprend :

a) le boîtier solidaire de la couronne ;
b) les planétaires emboîtés sur les arbres de roues ;
c) les satellites tournant fou sur les croisillons fixes ;
d) un porte-satellites divisé en deux moitiés avec sièges des croisillons des satellites;
e) deux embrayages qui agissent entre le carter et les planétaires.

Le principe de fonctionnement est basé sur le fait que le
porte-satellites n'est pas d'une seule pièce, mais est constitué de
deux moitiés qui maintiennent les axes des satellites.

Ceux-ci ne tournent pas sur eux-mêmes, mais ont tendance à sortir de
leur siège, par suite de l'inertie des roues lorsque l'on accélère à
fond. Au cours de cette phase, les deux moitiés du porte-satellites
s'écartent et provoquent alors le resserrement des disques d'embrayage.
La connexion entre les deux arbres de roues est alors réalisée.

En modifiant l'angle des croisillons on peut faire varier la poussée
des embrayages sur les plateaux de pression, ce qui permet de faire
varier le pourcentage de couple transmis par les embrayages.

Dans les différentiels de ce type, montés sur des voitures de tourisme,
l'angle de croisillons est en général de 90° et permet aux embrayages
de transmettre un couple égal à 25 % environ. Il existe également des
versions pour lesquelles cette valeur atteint 40 % et pour les voitures
de compétition, elle atteint 80 %.

D.R.
Il
existe d'autres types de différentiels autobloquants basés sur des
principes similaires tels le Power Lock (Salisbury Transmission Ltd ),
le Borg & Beck de A.P et d'autres encore, qui différent du Lock o
matic essentiellement par leurs systèmes de poussée.

Ainsi le différentiel Borg Warner spin résistant, très connu, utilise
des ressorts hélicoïdaux agissant sur les éléments de frottement.

Dans le différentiel américain M & S, l'action d'autoblocage est
obtenue sans aucun dispositif supplémentaire de frottement. Dans ce
modèle, la transmission du mouvement est réalisée non pas au moyen des
planétaires avec engrenages coniques de type classique, mais avec des
couples vis globiques/rouleaux, qui, grâce à leur rendement très
faible, exigent une poussée notable pour que le mouvement d'une roue se
transmette à l'autre.

Ce type de différentiel autobloquant, qui a été l'un des premiers à
être réalisé, aux environs de 1926, n'a pas été beaucoup utilisé.

Les autres modèles ayant obtenu un certain succès sont : le Dorr Miller
de la maison Fisher, de Schweinfurt, et le Robbin de la firme Mack-Mig
Co. qui, comme le ZF, transmettent le mouvement aux demi-arbres au
moyen de cames.

En Allemagne, on a réalisé, et même utilisé sur des véhicules
militaires, aux environs de 1950, un différentiel autobloquant sans
pignons, dans lequel la transmission du mouvement était réalisée grâce
à des prismes glissant entre eux avec un frottement considérable.

[didu 0]

Si ça vous intéresse, un lien vers un descriptif très complet de PH. Boursin

http://philippe.boursin.perso.sfr.fr/pdgtran3.htm

[Stéfane 0]

merci pour le lien Didu !

[meph 0]

les gars

[didu 0]

Et c'est pas fini

[gringo1 0]

juste un ti avis à mon niveau..........
ne vous inquiètez pas , je ne vais pas vous faire un cours sur la mécanique , je n'y connais rien,pas grand chose et cela ne m'intéresse pas spécialement , par contre c'est le résultat qui m'intéresse............

pour avoir conduit ("piloté") des voitures avec et sans , je peux vous affirmer que la différence peut être énorme..........
j'ai remarqué que la différence était plus grande sur les tractions : sans autobloquant la voiture a tendance à sous-virer , le nez de la voiture se sauve à l'extérieur du virage , avec un autobloc, la voiture ,au contraire, a tendance à rentrer à l'intérieur et même si la roue intérieure repose dans l'herbe ou la boue,ou si elle est lestée, la voiture motrice parfaitement (gros avantage surtout en montée), sachant que sur certaines voitures (Peugeot notamment ) le réglage se durcit ou s'adoucit avec le montage ou démontage de simples rondelles )
par contre attention aux bras ..... rien que sur des côtes de 2 ou 3 kilometres les bras peuvent souffrir si vous n'avez pas la direction assistée.........( à moins de s'appeler Meph )
et si jamais vous accélérez avec les roues braquées , cela vous arrache le volant des mains : c'est du vécu ! ben vi, j'étais gringalet.....
en conclusion : un bon autobloquant , oui , mais aussi une direction assistée................voili-voilou
ps: comment voir s'il y a un autobloc et s'il est efficace : vous mettez la voiture sur cric d'un coté, vous mettez en route , passez la 1° et embrayez un peu (doucement ) la voiture doit avoir envie de descendre du cric.....................

[Invité]

bon sujet Stefane.

Et en plus de la technique, merci Gringo pour le vécu

[olivier89 0]

merci Gringo, mais j'ai pas la place pour la direction assistée,
pi j'suis pas une moviète...quoique...60 kg tout mouillé...
j'ai essayé de mettre le cric et tout doucement, j'peu pas
embrayage fritté...résultat...