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Qu’est-ce que le différentiel d’une automobile
E. Weiss, Sciences et voyages N°72 — 13 janvier 1921
samedi 12 décembre 2009, par gloubik
Considérons une voiture qui fait un virage, la roue extérieure décrit un arc de cercle d’un rayon plus grand que la roue intérieure ; elle parcourt ainsi un chemin plus grand ; cela n’a donc aucun inconvénient pour les roues de voitures hippomobiles ou les roues avant d’une automobile, car ce genre de roues tournent fou sur la fusée d’essieu.
Quant aux roues arrière de l’auto, elles sont .motrices, c’est-à-dire qu’elles sont solidaires de l’essieu, et si cette liaison est rigide, dans un virage une roue glissera, ce qui fera riper la voiture et usera le pneumatique.
Le but du différentiel est de permettre aux roues de recevoir le mouvement intégralement de l’arbre de transmission, tout en leur donnant la possibilité de tourner à des vitesses différentes une roue de l’autre, ce qui se produit dans un virage.
L’arbre de transmission qui sort de la boîte de vitesses actionne, d’une façon ou de l’autre, une grande roue dentée dans un sens perpendiculaire. Cette roue dentée entraîne l’axe d’un petit pignon satellite, qui n’engrène avec deux roues coniques clavetées chacune sur un arbre portant une des roues arrière à son extrémité. Les deux roues sont donc bien indépendantes l’une de l’autre comme nous allons l’expliquer. Si on fait tourner la grande roue dentée (au moyen de l’arbre venant de la boîte de vitesses), on entraîne dans ce mouvement l’axe du pignon satellite. Si les deux roues de la voiture et si, par suite, .tes deux pignons coniques qui y sont reliés, sont libres de leur mouvement, le satellite ne tourne pas sur son axe. Il opère comme une clavette ou une cheville qui rendrait solidaires les deux pignons. Ces derniers sont entraînés ensemble dans le même sens et à une vitesse égale, cas de la voiture allant en ligne droite.
Si on immobilise la grande roue dentée et si on fait tourner une seule roue arrière, donc un seul pignon conique, le pignon satellite dont l’axe est fixe reçoit un mouvement de rotation. Ce mouvement entraîne le second pignon conique, donc la deuxième roue arrière dans le sens opposé à celui de la première : cas idéal d’un pont arrière qui pivoterait autour d’un axe vertical passant par son centre. On a donc deux mouvements : le premier qui dépend de la grande roue dentée, de l’arbre de transmission, donc du moteur de la voiture ; le second qui dépend uniquement des déplacements relatifs d’un pignon conique par rapport à l’autre.
Ces deux mouvements peuvent exister ensemble sans se contrarier ; on conçoit donc que le moteur puisse entraîner les deux roues arrière qui ont en même temps la liberté de prendre automatiquement la viitesse convenable, si la résistance que rencontre une roue arrière à l’avancement est suffisante pour permettre la réaction sur le satellite afin de le faire tourner.
Pour comprendre ce qui se passe dans un virage, supposons qu’il se fasse par impossible
autour d’une roue arrière qui pivote sur elle-même, cette roue et sa roue conique resteront immobiles. Le petit pignon qui est entraîné par la grande roue prend appui sur la roue conique immobile, il tourne donc autour de son axe personnel ; mais cela a pour effet de faire tourner également la deuxième roue conique et la roue extérieure au virage et de bien transmettre le mouvement de la grande roue. En pratique, la roue arrière qui sert de pivot n’est pas immobile ; elle décrit un cercle de petit rayon. Sa roue conique tourne donc, mais moins vite que celle de la roue de la voiture à l’extérieur du virage ; le petit satellite tourne sur lui-même avec une vitesse égale à la différence entre les vitesses des 2 roues coniques.
Dans les voitures à cardan, les deux demi-arbres, qui portent les roues coniques, vont directement aux fusées sur lesquelles sont montées les roues de la voiture. Le différentiel est alors suspendu pour suivre les déplacements des roues par rapport au châssis, sous l’influence des cahots de la route.
Dans les voitures à chaîne, au contraire, les deux demi-arbres commandent chacun une roue dentée. Cette roue est reliée à une roue arrière par une chaîne, organe de liaison souple et variable automatiquement suivant les cahots. Par conséquent, le différentiel et les demi-arbres peuvent être fixés au châssis d’une façon invariable, C’est un des avantages des voitures à chaîne. Les roues dentées qui donnent le mouvement aux demi-arbres s’appellent des pignons à planétaires du différentiel, tandis que le pignon qui les relie et qui reçoit son mouvement par la grande couronne dentées se nomme le pignon « satellite ».
De ces derniers il y en a souvent plusieurs ensemble ; on en a deux, trois ou même quatre, qui donnent une liaison plus puissante, un fonctionnement plus sûr avec une meilleure répartition d’efforts. Bien entendu le fait d’avoir plusieurs satellites ne change en rien le fonctionnement, car tous leurs axes sont reliés à la même couronne dentée et décrivent le même cercle, à la même vitesse. Dans le pont arrière à commande par pignons coniques, l’entraînement des satellites se fait par une coquille dans laquelle sont emprisonnés tes axes de ces satellites et l’ensemble du différentiel est reporté tout entier d’un côté de l’arbre de transmission principal.
Quelquefois, la coquille se fixe du côté des dents du grand pignon conique et les axes des satellites sont dans le même plan que l’axe de la transmission principale.
Dans les ponts arrière à commande par vis, cette condition est toujours réalisée, la vis sans fin étant un prolongement de l’arbre principal et les axes de satellites étant fixés directement sur la roue à vis sans fin, sans qu’il soit nécessaire d’avoir une coquille d’entraînement.
Tout l’ensemble du différentiel et de la commande est habillé par un carter, qui sert de support aux paliers à roulement à billes dans lesquels tournent les arbres. Ce carter fait partie du pont arrière, qui se prolonge jusqu’aux roues et qui est une sorte de tube rigide ; dans les voitures à cardan.
L’inconvénient du différentiel est de nécessiter que les roues arrière aient toutes deux un bon contact avec le sol. La roue qui a une mauvaise adhérence aura une vitesse accélérée et l’autre roue ralentira. Il peut en résulter une marche saccadée si cela se produit fréquemment ; on évite ces à-coups. par une bonne suspension, et d’ailleurs l’inertie de la roue diminue de beaucoup l’importance de ce défaut.
Néanmoins, cet inconvénient s’aggrave dans tes vitesses élevées, .quand les roues peuvent, de temps à autre, quitter momentanément le sol en même temps, en butant sur des obstac1es.
On supprime le différentiel par suite dans les voitures de course, à l’économie de pneus est secondaire, et dans les voiturettes, les side-cars, où l’écartement des roues arrière est faible.
Dans les fortes voitures, le pont arrière et le différentiel sont particulièrement volumineux et pesants. Au furet à mesure des progrès réalisés, on recherche chaque jour l’utilisation plus rationnelle des parties de la voiture. Afin de diminuer l’importance du différentiel, on a eu l’idée de faire tourner à grande vitesse la transmission principale. On opère la réduction de cette vitesse à l’extrême limite, c’est-à-dire dans la roue arrière elle-même.
Dans un système américain, le système Clark, on emploie un essieu fixe supplémentaire. Nous avons décrit récemment ce dispositif en détail. D’autres constructeurs logent le mécanisme de réduction de vitesse dans la roue, en employant des pignons satellites. Ceux-ci engrènent d’une part avec un pignon calz sur l’arbre venant du différentiel, et d’autre part avec une grande roue à denture intérieure, qui est solidaire de la roue de la voiture.
Grâce à ces dispositions, on obtient un différentiel minuscule, facilement accessible. L’essieu arrière est peu chargé et cela ne peut qu’améliorer le fonctionnement et la durée du mécanisme de la voiture.
Quand la voiture démarre, comme il serait intéressant d’avoir les deux roues arrière solidaires, on peut bloquer le différentiel au moyen d’un dispositif qui fait disparaître son action ; mais cela complique l’essieu arrière et donne souvent une action brutale.
Bien des inventions ont été faites pour remplacer le différentiel qui est coûteux et lourd, et beaucoup de brevets ont été pris, surtout à l’étranger.
Une des solutions, la meilleure, est celle qui prévoit le calage des roues sur un même arbre, mais une des roues n’est solidaire de cet arbre que par l’intermédiaire d’un embrayage à plateaux ou à cône qui fonctionne automatiquement.
Normalement, l’embrayage est embrayé par un ressort à boudin qui maintient collés les cônes ou les plateaux d’embrayage ; mais lorsqu’il y aura une trop grande résistance, pour empêcher, par exemple, le glissement et l’usure de la roue dans un virage, l’embrayage patinera et la roue pourra tourner indépendante de l’arbre. Cette disposition a l’inconvénient de nécessiter un réglage délicat si l’embrayage s’use ou s’il est mal réglé ; la voiture n’a plus alors qu’une seule roue motrice qui, même avec un pneumatique armé ou un antidérapant, n’aurait pas suffisamment d’adhérence pour une voiture un peu lourde.
Un avantage du différentiel, outre qu’il diminue l’usure des pneumatiques arrière, est de soustraire l’essieu arrière aux efforts de torsion et d’éviter sa rupture, surtout dans les poids lourds. n permet également d’appliquer un frein sur différentiel qui a l’avantage de réaliser un freinage égal sur chaque roue arrière, ce qui évite que la voiture ne dérape.
Pour en revenir au rôle du différentiel pendant le démarrage, il est intéressant de noter un petit fait qu’on peut voir tous les jours dans les rues de Paris.
Quand un taxi démarre, s’il est arrêté au bord du trottoir, une roue se trouve dans le ruisseau généralement humide. Cette roue est sur un terrain glissant, le pavé est « gras », elle a peu d’adhérence et, pendant les premiers temps du départ, elle tourne à toute allure, elle s’emballe. Pendant ce temps, l’autre roue peine sur le macadam jusqu’à ce que la voiture ait pu quitter le bord de la chaussée. Le différentiel agit ici en raison de la différence d’adhérence des roues.
Étant donné que la voiture suit sa droite, c’est toujours à la roue arrière droite que ce petit incident arrive, lequel est plus prononcé encore quand il pleut.
Comme conclusion pratique, si l’escargot du compteur est sur la roue droite, comme dans les taxis de la Compagnie des Voitures, vous aurez au départ un nombre de mètres déjà parcourus et inscrits sans avoir quitté la station.
Cet inconvénient sera moins prononcé avec les taxis de la Compagnie des Autoplaces, car ceux-ci ont leur escargot monté sur la roue arrière gauche.
La différence évidemment n’est pas énorme, mais elle peut, malgré tout, être suffisante pour augmenter le prix indiqué par le compteur. Aussi, comme morale, nous vous conseillons de prendre un taxi G-7 Autoplace, quand le temps est à la pluie et que les ruisseaux sont pleins d’eau.
E. WEISS, Ingénieur E. C. R
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