Assemblage d’un différentiel automobile avec des pièces imprimées en 3D

Les systèmes de transmission automobile sont essentiels aux performances, à la sécurité et à l’efficacité de tout véhicule. Parmi ces systèmes, le différentiel automobile joue un rôle crucial. Il permet aux roues d’un véhicule de tourner à des vitesses différentes tout en recevant la puissance du moteur, garantissant ainsi la stabilité et la maniabilité de la voiture, surtout dans les virages. Sans lui, les roues intérieures et extérieures tourneraient à la même vitesse, ce qui pourrait provoquer du glissement, une usure excessive des pneus et des difficultés de conduite.

L’invention du différentiel remonte à l’Antiquité, mais son amélioration et son application pratique dans le secteur automobile ne se sont consolidées qu’avec les avancées de la mécanique. Le mécanisme de base repose sur un ensemble d’engrenages planétaires qui redistribuent le couple entre les roues, compensant la différence de vitesse nécessaire pendant la conduite. L’intégration de ce système aux moteurs modernes, qu’ils soient à combustion interne ou électriques, a évolué pour améliorer l’efficacité énergétique et les performances dynamiques des véhicules, s’adaptant aux exigences d’un marché de plus en plus orienté vers l’innovation technologique.

Cet article explore non seulement les principes fondamentaux du différentiel automobile, mais montre également, étape par étape, comment assembler ce mécanisme à l’aide de pièces imprimées en 3D et d’un moteur à courant continu pour transmettre le mouvement. Grâce à une conception détaillée et des instructions claires, vous pourrez comprendre et reproduire le fonctionnement de ce composant essentiel. Découvrez comment la technologie de l’impression 3D révolutionne le prototypage et l’enseignement des systèmes mécaniques, en rendant les concepts complexes accessibles et concrets.

Développement du mécanisme de différentiel automobile

Le mécanisme de différentiel automobile est une partie essentielle du système de transmission, permettant aux roues motrices d’un véhicule de tourner à des vitesses différentes, ce qui est crucial dans les virages.

Le différentiel est composé d’un ensemble d’engrenages planétaires : un engrenage central appelé couronne, relié à l’arbre de transmission, et deux engrenages satellites connectés à chaque arbre de roue. Lorsque le véhicule avance en ligne droite, les engrenages satellites ne tournent pas autour de leur propre axe, et la puissance du moteur est répartie équitablement entre les deux roues. Cependant, dans un virage, les engrenages satellites permettent à une roue de tourner plus vite que l’autre, compensant la différence de distance que chaque roue doit parcourir.

Lors d’un virage, la roue extérieure doit parcourir une distance plus grande que la roue intérieure. Le différentiel prend en compte cette différence en permettant à la roue intérieure de tourner plus lentement et à la roue extérieure de tourner plus rapidement, maintenant ainsi la traction et la stabilité du véhicule. Cela est possible parce que les engrenages satellites du différentiel tournent autour de leur propre axe, en plus de tourner autour de l’axe central, répartissant le couple de manière variable entre les roues. Cette fonction du différentiel est cruciale pour éviter l’usure excessive des pneus et le stress sur la transmission, améliorant l’efficacité du véhicule et offrant une conduite plus douce et plus sûre.

En plus de sa fonction de base consistant à permettre des vitesses différentes pour les roues, le différentiel peut également être configuré pour optimiser la traction dans des conditions défavorables, comme sur des routes glissantes ou en tout-terrain. Les différentiels à glissement limité (LSD) et les différentiels verrouillables sont des variantes qui offrent un meilleur contrôle et des performances accrues. Le LSD limite la différence de vitesse entre les roues, fournissant plus de couple à la roue avec le plus de traction. Le différentiel verrouillable permet aux deux roues de tourner à la même vitesse lorsque nécessaire, par exemple sur un terrain accidenté. Comprendre le fonctionnement du différentiel et de ses variantes permet d’apprécier la complexité et l’importance de ce composant pour les performances globales du véhicule.

La structure du mécanisme de différentiel est présentée ci-dessous. Tous les composants du mécanisme ont été imprimés en SLA, en résine, chez JLC3DP. Il existe différents types de matériaux résine, et certaines pièces peuvent être obtenues pour seulement 0,3 $ chacune.

Le mécanisme de différentiel automobile est composé de plusieurs pièces principales, chacune jouant un rôle crucial dans son fonctionnement. Tout d’abord, l’ensemble d’engrenages est fondamental. Il comprend les engrenages coniques, qui permettent de répartir la puissance de manière équilibrée entre les roues, et les engrenages satellites, qui facilitent la différence de vitesse entre les roues dans les virages. Les engrenages sont montés à l’intérieur du boîtier du différentiel, qui sert de structure de support pour l’ensemble du système et maintient les engrenages correctement alignés.

Un autre composant essentiel est le pignon, relié à l’arbre de transmission, qui transmet la puissance du moteur à l’ensemble d’engrenages du différentiel. L’ensemble est complété par la couronne, qui est couplée au pignon et au boîtier du différentiel, permettant le transfert du mouvement. Il y a également le demi-arbre, qui relie le différentiel aux roues et transmet le couple généré. Ensemble, ces composants fonctionnent en harmonie pour permettre aux roues de tourner à des vitesses différentes, garantissant une conduite fluide et efficace, notamment dans les virages.

La première étape de l’assemblage du mécanisme consiste à fixer l’axe aux roues latérales à l’aide de 2 vis. Voir la structure ci-dessous. Répétez le processus pour le côté gauche.

À partir de cette structure de roue assemblée, nous devons maintenant monter la structure du mécanisme de différentiel. Ce mécanisme est constitué par la combinaison de quatre engrenages, formant une paire d’engrenages représentée sur les figures suivantes.

À partir de la combinaison des engrenages, il est nécessaire d’utiliser un arbre avec l’union d’une paire d’engrenages. Voir la structure ci-dessous.

Il est maintenant nécessaire d’assembler le système central du mécanisme de différentiel automobile. Cette partie constitue le cœur du mécanisme. Pour ce faire, nous devons assembler la structure ci-dessous, qui sert à faciliter le couplage des quatre engrenages.

Après avoir assemblé ce couplage d’engrenages, il est nécessaire de monter la structure avec l’engrenage qui est directement couplé au système de transmission du mouvement du moteur à courant continu (DC).

À partir de cette structure assemblée, nous devons la fixer à la base de support. Voir la structure de la base de support sur la figure ci-dessous.

À partir de la structure ci-dessus, nous devons coupler les deux axes de roue, qui tourneront en fonction du mouvement des engrenages centraux du mécanisme.

Après avoir fixé les roues, il est nécessaire de coupler le moteur de transmission. Pour cela, nous utilisons un moteur N20 de 100 tr/min. Voir le moteur ci-dessous. Son arbre doit être couplé à un engrenage, lequel sera ensuite couplé à l’engrenage principal.

La structure de la base de support comporte un emplacement réservé pour le montage du corps du moteur. Voir ci-dessous le processus d’installation du moteur sur la base de support.

Après avoir fixé le moteur, le capot de protection de son boîtier est installé. Voir la figure ci-dessous.

Cette structure représente l’assemblage pas à pas du mécanisme de différentiel automobile. Chaque pièce est essentielle au bon fonctionnement de l’ensemble.

Ensuite, découvrez le fonctionnement du système assemblé :
https://www.youtube.com/watch?v=823fDJo94wI

Conclusion

Après avoir visionné la vidéo démontrant le fonctionnement du mécanisme de différentiel automobile, il apparaît clairement que cette innovation est essentielle pour garantir une conduite sûre et efficace. Composé d’éléments clés tels que les engrenages coniques, les engrenages satellites, le pignon, la couronne et le demi-arbre, le différentiel permet aux roues d’un véhicule de tourner à des vitesses différentes, ce qui est indispensable lors des virages et des manœuvres.

Dans le contexte actuel de la fabrication avancée, JLC3DP se distingue par sa capacité à produire des pièces de haute qualité pour ce mécanisme grâce à l’impression 3D en résine, offrant un excellent niveau de finition de surface. La qualité industrielle des pièces imprimées par JLC3DP garantit la précision et la durabilité nécessaires au bon fonctionnement du différentiel. De plus, avec un coût très accessible d’environ 0,3 $ par pièce, JLC3DP propose une solution économique et efficace pour les entreprises du secteur automobile, contribuant activement à l’innovation et au progrès technologique dans la fabrication de composants automobiles.

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