Etude de pièce #9- Les différentiels LEGO®

samedi 12 février 2005
par  Didier ENJARY, Richard OLIVERO
popularité : 16%

Le différentiel : les fans de Technic™ pensent bien connaitre ce montage mécanique mais qu’en est-il réellement ?

Revenons d’abord aux pièces qui le composent :

Un différentiel est composé

1) d’une cage ou porte-satellite :

- la 73071 existe depuis 1980 [1] et a disparu en 1993.

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- la 6573 existe depuis 1994 [2] (elle remplace en fait purement et simplement la 73071)

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La 6573 est plus compacte et dispose de deux couronnes d’entraînement (de taille différente - 16 et 24 dents) alors que la 73071 présentait une seule couronne (28 dents). Cette seconde cage possède aussi une gorge circulaire latérale crantée identique à celle présente sur la roue dentée folle (pièce #6542), utilisable avec le manchon de sélection (#6539) que nous avions présenté dans l’article sur les boite à vitesse.

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Toutefois cette possibilité n’a pas été employée, à notre connaissance, dans un modèle LEGO® officiel. Elle permettrait toutefois de créer un système de blocage de différentiel comme nous le montre David Wegmuller ici.

Les deux cages comportent un ergot sur lequel on peut placer un pignon qu’on appelle un satellite, d’où le second nom de "porte-satellite" que l’on donne à la cage.

Les porte-satellites sont gris (73071) et gris foncé (6573), couleurs logiques étant donné leur emploi mécanique à l’exclusion d’usages décoratifs.

2) et de pignons

Ces pignons sont dits planétaires ou satellites en fonction de leur emplacement.

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Les pignons satellites (en fait un seul en ce qui concerne les différentiels LEGO®), portés par la cage, sont entraînés dans son mouvement de rotation.

En LEGO® c’est le même type de pignon qui remplit les deux fonctions planétaires ou satellites :

- le 4143 fragile (16 dents)

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a été remplacé en même temps que la cage du différentiel par

- le 6589 (12 dents), plus solide.

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Logiquement les fans adultes de LEGO© plébiscitent ces améliorations techniques.

Tout le monde connait le différentiel des voitures, au moins de nom, mais je pense que l’on peut faire un rappel sur le principe. Nous devrions d’ailleurs l’appeler "cellule différentielle", d’une part parce que c’est son vrai nom technique, et d’autre part parce que cela reflète bien sa particularité.

Comment fonctionne la cellule différentielle ?

Cela sert à rompre sous certaines conditions une chaîne cinématique...voilà une définition un tant soit peu obscure...que nous allons éclaircir :

Une chaîne cinématique est l’ensemble des organes d’une construction qui transmet le mouvement de l’émetteur (le moteur) au récepteur (qui utilise le mouvement pour fournir le travail, par exemple les roues). En principe une chaîne cinématique est un ensemble rigide mécaniquement : le moteur et le récepteur sont liés mécaniquement, le rapport entre les déplacements angulaires de l’un et de l’autre est fixe, même si un organe permet de modifier ce rapport (boite à vitesse, variateur). Autrement dit, le rapport entre les deux organes, le menant et le mené, est fixe.

Dans le cas d’une chaîne cinématique où le moteur entraîne plusieurs récepteurs, tous les récepteurs sont liés mécaniquement entre eux et leur mouvement angulaire est donc défini. Si un récepteur se trouve bloqué toute la chaîne est bloquée, si un récepteur est freiné toute la chaîne est freinée. Dans certaines conditions cela est inacceptable et la cellule différentielle y apporte une solution :

La cellule différentielle a la propriété d’autoriser une différence de déplacement angulaire entre l’émetteur et le récepteur, c’est un calculateur mécanique. Il répartit la puissance [3] entre l’émetteur et les récepteurs.

La cellule différentielle équilibre les forces entre deux récepteurs. Le récepteur le moins chargé utilisera plus de puissance jusqu’à ce que sa charge soit égale au récepteur le plus chargé et ce en augmentant sa vitesse. Si l’équilibre ne peut être rétabli, le récepteur le moins chargé absorbe toute la puissance disponible.

A quoi sert la cellule différentielle ?

L’usage le plus connu du différentiel est son usage au coeur des essieux des véhicules entre les roues pour permettre, dans les virages, de compenser les différences de parcours. C’est à cela que le montage différentiel sert à 99% dans les modèles officiels LEGO®

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Si l’une des roues est bloquées, la cage par l’intermédiaire du satellite transmet tout le couple à l’autre roue. Elle tourne à une vitesse double.

L’inconvénient du différentiel est que si l’une des deux roues perd de l’adhérence (verglas, neige, ensablement, etc.), le différentiel fournit alors l’ensemble du couple à celle-ci : le véhicule ne peut plus avancer.

Pour remédier à cet effet on peut bloquer le différentiel (ceci existe sur les véhicules dit 4x4 notamment) ou utiliser des différentiels à glissement limité comme le différentiel Torsen (TORque SENsitive - sensible au couple).

La société LEGO® ne propose pas un tel mécanisme mais on peut le créer avec des pièces existantes :

Torsen par laf

D’ailleurs il est possible de créer un différentiel classique sans les pièces spécifiques LEGO® mais avec les pièces plus courantes comme nous le montre Brian Alano

On peut aussi utiliser un différentiel inter-ponts, notamment dans les véhicules dit 4x4, afin de répartir la puissance du moteur entre les essieux avant et arrière. C’est le cas par exemple dans deux modèles officiels :

- 4x4 Off roader 8466
- Super Car 8880


[1] Dans "auto chassis"

[2] elle fait son apparition notamment dans la "super car"

[3] je devrais dire l’effort ou la vitesse de déplacement angulaire.


Commentaires  (fermé)

Logo de Daniel Stoeffler
jeudi 5 mars 2009 à 10h01 - par  Daniel Stoeffler

Lego a produit un nouveau différentiel (référence 62821 sur bricklink) qui ressemble beaucoup à l’ancien avec un seul engrenage à 28 dents mais il est plus complet à l’intérieur. On peut le trouver dans le nouveau 4x4 technique PF 8297 où il est alimenter à l’aide d’un engrenage 32269 à dents arrondies.
DanSto

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dimanche 1er février 2009 à 18h33 - par  T72

je ne suis pas connaiseur en lego technic et j’aimerais savoir
si il existe des modele avec roue directrice et motrice
si il existe des modele avec direction assistee
j’aimerais connaitre les differente suspension en lego :
ressort barre de torsion geometrie variable si elles existe.
et pour terminer je voudrais savoir si il existe un char d’assaut en technic.

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mercredi 22 novembre 2006 à 10h47 - par  blackowarrio

Bonjour je suis eleve en 1ere ssi et apres avoir lu vos articles jai cru comprendre que lun dentre vous a reussi a construire une boite de vitesse automobile ou si personne ne la fait savez vous comment pourrais je faire car g lintention de rendre ce projet comme production finale lors de mes Travaux Pratiques Encadrés pour le baccalauréat. merci d’avance fred.

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mercredi 6 septembre 2006 à 11h23 - par  6StudS

Bonjour

le couple et la déformation des pièces sont trop importants

C’est vrai, même en prenant soin de bien ajuster les éléments, les frottements restent très importants. (notamment dans la boite elle même). Avec des modèles géants comme ce 4x4 ou la nouvelle grue mobile, la société LEGO atteint le niveau maximum de ce que la gamme Technic peut permettre (tout du moins dans un set officiel).

Mon but est de faire une démonstration didactique.

Chose que nous ne pouvons qu’encourager. Ca fait partie de l’esprit "LEGO".

Je pensais ajouter un moteur électrique et pouvoir mettre le vehicule en l’air pour montrer [...] Je réfléchis à un raccourcissement du véhicule ou qqchose comme ça. Qq’un aurait-il une autre idée ?

Dans cette optique, faute de temps notamment mais pas seulement, je me suis arrêté à la motorisation de la boite seule. J’ai aussi utilisé un tachymètre/compte tour LEGO (qui est d’une fiabilité plus que douteuse...)

http://www.brickshelf.com/cgi-bin/g...

En tout cas je suis ravi de tout ça et merci pour tout vos renseignements. Merci Didier.

Que du plaisir !

Didier

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mercredi 6 septembre 2006 à 03h58 - par  Aegedus

Bonjour à tous,

J’ai acheté le set 8466 d’occase .... tip top techniquement parlant !!
Pour les techos :
- boîte 5 + marche arrière
- 4 roues motrices
- différentiel central (càd au niveau de la boîte de vitesse et donc permettant de répartir le couple en l’avant et l’arrière)
- différentiel sur les ponts avant et arrière

Je suis épaté !!

Petit bémol : le couple et la déformation des pièces sont trop importants et donc pour l’instant impossible d’entrainer l’arbre moteur pour faire tourner les roues. Les roues dentées rippent.

Mon but est de faire une démonstration didactique. Je pensais ajouter un moteur électrique et pouvoir mettre le vehicule en l’air pour montrer
- l’intérêt des différentiels,
- le problème des croisement de ponts (une roue en l’air sur chaque pont = véhicule immobilisé),
- l’effet rétro-actif du différentiel (une roue en l’air, l’autre motrice = la première tourne ds le sens opposé de la seconde)
- le principe des virages (roue droite <-> roue gauche, pont avant <-> pont arrière)

Je réfléchis à un raccourcissement du véhicule ou qqchose comme ça. Qq’un aurait-il une autre idée ?
Mais je peux déjà faire bcp dans l’état.

En tout cas je suis ravi de tout ça et merci pour tout vos renseignements. Merci Didier.

AG

mardi 1er août 2006 à 19h53

Excuse-moi, je n’avais pas compris dès le départ le but de ta recherche.

Je peux me tromper, mais le seul set qui soit un vrai 4x4 (avec boite 6 et suspension et tout et tout) c’est le 8466. Mais attention le prix ...et puis surtout c’est plus disponible sur le shop en ligne (et j’en ai pas vu en magasin depuis bien longtemps).

http://guide.lugnet.com/set/8466

la notice de montage est ici :

http://www.peeron.com/cgi-bin/invcg...

A ma connaissance c’est le seul vrai 4x4. Je pense que tu aurais meilleur compte de modifier le 8435 en enlevant les suspensions à l’avant.

Didier

Site web : Notice du 8466
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mardi 1er août 2006 à 13h17 - par  Aegedus

Aïe Aïe !! Malheureusement pour faire une présentation des principes des véhicules 4x4 (traction intégrale en général), je recherche un véhicule avec 4 roues motrices et si possible avec différentiel arrière et avant.

Existe t-il un tel véhicule chez Lego ?
J’ai trouvé le camion grue (6x6), mais il ne font pas référence à des différentiels .. et quel prix !!

Sinon je viserai une transformation de celui-ci avec les boîtes de roues d’engrenage ou l’ensemble moteur.

A propos de la boite 8435, tu verras que sur ce lien, son nom est "Le 4x4" et que le descriptif dit : "Assemble le châssis de ce 4x4 surpuissant et ensuite, ajoutes-y ce que tu veux..."

Merci pour toutes ces infos.
Aegedus

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lundi 31 juillet 2006 à 20h14 - par  6StudS

Effectivement ce "4WD" n’est pas un "4 wheel drive" (4 roues motrices). D’ailleurs je n’ai pas vu sur le site officiel LEGO, même si il joue là-dessus, la mention "4 wheel drive".

A vrai dire, le modèle réduit n’est pas motorisé, il n’est donc même pas 4x2 ;-).

Pour conclure, dans ce modèle, seules les roues arrières entraînent le moteur factice par l’intermédiaire d’un différentiel. Etant donné la taille du modèle et que le train avant bénéficie d’une suspension, c’est déjà pas mal.

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lundi 31 juillet 2006 à 19h02 - par  Aegedus

Bonjour,

Merci pour cette réponse et pour ces documents que j’ai consultés avec attention.
D’où une question : est-ce que je me trompe ou d’après la notice ce vehicule est un 4x2 (seules les 2 roues arrières sont motrices, avec différentiel) alors que la description l’annonce comme un 4x4 (4WD = 4 wheel drive) ??

Aegedus

mardi 18 juillet 2006 à 17h05

Bonjour,

Le 8435 est déjà relativement évolué d’un point de vue des mécanisme types : direction, suspension, différentiel, moteur, treuils...il est en parallèle bien garni en ce qui concerne des pièces Technic utile. Le look est pas au top mais comme il est en promo à 41.99 euros pour 763 pièces, c’est sans doute la boîte de la gamme Technic la plus intéressante du moment avec la grue sur chenille.

Enfin, pour vraiment avoir une bonne idée des mécanismes contenus dans ce modèle, consultez la notice de montage (11Mo).

Site web : La notice du 8435
Logo de Aegedus
mardi 18 juillet 2006 à 01h25 - par  Aegedus

Bonjour à tous,

Je souhaiterais trouver une boîte légo qui me permette de faire un modèle 4x4 présentant un maximum de mécanisme "type". Je découvre ce post à propos du différentiel et je voulais savoir si la boite 8435 pourrait répondre à mes besoins ??
J’ai bien sûr notée l’évolution citée ici avec un blocage de différentiel.
Que contient cette boite comme autres mécanismes ?

Merci de vos réponse,
Aegedus

Logo de lancelot
mercredi 9 mars 2005 à 10h59 - par  lancelot

Bonjour à tou(te ?)s,
Je découvre votre site avec grand intéret et je vous en félicite ! Je n’avais plus touché aux LEGO depuis 1989 où j’avais participé aux championnats de France avec un monstrueux camion de chantier 100% lego technic, dont je n’ai gardé hélas que des photos...
C’est formidable de voir qu’il existe des passionnés de LEGO qui font meme des articles techniques. J’ai tres rarement l’occasion d’en croiser et je m’aperçois que vous semblez nombreux pourtant, sur le net. Pour en rajouter à propos du différentiel, ce mécanisme génial a été breveté par Onésiphore Pécqueur en 1828, plus de 50 ans avant les débuts de l’automobile à essence, pour réaliser un chariot à vapeur doté d’un pouvoir de braquage inoui pour l’époque. A la seule différence essentielle du LEGO, les différentiels de voiture comportent 2, 3 ou 4 satellites transversaux au lieu d’un seule dans la cage du modèle LEGO... Mais comme le couple transmis sur les modèles LEGO est moindre, on comprend la simplification du mécanisme en LEGO...

Au plaisir de lire vos articles et peut etre un jour vous rencontrer, Bien amicalement, lancelot.voisin

Logo de Didier
lundi 14 février 2005 à 13h50 - par  Didier

Merci à philo pour ces remarques très pertinentes. J’ajoute que l’erreur sur le nombre de dents est d’autant plus inexcusable que le nom en anglais de cette pièce comporte cette information :

Technic Gear 14 Tooth Bevel

Logo de Philo
lundi 14 février 2005 à 11h34 - par  Philo

Encore une fois, bravo Didier pour ces explications !

Quelques petites précisions :
La roue dentée 4143 possède 14 dents et non 16. Même si elle est en effet fragile, cela permet de réaliser des démultiplications de rapport exotique (multiples de 1/7).

Par ailleurs, son épaisseur faible (environ 1/3 de largeur de brique) la rend utile comme "rondelle" dans certains montages.

Philo

samedi 12 février 2005 à 18h01

enfin un thème ultra technique dans lequel je peux apporter ma contribution par mes connaissances rallystiques ! :o)

pour faire une petite explication simple sur l’usage d’un différentiel, les voitures de rallye 4 roues motrices actuelles ont des différentiels pilotés électroniquement, capables de laisser passer différentes pressions hydrauliques et donc de faire varier très précisément les réglages, et sur lesquelles le pilote ou le copilote agissent directement pendant la course, en actionnant un simple bouton !

les différentiels permettent d’agir sur les essieux, et sur chaque roue sur chaque essieux.
ainsi le différentiel central répartit la puissance et le couple entre roues avants et roues arrières, le différentiel arrière entre la roue arrière droite et la gauche, et le différentiel avant entre la roue avant droite et la gauche.

l’utilisation principale du différentiel central est donc d’équilibrer le plus possible la traction des roues avant et la propulsion des roues arrière pour la motricité optimale, selon que le terrain et les conditions requierent plus de propulsion ou de traction, tandis que chaque autre différentiel permet de faire tourner les roues extérieures plus vite que les roues intérieures qui ont moins de distance à parcourir, ce qui stabilise la voiture et donc augmente la vitesse de passage en courbe !

je ne connais pas les pressions utilisées dans les différentiels, mais le couple d’une WRC (xsara de Loeb par exemple) est supérieur à 55 N/m !!

voilà ! :o)
Philippe

Logo de Richard OLIVERO
samedi 12 février 2005 à 13h31 - par  Richard OLIVERO

Rendons a DIDIER
R.

Didier !! Tient absolument a me mettre coauteur. C’est une marque de sa droiture d’esprit !!!!!!!

Ma participation a cet article est vraiment minimale.

elle tient en quelques lignes d ’ explications generales.

Voilà !!!

je tenais a cette précision.

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