Brevet FR2105031A1 — publié le 19720428

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Pierre BRUANT, se rapporte à une boite de vitesses à engrenages, destinée à transmettre le couple moteur sur les traceurs agricoles ou véhicules analogues, dans laquelle les couples d'engrenages, toujours en prise, sont montés sur des arbres parallèles. On sait qu'en raison des très grandes variations d'effort de traction exigées des tracteurs agricoles, il est avantageux de disposer sur de tels véhicules d'un grand nombre de vitesses tant pour la marche avant que pour la marche arrière. De plus, quand le tracteur comporte une prise de force, il est souhaitable que l'on dispose également de plusieurs vitesses pour entraîner celle-ci, dont une vitesse proportionnelle à l'avancement pour certains travaux d'épandage ou de récolte. I1 est facile de concevoir des botes à très grand nombre de vitesses par engrenages, mais en pratique au dessus de trois vitesses le nombre de pignons et des arbres secondaires devient prohibitif et l'on aboutit à des transmissions coûteuses, encombrantes et d'un maniement délicat. L'invention a pour objet une boite de vitesses remarquable à la fois par l'agencement favorable de ses divers éléments, et par sa nouvelle construction d'ensemble, ainsi que par ltécono- mie d'encombrement ainsi réalisée. L'invention a encore pour objet une bote de vitesses à trois gammes de vitesses, utilisables au choix dans le but d'obtenir trois vitesses de transport, trois vitesses de travail aux champs et trois vitesses lentes. L'invention a encore pour objet une bote de vitesses synchronisée dans laquelle il est possible d'enclancher sous couple une vitesse très lente ou la marche arrière, grâce à la présélection des rapports de transmission qui leur correspondent. Un autre objet de l'invention est de réaliser une transmission dans laquelle l'arbre de prise de force et l'arbre de sortie de la boite sont parallèles, une paire de .pignons continuellement en prise étant prévue pour entraîner l'arbre de prise de force indépendamment du mécanisme de changement de vitesse proprement dit, à une vitesse proportionnelle à celle de l'arbre de sortie de la boite de vitesses. I1 existe déjà un mécanisme de changement de vitesse à engrenages à trois gammes de vitesses comportant, en amont de la boîte de vitesses proprement dite, trois paires de pignons démultiplicateurs dont les deux dernières peuvent être enclanchées ou mises au repos au moyen d'un accouplement. Le montage des paires de pignons pouvant être mises au repos est alors étudié de telle sorte qu'un pignon de chaque paire soit monté sur une ligne d'arbres reliée cinématiquement en permanence avec l'arbre d'entrée ou l'arbre primaire du mécanisme, par l'intermédiaire de la première paire de pignons, tandis que l'autre pignon de chaque paire est calé angulairement sur un arbre de renvoi. Ce mécanisme peut fournir, dans chaque gamme, trois vitesses en marche avant et une marche arrière.En outre, en reliant directement l'arbre d'entrée du mécanisme (arbre primaire) à l'arbre secondaire, on obtient une vitesse rapide (prise directe). A l'-encontre de ce qui précède, le mécanisme de transmission, selon l'invention, pour véhicules à trois gammes de vitesses présélectionnées et à qùatre lignes d'arbres parallèles, comprenant une première boîte de vitesses ayant dans un premier compartiment un arbre primaire, des pignons fous montés sur ledit arbre, un arbre secondaire et des pignons sur cet arbre, un arbre de renvoi et un arbre de prise de force, des dispositifs de synchronisation et de crabotage montés sur l'-arbre primaire pour solidariser avec cet arbre les pignons fous de celui-ci, et un mécanisme additionnel couplable avec la bote de vitesses et situé dans un deuxième compartiment, ce mécanisme de transmission est caractérisé par le fait que le mécanisme additionnel est constitué par une deuxième bote de vitesses ayant un arbre primaire qui est aligné et couplable avec l'arbre secondaire de la première boîte de vites-ses et un arbre secondaire qui est aligné et coupliable par un premier dispositif de crabotage avec l'arbre primaire de la première boîte de vitesses, et que ce mécanisme additionnel comporte au moins deux pignons fous pouvant être alternativement solidarisés avec l'arbre secondairé de la deuxième boîte de vitesses, au moyen d'un deuxième dispositif de crabotage situé entre lesdits pignons fous, la position axiale du dispositif de crabotage de la deuxième bote de vitesses assurant le passage des vitesses d'une gamme de vitesses à une autre gamme de vitesses. De cette façon, en plus des vitesses pouvant être obtenues avec le mécanisme de changement de vitesses proprement dit, on peut obtenir dans chaque gamme une vitesse démultipliée de telle sorte, que le mécanisme de changement de vitesse soit capable de fournir de nombreux rapports de démultiplication tout en étant de construction relativement simple.C'est ainsi, par exemple, qu'avec le nouveau mécanisme de changement de vitesse, objet de l'invention, lorsqu'on prévoit une bote de vitesses comportant trois vitesses en marche avant et une en marche arrière, si l'on tient compte en outre de la prise directe obtenue par la solidarisation de l'arbre secondaire avec l'arbre d'entrée ou arbre primaire de la bote de vitesses, il est possible d'obtenir dans chaque gamme cinq vitesses dont quatre en marche avant et une en marche arrière, de sorte qu'au total le véhicule peut être utilisé avec douze vitesses en marche avant et trois vitesses en marche arrière. Ainsi, il est possible d'adapter dans une large mesure la vitesse du véhicule aux travaux des champs et aux exigences de la circulation routière, de sorte que le mécanisme de changement de vitesse, objet de l'invention, convient spécialement pour les véhicules agricoles. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins schématiques annexés montrant à titre d'exemple un mode de réalisation possible de l'invention. Dans ces dessins - la figure 1 est une représentation schématique du mécanisme de changement de vitesse dans-lequel tous les arbres sont ramenés dans un même plan ;; - les figures 2 à 6 sont des schémas des chaînes cinématiques de la transmission du couple dans la première gamme de vitesses - les figures 7 à 11 se rapportent aux chaînes cinématiques de la transmission du couple dans la deuxième gamme de vitesses - les figures 12 à 16 se rapportent aux chaînes cinématiques de la transmission du couple dans la troisième gamme de vitesses - la figure 17 est un tableau récapitulatif des positions successives des dispositifs de crabotage et de synchronisation au cours du passage des différents rapports de vitesses ; - la figure 18 est un schema montrant les positions du sélecteur de la gamme de vitesses - la figure 19 est un schéma montrant les positions du levier commandant les vitesses dans l'une quelconque des gammes utilisées ;; - la figure 20 est une vue en coupe longitudinale du mécanisme de changement de vitesses selon la figure 1, avec une variante de la liaison avec la prise de force. Sur la figure 1 on a désigné par la référence 1 l'arbre creux d'embrayage d'avancement, sur lequel est monté un pignon 2 qui assure l'entraînement d'une première boîte de vitesses appelée ci-après "boite amont". L'arbre 1, comme le montre en détail la figure 20, permet le passage de l'arbre d'entraînement 4 d'une prise de force 5 qui est couplable avec l'arbre d'entraînement 4 au moyen d'un embrayage multi-disques 6 à commande hydraulique. Le pignon 2 est en prise constante avec un pignon 7 monté fou sur l'arbre primaire A de la boite amont. Ce montage permet l'entraînement direct de la prise de force par l'arbre moteur, et l'adaptation de la boîte à différents régimes du moteur. Un couple de pignons 8, 8i en prise constante, assure l'entraînement permanent de l'arbre secondaire B de la boite amont. Le pignon 8 est solidaire du pignon 7 et fou sur l'arbre primaire A, et le pignon 81 est solidaire de l'arbre secondaire B. Un pignon 9 est fou sur l'arbre A et en prise constante avec un pignon 91 solidaire de l'arbre B. Un dispositif de synchronisation et de crabotage S1 est monté sur l'arbre primaire A entre les pignons 8 et 9 et permet le couplage sélectif des pignons fous 8 et 9 avec l'arbre A. Un pignon double 101 - 111 monté fou sur l'arbre secondaire B est en prise constante d'une part avec un premier pignon 10 monté fou sur l'arbre primaire A de la boite amont et d'autre part avec un pignon inverseur 112 monté fou sur un arbre de renvoi E. Le pignon 112 est en prise constante avec un deuxième pignon Il monté fou sur l'arbre A. Les pignons fous 10 et 11 sont séparés par un dispositif de crabotage S2, qui peut les rendre alternativement solidaires de l'arbre primaire A de la boîte amont. Un dispositif de synchronisation et de crabotage unique est monté sur l'arbre secondaire B de la boite de vitesses. Ce dispositif Sg est également situé sur un arbre primaire C d'une deuxième boite de vitesses appelée ci-après "boite aval", les arbres B et C étant alignés. Le dispositif de synchronisation et de crabotage Sg permet le couplage sélectif soit du pignon double fou 101, îîî, monté sur l'arbre secondaire B, avec cet arbre de la boite amont, soit des arbres B et C. L'arbre primaire C de la boite aval porte trois pignons solidaires dudit arbre et désignés par les repères 121, 131, 141. Ces pignons sont respectivement en prise constante avec un pignon 12 solidaire de l'arbre A, avec un pignon fou 13 et avec un pignon fou 14, ces deux derniers étant montés sur l'arbre secondaire D de la boite aval, aligné sur l'arbre primaire A de la boite amont. L'arbre secondaire et de sortie D de la boite aval porte un premier dispositif de crabotage S3 qui permet le couplage sélectif avec cet arbre soit du pignon 12 solidaire de l'arbre A, soit du pignon 15 monté fou sur l'arbre D. Le pignon 15 est en prise avec deux pignons 15î, 152 dont le premier est monté fou sur l'arbre primaire C de la bote aval et le second est solidaire de l'arbre de prise de force 5. Les pignons fous 13, 14 de arbre D de la boîte aval sont séparés par un deuxième dispositif de crabotage 34 susceptible de solidariser alternativement les pignons 13 et 14 avec l'arbre D. Selon une variante de réalisation de la figure 20, dans laquelle on voit les compartiments C1 et C2 des boîtes de vitesses amont et aval, le dispositif de crabotage S3 et le pignon fou 15 de l'arbre secondaire B de la boite aval, sont remplacés par un pignon baladeur 215 susceptible d'être solidarisé avec le pignon fixe 12 de l'arbre primaire A. Le pignon fixe 152 monté sur l'arbre de prise de force est remplacé par un pignon fou 2152 susceptible d'être rendu solidaire de l'arbre 5 , au moyen d'un dispositif de crabotage 31 Le fonctionnement du mécanisme est le suivant a première boite de vitesses dite "bote amont" permet d'obtenir trois vitesses avant, une vitesse de marche arrière et une vitesse très lente de marche avant, de la façon suivante a) le couple de pignons en prise constante 2 - 7 assure l'entraî- nement de la boite de vitesses amont à partir de l'arbre d'embrayage 1. il permet le passage de la prise de mouvement entraînée directement par l'arbre moteur et favorise les adaptations éventuelles à différents régimes du moteur. b) le couple de pignons en prise constante 8 - 81 assure l'entraî- nement permanent de l'arbre secondaire B de la bote de vitesses amont et, par le synchroniseur S1, déplacé vers la gauche du dessin, l'entraînement de l'arbre primaire A ainsi que par le dispositif de crabotage S3 déplacé vers la gauche, l'entraînement de l'arbre de sortie D, permettant ainsi une deuxième vitesse en prise directe (figure 3). c) le couple de pignons en prise constante 9 - 91 assure, par le synchroniseur S1 déplacé vers la droite du dessin, l'entraîne- ment de l'arbre primaire A de la bote de vitesses amont et, par le dispositif de crabotage 53 déplacé vers la gauche, l'entraînement de l'arbre de sortie D, permettant ainsi une première vitesse (figure 2). d) le synchroniseur Sg déplacé vers la droite du dessin assure l'accouplement de l'arbre secondaire B de la boîte de vitesses amont avec l'arbre primaire C de la bote aval permettant ainsi une troisième vitesse (figure 4). e) le couple de pignons inverseurs 11, llS est utilisé pour la marche arrière AR. Le pignon fou Il est craboté sur l'arbre primaire A de la bote de vitesses par le dispositif S2 dépla cé vers la droite du dessin, le pignon fou 111 peut être rendu solidaire de l'arbre secondaire B par le synchroniseur S5 déplacé vers la gauche, permettant ainsi une marche AR (figure 5). f) la vitesse très lente en marche avant est obtenue par le couple de pignons 10, 101. Le pignon foulO est craboté sur l'arbre primaire A de la bote de vitesses par le dispositif S2 déplacé vers la gauche du dessin, le pignon fou 101 péut'être rendu solidaire de l'arbre secondaire B par le synchroniseur Sg déplacé vers la gauche, permettant ainsi une vitesse rampante R (figure 6). On notera que le même synchroniseur Sg est utilisé dans la même position pour la marche arrière AR et la vitesse rampante R. L'utilisateur pourra donc sélectionner, par crabotage à l'aide du dispositif S2 sur l'arbre primaire A, la vitesse rampante ou la marche arrière. La deuxième boite de vitesses dite "boite aval" permet d'obtenir trois gammes de vitesses de la façon suivante, chaque gamme englobant les vitesses définies ci-dessus par la boite amont: 1) Une gamme haute G1 est obtenue en utilisant le couple de pignons d'entrée 12 - 121. Le pignon 12 étant solidaire de l'arbre primaire C de la boite de vitesses aval, le pignon 12 solidaire de l'arbre primaire A de la bote de vitesses amont entraîne, par crabotage par le dispositif S3 déplacé vers la gauche, l'arbre secondaire D de la boite de vitesses aval. 2) Une gamme moyenne G2 est obtenue en utilisant le couple de pignons 13 - 131. Le pignon 131 étant solidaire de l'arbre primaire C de la boîte de vitesses aval, le pignon 13 monté fou sur l'arbre secondaire D, est rendu solidaire de ce dernier par crabotage par le dispositif S4 déplacé vers la gauche. 3) Une gamme lente G3 est obtenue en utilisant le couple de pignons 14 -- 141. Le pignon 141 étant solidaire de l'arbre primaire C de la boite de vitesses aval, le pignon 14 monté fou sur l'arbre secondaire D est rendu solidaire de ce dernier par crabotage par le dispositif S4 déplacé vers la droite. 4) Un entraînement de l'arbre de prise de force 5 est obtenu en utilisant le couple de pignons 15 - 151. Le pignon 15 tourne fou sur l'arbre secondaire D de la boite de vitesses aval, dont ii peut être rendu solidaire par crabotage par le dispositif S3 déplacé vers la droite, et entraîne par le pignon 152 l'arbre de prise de force 5 proportionnellement à la vitesse d'avan cement du tracteur. Le pignon 151 qui tourne fou sur l'arbre 'un bo ier primaire C de la boite aval peut assurer ltentrainement}inon représenté) de commande d'essieu avant moteur. Le tableau ci-dessous donne un exemple de rapports choisis de dentures des pignons des couples qui entrent en jeu dans les différentes vitesses repère du 81/8 91/9 10/101 111/11 121/12 13/131 14/141 couple d'en engrenages :Rapports :1,82- :1,35 : 3,3 : 1,35 : 2,46. : 1,07 : 2,92 Les chaînes cinématiques correspondant aux différentes vitesses en marche avant sont illustrées dans la gamme G1 par les figures 2 (1ère), 3 ( prise directe ou 2ème), 4 (3ème), 6 (rampante R) ; de façon équivalente dans la gamme G2 par le-s figures respectives 7, 8, 9, 11 et dans la gamme G3 par les figures respectives 12, 13, 14,. 16.Les chaînes cinématiques correspondant aux vitesses en marche arrière (AR) des trois gammes sont illustrées par les figures respectives 5, 10, 15. Dans le tableau. de la figure 17, qui montre les positions axiales des dispositifs de synchronisation et de crabotage pour les différents rapports de fonctionnement pour chaque gamme, les cercles à droite de la position neutre, indiquée par une croix, symbolisent la position à droite du dispositif sur les figures 1 et 20; les cercles à gauche de la position neutre symbolisent la position à gauche du dispositif sur le dessin. Selon que le- cercle est noir ou blanc, la partie intéressée est en crabotage ou libre. Pour les cases blanches, le dispositif est en position neutre. On voit sur ce tableau que le même dispositif de crabotage S2 est utilisé pour les marches AR et les vitesses rampantes R. Les positions axiales des dispositifs de crabota-ge S3 et S4 permettent d'envisager une commande du mécanisme avec un sélecteur de gamme conforme à la figure 18. Ce sélecteur permet au choix la commande des crabots S4 et S3, ou celle du crabot S4 et du pignon baladeur 215 (figure 20). La position G1 correspond, pour la figure 1, à la position à gauche du dispositif de crabotage S3 > la position G2 à la position à gauche du dispositif S4, la position G3 à la position à droite du dispositif S4. La commande des autres crabots et synchroniseurs est réalisée par une grille de vitesses classique représenté à la figure 19, sur laquelle les positions 1, 2 correspondent aux deux positions axiales du dispositif de crabotage S1 et les positions 3 et R/AR correspondent aux deux positions axiales du dispositif de crabotage S , En utilisant les positions G1, G2, G3 du sélecteur conformes à la figure 18 et la grille des vitesses de la figure 17 on obtient > avec les couples des pignons ayant des rapports du tableau ci-dessus, les vitesses suivantes en marche avant - dans la gamme haute G1: trois vitesses de transport de 13,7 18,5 - 25 Km/h. - dans la gamme moyenne G2 : trois vitesses de travail aux champs de 5, 2 - 7 - 9,5 Km/h. - dans la gamme lente G3 : trois vitesses lentes 1,9 - 2,6 3,5 Km/h. On obtient également dans chaque gamme une vitesse extralente ou rampante R respectivement de 3,1 - 1,1 - 0,43 Km/h, et une marche arrière AR qui n'est plus synchronisée mais seulement crabotée et dont la vitesse est respectivement de 13,7 - 5,2 1,9 Km/h. Ainsi on peut obtenir une série de vitesses lentes avec une vitesse inférieure à 2 Km/h qui satisfait un grand nombre d'utilisateurs, et une série de vitesses extra-lentes avec une vitesse inférieure à 500 m/h qui doit satisfaire desfbesoins particuliers tels que, par exemple, les planteuses. RE.VENDICATI.ONS 1. Mécanisme de transmission pour véhicules à trois gammes de vitesses présélectionnées et à quatre lignes d'arbres parallèles, comprenant une première boite de vitesses ayant dans un premier compartiment un arbre primaire, des pignons fous montés sur ledit arbre, un arbre secondaire et des pignons sur cet arbre, un arbre de renvoi et un arbre de prise de force, des primaire dispositifs de synchronisation et de crabotage montés sur l'arbre/ pour solidariser-avec cet arbre les pignons fous de celui-ci, et un second compartiment assemblé au premier et comprenant un mécanisme additionnel- couplable avec la boîte de vitesses, ledit mécanisme de transmission étant caractérisé par le fait que le mécanisme additionnel est constitué par une deuxième boîte de vitesses ayant un arbre primaire C qui est aligné et .couplable avec l'arbre secondaire B de la première boîte de vitesses et un arbre secondaire D qui est aligné et couplable par un premier dispositif de crabotage S3 avec l'arbre primaire A de la première boîte de vitesses, et que ce mécanisme additionnel comporte au moins deux pignons fous 13, 14 pouvant être alternativement solidarisés avec l'arbre secondaire D de la deuxième boite de vitesses au moyen d'un deuxième dispositif de crabotage S4 situé entre lesdits pignons fous, la position axiale du deuxième dispositif de crabotage de l'arbre secondaire de la deuxième boîte assurant le passage d'une gamme de vitesses à une autre gamme de vitesses. 2. Mécanisme de transmission selon la revendication 1, caractérisdpar le fait qu'un dispositif de synchronisation et de crabotage unique S5 est monté sur l'arbre primaire C de la deuxième bote de vitesses et sur l'arbre secondaire B de la première boite de vitesses et est situé entre lesdits arbres. 3. Mécanisme de transmission selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'arbre secondaire B de la première boite de vitesses comporte un pignon double 101 - Il1 qui est monté fou sur ledit arbre et qui présente une denture de crabotage susceptible d'entrer en prise avec ledit dispositif de synchronisation et de crabotage 55 interposé entre l'arbre primaire C de la deuxième boîte de vitesses et l'arbre secondaire B de la première boîte de vitesses. 4. Mécanisme de transmission selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le pignon double 101 - 111 monté fou sur l'arbre secondaire B de la première bote de vitesses est en prise constante d'une part avec un premier pignon 10 monté fou sur l'arbre primaire de cette boite de vitesses et d'autre part avec un pignon inverseur 112 situé sur l'arbre de renvoi E, ledit pignon inverseur étant en prise constante avec un deuxième pignon il monté fou sur l'arbre primaire A de la première boite de vitesses. 5. Mécanisme de transmission selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le premier et le deuxième pignon 10, 11 montés fous sur l'arbre primaire A de la première boite de vitesses, sont séparés par un dispositif de crabotage S2 dont la position axiale permet d'obtenir une vitesse de marche avant et une vitesse de marche arrière dans chacune des gammes de vitesses. 6. Mécanisme de transmission selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le premier dispositif de crabotage S3, permettant le couplage de l'arbre secondaire D de la deuxième boite de vitesses avec l'arbre primaire A de la première boite de vitesses, est monté sur ledit arbre secondaire D et est couplable d'une part avec un pignon 12 solidaire de l'arbre primaire A de la première boite de vitesses et d'autre part avec un pignon 15 monté fou sur l'arbre secondaire D de la deuxième boite de vitesses, ce dernier pignon étant en prise avec deux pignons 152, 151 dont le premier est solidaire de l'arbre de prise de force 5 et le second est monté fou sur l'arbre primaire C de la deuxième boite de vitesses. 7. Mécanisme de transmission selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'arbre secondaire D de la deuxième boite de vitesses comporte un pignon baladeur 215 couplable avec un pignon 12 solidaire de l'arbre primaire de la première boite de vitesses, ledit pignon baladeur étant en prise avec un pignon fou 2152 couplable avec l'arbre de prise de force 5.