Brevet FR2484586A1 — publié le 19811218

Boite de vitesses automatique à quatre vitesses et une marche arrière obtenues à l'aide de quatre organes de commande. La présente invention concerne les changements de vi- tesses épicycloidaux. Suivant un type connu de changement de vitesses épicy- cloidal, les arbres menant et menés sont disposés concentri- quement et ils comportent plusieurs trains, simples ou com- plexes. Les différents rapports sont obtenus en liant en rotation l'un ou l'autre des éléments par des embrayages avec l'arbre menant, et en immobilisant à l'aide de freins un ou plusieurs autres éléments. Les embrayages et les freins les plus couramment utilisés comportent des disques annulaires réalisés pour obtenir les caractéristiques de frottement convenables, l'ensemble des disques étant serré par un dispositif hydraulique. A chaque rapport de vitesses obtenu correspond en général le serrage de deux éléments au moins, les autres éléments étant libres. Le rendement de l'ensemble des trains épicycloidaux d'un changement de vitesses est affecté par les frottements para- sites, appelés "trainée", des éléments non serrés. Un des moyens d'améliorer le rendement est donc de limiter le nombre des éléments (embrayages et/ou freins) non serrés. La plupart des changements de vitesses comportent au moins deux embra- yages d'entrée et au moins deux freins, mais le nombre desdits embrayages et freins dépend du nombre des rapports de vitesses en marche avant. Le plus souvent les changements de vitesses à trois rap- ports en marche avant comportent deux embrayages et deux freins alors que les changements de vitesses à quatre rapports en marche avant comportent deux embrayages et trois freins, et quelquefois trois embrayages et deux freins, soit cinq organes de commande. Le but de l'invention est de modifier une boîte à trois rapports du type précédent de manière à obtenir une boîte à quatre rapports sans ajouter d'organe de commande supplé- mentaire. Selon une des caractéristiques principale d'un mécanisme de changement de vitesses selon l'invention, ce résultat est obtenu par l'association d'un mécanisme à deux trains épicy- cloidaux simples de caractéristiques particulières, donnant normalement entre l'arbre d'entrée et un organe de sortie trois rapports en marche avant et un en marche arrière et donnant en outre le blocage de l'organe de sortie par une combinaison normalement non utilisée des actionnements des organes de commande, avec un train rassembleur qui additionne les couples fournis respectivement par l'organe de sortie et par l'arbre d'entrée pour entraîner un arbre de sortie, ce qui permet d'obtenir une nouvelle gamme de quatre rapports en marche avant et un en marche arrière, sans ajouter un cin- quième organe de commande (embrayage ou frein), le rapport supplémentaire (première) étant obtenu par ladite combinaison provoquant le blocage de l'organe de sortie. Il résulte de cette disposition que sur tous les rapports la utrainéel due aux organes de commande 'libres' est réduite d'un tiers par rapport à un mécanisme classique à quatre rapports en marche avant. Selon une autre caractéristique d'un mécanisme de chan- gement de vitesses à trains épicycloidaux selon l'invention, la position, le nombre et la fonction des organes de commande (embrayages et freins) peuvent être commun à un mécanisme à trois rapports et à un mécanisque à quatre rapports ce qui rend possible la conception et la réalisation d'organes com- muns, tels qu'éléments tournants ou carters, ou comportant au moins des caractéristiques dimensionnelles communes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap- paraîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé sur lequel: la fig. 1 représente une vue schématique en coupe longi- tudinale d'un mécanisme à quatre rapports en marche avant et une marche arrière; la fig. 2 représente une vue schématique en coupe longi- tudinale d'un mécanisme à trois rapports en marche avant et une marche arrière comportant de nombreux organes communs avec le mécanisme de la fig. 1. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, et donné à titre d'exemple non limitatif, le mécanisme de transmission comprend selon les fig. 1 et 2, un convertisseur hydrociné- tique de couple 1 et une boite de vitesses à trains épicy- cloidaux 2. Le convertisseur de couple comprend de manière classique trois éléments: l'impulseur ou pompe 3, relié au moteur d'entraînement du véhicule non représenté sur les figures et entraînant la pompe de servitude 5' de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un arbre 4 qui'traverse la botte de vitesses 2, une turbine 6 dont l'arbre 5 constitue l'arbre d'entrée de la boite et un réacteur 7 monté par l'in- termédiaire d'un dispositif à roue libre 8. Selon une des formes de réalisation de l'invention repré- sentée sur la fig. 1, le couple de la turbine transmis par l'arbre 5 se divise en deux parties, la première étant trans- mise à l'élément 27 d'entrée commun aux deux embrayages et la seconde au planétaire 25 du troisième train épicycloidal. Les trois trains epicycloIdaux du mécanisme 2 sont logés dans le carter de mécanisme 9. Un premier train double reçoit une partie du couple par l'élément d'entrée 27 et le transmet avec un rapport variable à un organe de sortie 20 lié à la couronne 22 du troisième train, lequel train recevant par le planétaire 25 l'autre partie du couple joue le rôle de train "rassembleur". Le couple total résultant appliqué au châssis porte- satellites 24 portant les satellites 23 se transmet par l'arbre de sortie 10 et les deux pignons de descente Il et 12 au couple conique 13 qui transmet le couple aux roues du véhicule par l'intermédiaire d'un différentiel classique. Les différents rapports de transmission sont obtenus en actionnant selon un processus prédéterminé deux des organes de commande et en en libérant simultanément deux autres. Ces organes de commande comprennent: un premier em- brayage El, un second embrayage E2, un premier frein Fl et un second frein F2. Les deux embrayages et les deux freins peuvent être commandés hydrauliquement de manière classique en utilisant des embrayages et freins multidisques soumis à l'action d'un piston recevant la pression d'un fluide hydraulique. Le premier embrayage El est utilisé pour les rapports de marche avant en troisième et quatrième. L'élément 27 transmet par cet embrayage une partie du couple de turbine à un élément intermédiaire 28, et de là au châssis porte-satellites 17 du premier train planétaire ainsi que, par l'intermédiaire de l'arbre tubulaire 14, à la couronne 18 du deuxième train planétaire. Le deuxième embrayage E2 est utilisé pour le second rapport de marche avant et pour la marche arrière. L'élément d'entrée 27 transmet par cet embrayage une partie du couple de turbine à la couronne 15 du premier train planétaire, laquelle couronne 15 engrène avec le jeu de satellites 16 portés par le châssis porte-satellites 17. Le premier frein Fl est susceptible d'immobiliser l'élé- ment intermédiaire 28, et par conséquent le premier châssis porte-satellites 17 et la couronne 18 du deuxième train plané- taire. Il est utilisé pour obtenir le premier rapport de marche avant et la marche arrière. Le second frein F2 est susceptible d'immobiliser l'élé- ment d'arrêt 29 solidaire du planétaire double 19 commun aux deux premiers trains planétaires. Il est utilisé pour obtenir les trois premiers rapports de marche avant. Comme indiqué ci-dessus, l'organe de sortie du train planétaire double est le châssis porte-satellites 20 du second train lié en rotation à la couronne 22 du train rassembleur.- Pour obtenir le premier rapport les freins FI et F2 sont actionnés simultanément ce qui entraîne l'immobilisation du train double d'entrée et de la couronne 22. Le couple moteur passe intégralement par le planétaire 25 et le rapport de vitesse obtenu ne dépend que de la raison R3 du train rassem- bleur et il a pour valeur relative 1+3 de la vitesse tur- bine. Pour obtenir les autres rapports de vitesses en marche avant et la marche arrière, le train rassembleur ajoute le couple transmis par le planétaire 25 au couple transmis à travers le mécanisme à train planétaire double par la couronne 22. La vitesse obtenue à l'arbre de sortie 10, c'est-à-dire la vitesse du châssis porte-satellites 24, est liée aux vi- tesses relatives du planétaire 25 et de la couronne 22 par la relation: Vitesse de sortie = vitesse planétaire + R3 vitesse 1+R3 pln1ar +R3vies couronne. La vitesse de la couronne 22 dépend des caractéristiques des premier et second train planétaires, des éléments liés en rotation et des deux organes de commande actionnés. Pour le rapport de quatrième les embrayages El et E2 sont actionnés simultanément il en résulte que la vitesse de la couronne 22 est égale à la vitesse de l'arbre d'entrée 5, qui est aussi celle du planétaire 25, et finalement l'arbre 10 tourne aussi à cette meme vitesse (prise directe). - Selon le mode de réalisation du mécanisme de la fig. 1, donné à titre d'exemple non limitatif, les vitesses relatives de sortie du mécanisme ont pour valeur: Pour le second rapport: vJM2 = R2 Ri (R2 + i (1+Rl) Pour le troisième rapport: UUM3 =R2 -R2i Pour la marche arrière: AYMAR = R2l1 Dans ces relations Rl et R2 désignent les raisons res- pectives des premier et second trains planétaires du méca- nisme, c'est-à-dire pour chacun d'eux le rapport entre les nombres de dents de la couronne et du planétaire.. Le choix des caractéristiques des divers éléments des trains est fait de telle sorte que l'échelonnement des diffé- rents rapports en marche avant soit correct. Pour obtenir un rapport de marche arrière acceptable il est nécessaire que dans la relation: Vitesse de sortie = vitesse planétaire + iR3- OxMAR 1+R3 3 IÉ le second terme négatif, qui devient (1+R3) x R21 ait une valeur absolue très supérieure au terme 1+R3 Pour illustrer les avantages d'un changement de vitesses à trains épicycloidaux donnant quatre rapports en marche avant et un rapport en marche arrière avec seulement quatre organes de commande, un exemple de réalisation correspondant à la fig. 1 est donné ci-dessous: Soit un ensemble de trois trains épicycloldaux dont les raisons sont respectivement Rl = 1,72; R2 = 2 et R3 = 2,58. On calcule tout d'abord les vitesses de sortie WOM du mécanisme pour les deuxième et troisième rapport et la marche arrière, ce qui donne tous calculs faits %JUM2 = 0,422; UJM3 = 0,667: WJMAR = - 0,572. La relation correspondant au train rassembleur de raison R3 = 2,58 pour valeur: vitesse sortie = 0,279 vitesse planétaire + 0,721 vitesse mécanisme. Les rapports de vitesses obtenus, en négligeant le glis- sement du convertisseur de couple, ont pour valeurs rela- tives: première vitesse = l+R3 = 0,279 seconde vitesse = 0,279 + 0,721 x 0,422 = 0,583 troisième vitesse = 0,279 + 0,721 x 0,667 = 0,760 quatrième vitesse = 1,000 marche arrière = 0,279 + 0,721 x (-0,572) = - 0,134. La gamme des vitesse obtenues a pour valeur 1 + R3, soit pour cet exemple 3,58, et ne dépend que du train rassembleur. Selon une autre caractéristique d'un changement de vi- tesses à train épicycloidal selon l'invention, un nombre d'éléments en rotation et les organes de commande peuvent être communs à un changement de vitesses à trois rapports en marche avant. Selon le mode de réalisation représenté sur la fig. 2, donné à titre d'exemple, d'un changement de vitesses à trois rapports, les caractéristiques des deux premiers trains sont conservées ainsi que les liaisons entre ces deux trains. Par contre, la liaison avec les embrayages El et le frein Fl a été modifiée, ainsi que la liaison avec le frein F2. Le premier embrayage El est utilisé pour le rapport de troisième et la marche arrière. L'élément 27 d'entrée transmet par cet embrayage le couple de turbine à l'élément intermé- diaire 28 au planétaire double 19 commun aux deux premiers trains planétaires. Le deuxième embrayage E2 est utilisé pour les trois rapports de marche avant. L'élément d'entrée 27, comme dans la version quatre vitesses, transmet par cet embrayage le couple de turbine à la couronne 15 du premier train planétaire. - Le premier frein Fl est susceptible d'immobiliser par l'élément intermédiaire 28 le planétaire double 19. Il est utilisé pour obtenir le second rapport de marche avant et dans ce cas, le rapport de vitesses est obtenu par le premier train seul. - Le second frein F2 est utilisé pour le rapport de première en marche avant et pour la marche arrière, il est susceptible d'immobiliser le châssis porte-satellites 20 du second train planétaire solidaire dans ce cas de l'élément d'arrêt 29. L'organe de sortie du train planétaire double est l'arbre tubulaire 14, lié d'une part au porte-satellites 17 du premier train et d'autre part à la couronne 18 du deuxième train. On voit ainsi que dans ce cas l'organe 28 est lié à 19 mais n'est plus lié à 17-18; 10 est relié directement à 18 et 29 à 20 au lieu de 19. Selon le mode de réalisation du mécanisme de la fig. 2, donné à titre d'exemple non limitatif, mais qui a l'avantage de donner un échelonnement de vitesses convenable, les vi- tesses de sortie du mécanisme ont pour valeur; Pour le premier rapport VJM1 Rl RZ+Rl+l. Pour le second rapport O.JM2 Rl+ Pour la troisième J M3 = 1 Pour la marche arrière WUMAR = R2 24S4586 Comme pour le mécanisme de la fig. 1, dans ces relations RI et R2 désignent les raisons respectives des premier et second train planétaire du mécanisme. A titre d'exemple, en utilisant les mêmes raisons que pour l'exemple donné ci-dessus d'un mécanisme à quatre rap- ports en marche avant, les rapports obtenus avec le mécanisme à trois rapports en marche avant dérivé ont pour valeurs respectives, tous calculs faits: Ml = 0,365; M2 = 0,632; M3 = 1,000; MAR = -0,5. La gamme obtenue a pour valeur l'inverse du rapport de première vitesse soit 2,74 ou (R2+Rl+l) Ri Les deux exemples donnés ci-dessus ne sont pas limitatifs et d'autres caractéristiques peuvent être choisies sans sortir du cadre de l'invention. Les tableaux 1 et 2 ci-dessous résument le fonctionnement des dispositifs décrits et donnés à titre d'exemple. Sur ces tableaux la colonne de gauche indique les rapports de vitesses avec en correspondance sur chaque ligne horizontale, une croix indiquant les éléments activés pour obtenir ce rapport; la colonne de droite indique la valeur des vitesses obtenues. Le tableau 1 correspond à la version à quatre rapports de la fig. 1. Le tableau 2 correspond à la version à trois rapports de la fig. 2. TABLEAU 1 E1 E2 F1 F2 Rapport 1 X X 0,279 2 X X 0,583 3 X X 0,760 4 X X 1,00O AR X X -0,134 TABLEAU 2 El E2 F1 F2 Rapport AR X x x X X X X X 0,365 0,632 1,000 -0, 500 REVENDICATIONS 1. Changement de vitesses à trains épicycloidaux associé à un convertisseur de couple dans lequel un mécanisme formé de trains épicycloidaux et d'organes de liaison commandés (El, E2, FI, F2), du type frein ou embrayage, introduit selon diverses combinaisons des actionnements de ces organes un rapport de vitesse variable entre un arbre d'entrée (5) pro- venant du convertisseur (1) et un organe de sortie (20), caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un train rassembleur à deux entrées (22, 25) et une sortie (24) dont une des entrées (22) est reliée audit organe de sortie (20) dudit mécanisme, dont l'autre entrée (25) est reliée directement audit arbre d'en- trée (5) et dont la sortie (24) est reliée à l'arbre de sortie (1o) de l'ensemble; et que la commande du mécanisme comporte une combinaison supplé- mentaire, normalement non utilisable, provoquant le blocage en rotation de l'organe de sortie (20), blocage auquel correspond un rapport de vitesse supplémentaire pour l'arbre de sortie sans organe de liaison commandé supplémentaire. 2. Changement de vitesses selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mécanisme est du type comportant deux trains simples, deux freins (Fl, F2) et deux embrayages (El, E2) et fournissant sur l'organe de sortie trois rapports de marche avant et une marche arrière, que le train rassembleur additionne les couples et les vitesses dans le même sens pour lesdits trois rapports de marche avant, 0 que la raison du train rassembleur et le rapport de marche arrière du mécanisme sont tels que la vitesse inverse de l'organe de sortie (20) soit prépondérante sur la vitesse directe de l'autre entrée (25) du train rassembleur afin d'obtenir une marche arrière réelle et d'un rapport convenable J5 sur l'arbre de sortie (10). 3. Changement de vitesses selon la revendication 2, caractérisé en outre par le fait que la raison du train rassem- 24845e6 bleur est telle que le rapport de vitesse supplémentaire correspondant au blocage de l'organe de sortie (20) s'insère dans un échelonnement correct en tant que rapport de première dans les quatre rapports de marche avant obtenus par l'en- semble. - 4. Changement de vitesses selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les raisons des deux trains du mécanisme sont choisies de manière telle que, par omission du train rassembleur et modification éventuelle de certaines -liaisons internes, on obtienne en deuxième version une bolte classique à trois rapports correctement échelonnés et une marche arrière, ayant par conséquent la plupart de ses organes et éléments en commun avec la première version d'une boîte à quatre rapports selon l'invention. 5. Changement de vitesses selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les organes et éléments communs aux deux versions comprennent notamment un planétaire double (19) pour les deux trains, le châssis porte-satellites (17) du premier train solidarisé par un arbre tubulaire (14) avec la couronne (18) du deuxième train, le chassis porte-satellites (20) du deu- xième train, l'arbre de sortie (10), la couronne (15) du premier train reliée par un second embrayage (E2) à un élément d'entrée (27) solidaire de l'arbre d'entrée (5) et relié par un premier embrayage (El) à un élément intermédiaire (28), lui-même relié par un premier frein (F1) au carter de l'en- semble, enfin un second frein (F2) reliant le carter à un élément d'arrêt (29); que, dans la première version, l'élément intermédiaire (28) est couplé au châssis porte-satellites (17) du premier train, l'élément d'arrêt (29) au planétaire double (19), et l'arbre de sortie (10) au train rassembleur dont une des entrées est le châssis porte-satellites (20) du deuxième train; et que, dans la deuxième version, l'élément intermédiaire (28) est couplé au planétaire double (19), l'élément d'arrêt (29) au châssis porte-satellites (20) du deuxième train, et l'arbre de sortie (10) à l'arbre tubulaire (14), tandis que les éléments (22, 23, 24, 25) du train rassembleur- sont omis.