Brevet FR2492486A2 — publié le 19820423

FR 2492486 A2 19820423 FR 8117518 A 19810916 La présente addition se rapporte à un dispositif de synchronisation auto- bloquant, utilisé par exemple dans des boites de changement de vitesses de véhicules automo- biles, et permettant de synchroniser les changements de rapports. Lorsque, dans une boite de changement de vitesses, on passe d'un rapport à un autre, deux éléments tournant à des vitesses angulaires différentes doivent être accouplés par un troisième élément mobile axialement. Dans des dis- positifs de synchronisation connus, ces deux éléments ro- tatifs (dénommés ci-après "moyeu de synchronisation" et "roue dentée") présentent chacun une denture externe d'ac- couplement, dans laquelle engrène une denture interne d'ac- couplement du troisième élément (dénommé ci-après "douille is coulissante") destiné à les relier. Lorsque cette douille coulissante, qui se trouve par exemple en prise avec le moyeu de synchronisation ne tournant pas, glisse sur la denture externe de la roue dentée, il se produit alors un grincement des dentures lorsque les deux couronnes dentées entrent frontalement en contact, ce qui, outre un bruit très intense et désagréable, entraîne une détérioration de ces dentures. Pour éviter un tel bruit et la détérioration qui en résulte, il est connu d'utiliser un mécanisme de synchronisation qui synchronise tout d'abord les deux élé- ments à accoupler, donc les amène à la même vitesse de ro- tation, après quoi la douille coulissante peut être aisément engagée dans la denture d'accouplement correspondante de la roue dentée. Dans l'état actuel de la technique (publication de la Demanderesse intitulée "Sperrsynchronisierung" 42290/R 2964-367, parue en mars 1967), on utilise à cet effet une bague dite de synchronisation qui, intercalée entre le moyeu de synchronisation à accoupler et la roue dentée, estd'une part, en relation "d'entraînement rota- tif" avec ledit moyeu et, d'autre part, constitue un em- brayage à friction avec ladite roue dentée. En outre, cette bague de synchronisation connue présente à son tour une denture externe d'accouplement possédant, pour l'essentiel, la même conformation que la denture externe d'accouplement des deux autres éléments (moyeu de synchronisation et roue dentée). De plus, dans le moyeu de synchronisation, plu- sieurs goujons dits à têtes sphériques et plusieurs blocs presseurs sont mobiles axialement à la périphérie, chaque goujon à tête sphérique étant en outre monté élastiquement dans le sens radial. Les goujons à têtes sphériques s'en- gagent dans un évidement annulaire ménagé dans la face in- terne de la paroi de la douille coulissante, d'o il résulte que cette dernière est pratiquement centrée dans une posi- tion déterminée. Lorsque, lors d'un changement de vitesses, la douille coulissante est déplacée axialement, elle entraîne obligatoirement dans le sens axial, lors de son déplacement, chaque goujon à tête sphérique et chaque bloc presseur, le- dit bloc presseur exerçant alors une pression axiale sur la bague de synchronisation. De ce fait, cette bague de syn- chronisation est déplacée vers la roue-dentée, ce qui met en prise l'ensemble de l'embrayage à friction. Dans ce cas, la bague de synchronisation est décalée tangentiellement dans la direction de la vitesse angulaire relative, jusqu'à atteindre une butée solidaire du moyeu de synchronisation, auquel cas la denture de ladite bague de synchronisation empêche un glissement de la douille coulissante en direction de la seconde denture d'accouplement. Seule la présence d'un synchronisme permet à la denture de la bague de synchroni- sation de continuer à déplacer la douille coulissante, le goujon à-tête sphérique étant alors en même temps poussé radialement vers l'intérieur. Un tel dispositif de synchro- nisation auto-bloquant utilisant cette bague de synchroni- sation connue est rendu fort coûteux, par la denture de ladite bague qui doit comporter des biseaux de verrouillage et un bombage. Par ailleurs, la force appliquée à la douille coulissante doit être relativement grande pour obtenir une force cor- respondante de l'embrayage de synchronisation. - Pour obtenir un accroissement de la force d'ac- couplement, il est connu de doter la bague de synchronisa- tion du mécanisme de synchronisation d'un accouplement à friction à double cône. Dans ce cas cependant, tout en uti- lisant plus de composants et en augmentant considérablement l'encombrement, on obtient un accroissement de la force correspondant à peine à un doublement. La présente addition a par conséquent pour objet un dispositif de synchronisation auto-bloquant pour boites de changement de vitesses, dans lequel deux organes disposés concentriquement et tournant à des vitesses angulaires dif- férentes, par exemple un moyeu de synchronisation et une roue dentée, sont accouplés par conformation,lorsque règne un synchronisme1au moyen d'une douille annulaire coulissante mobile axialement, auquel cas une denture interne d'accou- plement de ladite douille coulissante est en prise avec une denture externe correspondante d'accouplement des deux élé- ments rotatifs, des organes de verrouillage, montés élas- tiquement et déplaçablbs radialement dans ledit moyeu de synchronisation, étant engagés dans un évidement annulaire ménagé dans la face interne de la paroi de ladite douille coulissante, en étant mobiles axialement) cependant qu'une bague de synchronisation, intercalée axialement entre les deux éléments, accompliten principe le même mouvement ro- tatif que ledit moyeu de synchronisation, auquel cas des parties de la roue dentée forment un accouplement mécanique commun avec des parties de ladite bague de synchronisation. Ce dispositif de synchronisation auto-bloquant- assure, de la manière la plus simple et la moins onéreuse, un blocage de la douille coulissante jusqu'à l'obtention d'un synchro- nisme entre les deux éléments à accoupler, tout en accrois- sant en même temps la force d'accouplement agissant axiale- ment, sans augmenter pour autant l'encombrement par rapport aux dispositifs de synchronisation existants. La présente addition vise par ailleurs à permettre un remplacement simple et rapide de dispositifs de synchronisation déjà incorporés par le dispositif de synchronisation qu'elle propose, lequel doit être utilisable dans toutes les boltes de changement de vitesses synchronisées. Selon les caractéristiques essentielles du dis- positif de l'addition, l'organe de blocage disposé dans le moyeu de synchronisation, ainsi que la bague de synchroni- sation, ne comportent qu'une seule surface efficace pour transmettre la force axiale de poussée et la force de ver- rouillage radiale et tangentielle en l'absence d'un syn- chronisme. La présente addition constitue un perfection- nement avantageux au brevet principal. Dans ce brevet principal, la bague de synchronisation et l'or- gane de verrouillage présentent circonférentiellement des faces inclinées orientées vers l'extérieur et vers l'inté- rieur, respectivement, ces faces inclinées coopérant pour empêcher la douille coulissante d'embrayer avec la roue den- tée lorsque le moyeu de synchronisation et ladite roue den- tée à accoupler tournent à des vitesses angulaires diffé- rentes, et pour autoriser cet embrayage lorsqu'il y a -20 équilibre entre les vitesses angulaires. En outre, il est prévu une autre zone de contact sur chacun des éléments identiques {organe de blocage et bague de synchronisation), ces zones coopérant entre elles et contribuant à amplifier la force de synchronisation appliquée par la douille cou- lissante sur l'organe de blocage, et à transmettre cette force à la bague de synchronisation. Bien que cet agencement permette d'obtenir un très bon effet de renforcement de la synchronisation, ainsi qu'un bon effet de blocage lorsque la roue dentée et le moyeu de synchronisation tournent à des vitesses angulaires, les pertes par friction sont, certes, moins importantes lors d'un changement de vitesses que dans l'art antérieur, mais elles restent cependant relativement élevées. Partant, l'agencement proposé par la présente addition vise en particulier à améliorer la force de glis- sement ou chevauchement après qu'un synchronisme a été obtenu. Par suite de la réduction à une seule zone de contact entre l'organe de blocage et la bague de synchro- nisation, zone par l'intermédiaire de laquelle sont trans- mises aussi bien la force de poussée agissant axialement que la force de blocage agissant tangentiellement dans le sens radial, il est possible de réduire le frottement en particulier lors du déblocage et du chevauchement. Etant donné que, lorsqu'il n'est prévu qu'une seule zone de con- tact, la force normale est déportée dans l'espace par rapport à la direction axiale, on obtient par ailleurs une réduction de la friction, de sorte qu'une moindre force de commande est nécessaire et que la commutation est plus facile et plus régulière tout en étant parfaitement fiable lors du processus de blocage. Par une adaptation correspondante de la géométrie de contact et de l'inclinaison angulaire supérieure de l'organe de blocage et éventuellement aussi du bloc pres- seur, les effets d'amplification. de blocage et de chevau- chement du dispositif de synchronisation peuvent être rendus optimaux indépendamment les uns des autres. Celà est parti- culièrement important en présence de dispositifs de synchro- nisation à disques, car la place disponible pour leur incor- poration est relativement faible et parce que, malgré celà, environ neuf couples de friction sont nécessaires pour obte- nir l'effet de frottement d'un dispositif de synchronisa- tien à cônes présentant environ les mêmes dimensions. Une autre diminution de la friction peut être obtenue lorsque les faces efficaces de l'organe de blocage et de la bague de synchronisation sont curvilignes, car le processus de déblocage s'en trouve simplifié. Lorsque les faces efficaces consistent en des faces rotatives, il en résulte une réalisation favorable et relativement simple, notamment lorsque ces faces rota- tives de la bague de synchronisation se trouvent sur des tenons qui font saillie dans le sens axial en direction de l'organe de verrouillage. Lorsque ces faces rotatives sont coniques, com- me c'est le cas lorsqu'elles se présentent sous la forme de cônes ou de troncs de cônes sur les tenons de la bague de synchronisation, la configuration géométrique est très simple et particulièrement facile à réaliser, auquel cas il doit cependant être tenu compte d'une surface de contact (théoriquement ponctuelle) relativement faible. Lorsqu'on vise à obtenir une faible pression, il est commode de donner aux tenons de la bague de synchroni- sation et à la face efficace de l'organe de blocage la for- me d'hyperboloide à une nappe qui, lorsqu'il y a pression 1i réciproque, entraînent en théorie un contact linéaire et en pratique un plus grand contact superficiel, par compa- raison avec une forme conique. Lorsque, pour compléter les organes de blocage, des blocs presseurs montés élastiquement dans le sens ra- dial sont disposés de manière appropriée en étant répartis à la périphérie du moyeu de synchronisation, il est possible d'accélérer l'amorçage de la synchronisation et de réduire la course de chevauchement de la douille coulissante. En outre, l'effet de blocage est plus s7ûr aussi longtemps que le synchronisme entre le moyeu de synchronisation et la roue dentée n'est pas encore atteint. Cette forme de réalisation simple, dans laquelle l'organe de blocage et la bague de synchronisation ne pré- sentent chacun qu'une seule face efficace, peut âtre con- crétisée aussi bien pour un dispositif de synchronisation à cônes qu'à disques, et celà lorsque l'espace disponible pour l'incorporation est le mâme. Par une configuration appropriée de la géométrie des surfaces de contact du dispositif de synchronisation, on peut aussi obtenir une répartition de l'usure, comme l'a déjà proposé le brevet principal et l'accrois- sement de force est efficace, non seulement pendant le pro- cessus de synchronisation, mais également pendant le pro- cessus de déblocage. Outre le fait que la présente addition atteigne son objectif propre, sa forme de réalisation principale et ses perfectionnements avantageux satisfont aux exigences relatives à un dispositif de synchronisation autobloquant, à savoir: maintien de l'état de blocage pendant la phase d'équilibrage des vitesses angulaires et déblocage le plus doux possible lors du fonctionnement en synchronisme. L'addition va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et-sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale partielle illus- trant une première forme de réalisation d'un dispositif de synchronisation auto-bloquant selon l'invention; la figure 2 est une coupe fragmentaire selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue fragmentaire avec coupe partielle représentant une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention; la figure 4 est une élévation fragmentaire ana- logue à la coupe de la figure 2 et correspondant à la fi- gure 3; - la figure 5 est une coupe axiale partielle d'un dispositif de synchronisation auto-bloquant équipé d'un bloc presseur la figure 6 est une représentation schématique en plan d'une bague de synchronisation, à la périphérie de laquelle sont répartis des organes de blocage et des blocs presseurs; et les figures 7A et 76 sont des coupes axiales fragmentaires d'une bague de synchronisation, illustrant les accouplements à friction. Comme il ressort des figures 1 et 2, le disposi- tif de synchronisation auto-bloquant comporte une douille coulissante 1, qui est assujettie en rotation de manière permanente à un moyeu de synchronisation 2, par l'intermé- diaire d'une denture 11, 21. Ce moyeu de synchronisation 2 est en outre assujetti en rotation et axialement à un arbre (non représenté), en premier lieu l'arbre de sortie, et il supporte dans des évidements des organes de verrouillage ou de blocage 3. Au moins une roue dentée 5 est assujettie axialement sur ce moyeu de synchronisation, tout en pouvant cependant tourner. Entre la roue dentée 5 et chaque organe de blocage 3, une bague de synchronisation 4 est logée dans des échancrures 22 du moyeu de synchronisation 2, de telle sorte que le-s faces efficaces 42 de tenons coniques 41, faisant saillie au-delà d'une face annulaire 43 de ladite bague 4 en direction de chaque organe de blocage 3, puissent venir en contact avec la face efficace 32 d'une enveloppe _ conique 33. Chaque organe de blocage 3 est monté élastique- ment (en 37) dans le sens radial, il présente vers l'exté- rieur la forme d'un toit (en 38) en inscrivant un angle 6, et il pénètre dans une fraisure 12, de forme complémentaire, ménagée dans la douille coulissante 1. Les deux tenons 41 de la bague de synchronisation 4, associés à chaque organe de blocage 3, permettent un mouvement relatif tangentiel de ladite bague de synchronisation par rapport au moyeu de synchronisation 2, et ils sont distants d'intervalles tels que le changement de vitesses soit interdit dans les deux positions extrêmes, et *autorisé dans la position médiane. Les figures 3 et 4 sont des représentations sim- plifiées et elles correspondent,quant au principeaux fi- gures 1 et 2, à cette différence que les faces efficaces de tenons 41' d'une bague de synchronisation 4', ainsi que la face efficace 35 (face périphérique 36) d-'un organe de blocage 3', orientée vers lesdits tenons 41', ont la forme d'un hyperboloide à une nappe. La figure 5 est une coupe axiale analogue à la figure 1, illustrant un dispositif de synchronisation auto- bloquant équipé d'un bloc presseur 6 et d'une bague de syn- chronisation 4", plus large dans le sens radial. La figure 6 met en évidence la manière dont les organes de blocage 3, 3' et les blocs presseurs 6 peuvent être disposés (par exemple trois par trois) à la périphérie du dispositif de synchronisation, de même que la façon dont les tenons 41, 41', associés à chaque organe de blocage 3 ou 3', peuvent être montés sur la bague de synchronisation 4 ou 4'. Les figures 7A et 7B sont des coupes axiales d'une bague de synchronisation 4 ou 4'; sur la figure 7A, la surface de synchronisation de la bague 4 consiste en un cône 46 et la face efficace du tenon 41 est formée par un cône 42; sur la figure 7B, la synchronisation est assurée par des disques (porte-disques 47) et la face efficace du tenon 41' consiste en un hyperboloide 45 à une nappe. Lorsque la douille coulissante 1 est déplacée, par exemple, en direction de la roue dentée 5, l'organe de blocage 3 ou 3' pivote dans la même direction et il amorce la synchronisation (le cône 46 solidaire de la bague de synchronisation 4 et le cône 51 solidaire de la roue dentée entrent légèrement en contact mutuel). Il est pos- sible de réduire-sensiblement la course d'amorçage de la synchronisation, ainsi que de raccourcir la durée de ce processus lorsque la synchronisation est amorcée par l'in- termédiaire de blocs presseurs 6 (figure 5), car la course axiale de la douille coulissante est alors répercutée pres- que totalement sur la bague de synchronisation 4", par suite de la faible distance radiale et axiale la séparant de ladite bague 4". Lorsqu'il existe une différence entre les vitesses angulaires du moyeu de synchronisation 2 (de même que de la douille coulissante 1, de l'organe de blocage 3, du bloc presseur 6 et, en principe, également de la bague de syn- chronisation 4, 4' ou 4") et de la roue dentée 5, la bague de synchronisation effectue aussitôt un déplacement relatif dans le sens circonférentiel par rapport à la position de l'organe de blocage 3 ou 3' et les faces efficaces 32, 42 ou 35, 45 viennent mutuellement en contact. Dans cette position, la poursuite du changement de vitesses est bloquée. Lorsqu'une autre pression de com- mande (force de commande) est appliquée à la douille coulis- sante 1 dans le sens axial, cette force de commande de la synchronisation est amplifiée en fonction du rapport des leviers entre la douille coulissante et le point de rota- tion de l'organe de blocage et entre ce point de rotation 1 0 et le point de contact des faces efficaces (par exemple 32, 42). Cela est particulièrement avantageux lorsque, comme le montre la figure 7, les surfaces de synchronisation con- sistent en des disques. Lorsqu'on a utilisé des blocs pres- seurs 6, ces blocs peuvent être escamotés radialement vers l'intérieur lors de ce processus et aussi ultérieurement, lorsque le changement de vitesse se poursuit. Lorsqu'un synchronisme a été atteint par suite de ce processus, la pression de commande (force de commande) prédomine et l'or- gane de blocage 3 ou 3' est poussé radialement vers l'in- térieur, d'o il résulte que la bague de synchronisation 4 ou 4' est conjointement mise tangentiellement en rotation par les faces efficaces, de sorte que les organes de blocage 3 et 3' sont déplacés à une position intermédiaire sensible- ment centrale entre les tenons 41 et 41'. Désormais, la douille coulissante 1 peut, par sa denture 11, établir une liaison par conformation entre les dentures d'accouplement 21 du moyeu de synchronisation 2 et la denture d'accouplement 53 de la roue dentée. Il est évident que cette force de commande n'est pas accrue uniquement pour assurer la synchronisation, mais aussi pour permettre le processus de chevauchement. Cependant qu'une influence considérable peut être exercée sur les effets d'amplification, de blocage et de chevauchement par suite de l'inclinaison angulaire du som- met de l'organe de blocage 3 ou 3' et par suite de la confi- guration des faces efficaces de chaque organe de blocage et de la bague de synchronisation (géométrie de contact), des ressorts 37 et 67 ne servent en principe qu'à rappeler radialement chaque organe de blocage 3 ou 3' et chaque bloc presseur 6 lorsque la douille coulissante 1 occupe sa posi- tion neutre. La présente addition ne se limite nullement aux exemples représentés sur les figures 1 à 7. Par exemple, lorsqu'il est tenu compte des caractéristiques des faces efficaces, ces dernières peuvent être configurées de telle sorte que, par exemple, le point central des tenons 41 ne vienne pas s'appliquer contre la bague de synchronisation 4, ou bien que le diamètre maximal de ces tenons soit sen- siblement supérieur à la largeur de ladite bague. Cela peut notamment être le cas lorsqu'il doit être tenu compte des conditions de compensation de l'usure dans la configu- ration desdites faces efficaces. Il va donc de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1. Dispositif de synchronisation auto-bloquant pour boîtes de changement de vitesses, dans lequel deux éléments disposés concentriquement et tournant à des vi- tesses angulaires différentes, par exemple un moyeu de syn- chronisation et une roue dentée, sont accouplés par confor- riktion, en cas de synchronisme, au moyen d'une douille annulaire coulissante mobile axialement, auquel cas une denture in- terne d'accouplement de ladite douille coulissante vient en prise respectivement avec une denture externe corres- pondante d'accouplement des-deux éléments rotatifs, des organes de blocage, mobiles radialement dans ledit moyeu de synchronisation, montés élastiquement et déplaçables axialement, étant engagés dans un évidement annulaire mé- nagé dans la face interne de la paroi de ladite douille coulissante, cependant qu'une bague de synchronisation, intercalée axialement entre les deux éléments, effectuant en principe le même mouvement rotatif que ledit moyeu de synchronisation, des parties de ladite roue dentée consti- tuant un accouplement mécanique commun avec des parties de ladite bague de synchronisation, selon la revendication 1 du brevet principal, dispositif caractérisé par le fait que l'organe de blocage (3) logé dans le moyeu de synchro- nisation (2), ainsi que la bague de synchronisation (4) ne comportent qu'une face efficace (32, 35, 42, 45) pour transmettre la force axiale de pression et la force de blo- cage agissant radialement et tangentiellement en l'absence d'un synchronisme. 2. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les faces efficaces (32, 35, 42, 45) de chaque organe de blo- cage (3) et de la bague de synchronisation (4) sont curvi- lignes. 3. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les faces efficaces curvilignes (32, 35, 42, 45) sont des faces rotatives. 4. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé par le fait que les faces efficaces (42, 45) de la bague de synchronisation (4) sont solidaires de tenons (41, 41') faisant saillie au-delà d'une face annulaire (43) orientée vers chaque organe de blocage (3), deux te- nons (41) étant associés à chaque organe de blocage (3). 5. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les tenons (41, 41') faisant saillie au-delà de la bague de synchronisation (4) ont la forme d'un cône ou d'un tronc de cône (41). 6. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les tenons (41, 41') faisant saillie au-delà de la bague de synchronisation (4) ont la forme d'un hyperboloîde (41') à une nappe. 7. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé par le fait que, en direction des tenons (41, 41') de la bague de synchronisation (4), l'enveloppe de chaque or- gane de blocage (3) présente la forme d'un cône (33) ou d'un hyperboloide (36) à une nappe. 8. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracté- risé par le fait que, à côté des organes de blocage (3) logés dans le moyeu de synchronisation (2) et répartis autour de la périphérie, se trouvent des blocs presseurs (6). 9. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caracté- risé par le fait que l'accouplement à friction assurant la synchronisation est un accouplement à cônes (46, 51). 10. Dispositif de synchronisation auto-bloquant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caracté- risé par le fait que l'accouplement à friction assurant la synchronisation est un accouplement à disques (47).