Brevet FR2517264A1 — publié le 19830603

- DISPOSITIF DE COMMANDE MECANIQUE D'UNE BOITE DE VITESSES SYNCHRONISEES La présente invention concerne un dispositif de commande mécanique d'une boîte de vitesses synchronisées à démultiplication de force et à dispo- sitif hydrostatique pour surmultiplier la force de commande des vitesses sans apport de fluide d'assistance. Un tel dispositif est décrit dans le brevet français N O 1 192 379 qui décrit un dispositif de commande hydraulique de la boite de vitesses, dans lequel la force exercée manuellement sur le levier de changement de vitesses est démultipliée grâce à des différences de sections des pis- tons, l'assistance hydrostatique étant effective sur toute la course du levier de vitesses En outre, ce dispositif ne constitue pas une unité indépendante et nécessite un certain nombre d'installations annexes des- tinées à réduire les pertes de charge et les fuites-dues à l'existence de conduits relativement longs et de faible section. Pour un renforcement important de la force nécessaire pour effectuer les changements de vitesses, notamment sur des boîtes de vitesses synchroni- sées modernes des véhicules utilitaires lourds, tel que cela est né- cessaire pour faciliter la tache du conducteur, la course du levier de vitesses estmalheureusement considérablement augmentée Il en résulte qu'il est pratiquement impossible d'accroître la démultiplication sur les boîtes à vitesses multiples. En raison de l'existence des conduits relativement longs et de faible diamètre, la force nécessaire pour effectuer les changements de vites- ses est accrue. C'est pourquoi la présente invention se propose de réaliser un disposi- tif de commande mécanique d'une botte de vitesses synchronisées tel que susmentionné, plus simple et de fabrication plus économique, qui permet de démultiplier la force nécessaire pour effectuer les change- ments de vitesses et qui permet d'effectuer ces changements de vitesses de façon plus facile, tout en évitant un allongement de la course du 34 levier de vitesses. -2- Ce but est atteint par le dispositif selon l'invention, caractérise en ce que ce dispositif de renforcement assure une surmultiplication auto- matique de la force engagée dans une zone définie de cette dernière, et en ce que le début du renforcement est commandé par un organe élastique mobile entre un organe d'entrée et un organe de sortie. Etant donné que le renforcement n'est en fait absolument pas nécessaire pour effectuer le changement de vitesses, c'est-à-dire pour le disposi- tif de transmission des forces, mais uniquement au cours de la courte phase de synchronisation, l'effet de ce renforcement peut être limité de façon extrêmement simple à un domaine déterminé, de préférence pendant une phase d'appui ou de pression Il est possible d'effectuer toute la phase de déplacement jusqu'au point d'appui de la synchronisation, puis depuis le roulement synchrone jusqu'au couplage effectif sans renforce- ment et de ne renforcer que la phase de synchronisation, c'est-à-dire de ne renforcer le dispositif que sur une période extrêmement courte par rapport à la durée de l'ensemble du processus du changement de vitesses. La réalisation de ce dispositif de renforcement peut en conséquence être entreprise sans qu'il en résulte d'inconvénientspour la boite de vites- ses, c'est-à-dire sans que la course du levier de vitesses soit augmen- tée ou que la manipulation de ce levier soit plus dure. Si, dans le but de commander l'enclenchement dé la phase de renforce- ment, on interpose un organe élastique avant le dispositif de renforce- ment automatique, ce dispositif de renforcement peut être réalisé selon une conception pratique particulièrement avantageuse et simple, qui ef- fectue le renforcement auxiliaire en appliquant une force complémentaire prédéterminée Ce renforcement peut être obtenu par l'intermédiaire d'une soupape de réduction de la pression, montée sur ou dans le disposi- tif de renforcement automatique hydrostatique et limitée vers le haut pour éviter une détérioration du mécanisme de changement de vitesses lorsque le conducteur impose des forces de changement de vitesses impor- tantes Outre les avantages constructifs déjà mentionnés, le dispositif de renforcement automatique présente encore d'autres améliorations rela- tives à une simplification de la commande Selon une des variantes, le dispositif de commande automatique hydraulique peut être conçu de façon 37 particulièrement compacte pour les deux vitesses d'un couloir de change- -3- ment de vitesses Le montage de la soupape de retenue directement sur le piston est particulièrement avantageux du fait que les deux chambres de pression, associées à la soupape de retenue, sont ménagées dans un même alésage et du fait que les conduits de purge des soupapes de limi- tation de la pression peuvent également être utilisés en liaison avec les soupapes de retenue. Dans une réalisation en circuit fermé ou capsulé, la capsule peut être utilisée comme réservoir à huile auxiliaire, de telle manière que l'en- tretien du dispositif soit réduit au minimum. L'agencement peut être conçu de façon optimale quand le dispositif est monté dans le fond de la boite de vitesses, qui est alors utilisé comme réservoir permettant d'assurer une compensation des éventuelles fuites d'huile Si la douille est simultanément logée dans la boite de vites- ses, la conception du système est encore davantage simplifiée. Le réglage peut être effectué de façon optimale par la mise en place d'un organe élastique, de préférence un ressort de pression, permettant en outre un préréglage de la tension du ressort de la soupape réductrice de la pression. Ce dispositif de transmission mécanique ne s'applique pas uniquement dans les deux sens de déplacement d'un dispositif de changement de vi- tesses, mais peut également être appliqué avantageusement et de façon très simple dans les boîtes de changement de vitesses et plus générale- ment dans tous les systèmes de transmission selon une seule direction. Les brevets et demandes de brevets allemands nos 26 00 483, 19 61 597 et 949 142 décrivent des systèmes de changement de vitesses équipés d'un mécanisme de renforcement auxiliaire dans lequel la force manuelle, transmise par l'intermédiaire d'une tringlerie du levier de changement de vitesses à un rail de changement de vitesses ménagé dans la boite de vitesses, actionne simultanément une soupape de commande qui libère du fluide sous pression provenant d'une source de fluide sous pression ap- propriée, en direction d'un piston de travail qui renforce, de préfé- 37 rence de façon synchrone, la force manuelle développée. 4 - Ces dispositifs fonctionnement relativement bien et facilitent avanta- geusement la manipulation de boîtes synchrones de grandes dimensions. Toutefois, ils sont de construction relativement complexe et se révèlent par conséquent de fabrication coûteuse En outre, la pompe de fluide sous pression consomme une énergie relativement importante, même lors- qu'une pression auxiliaire en vue d'une démultiplication de la force de commande n'est pas requise. La demande de brevet allemand N O 17 52 720 décrit un autre dispositif de renforcement d'un dispositif de soudure par points, dans lequel la force développée dans une phase de travail déterminée est renforcée au- tomatiquement, en particulier lorsque l'électrode de soudure par points se trouve en appui sur la pièce à souder et lorsque le courant néces- saire à la soudure est enclenché. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'une forme de réalisation préférée et du dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de transmis- sion de la commande des vitesses, La figure 2 représente un diagramme des forces de commande des change- ments de vitesses, La figure 3 représente un schéma de commande des vitesses, La figure 4 représente un dispositif de commande automatique hydrostati- que équipé d'un dispositif de renforcement prédéterminé de la force de commande des vitesses, et La figure 5 représente l'agencement d'une soupape de retenue montée sur le dispositif de la fig 4. La fig 1 représente un dispositif de changement de vitesses mécanique renforcé, comportant un arbre 4 destiné à transmettre la force de com- mande manuelle appliquée sur le levier de commande de vitesses pour sé- 37 lectionner ou pour effectuer le changement de vitesses De telles trans- 17264 - missions pour la sélections des voies, par exemple i 3 = 5,4, et transmis- sion de vitesses, par exemple il= 6,7, s'effectuent de façon prioritaire grâce à un rapport de démultiplication du levier de changement de vites- ses et du levier de transmission 8, le changement de vitesses étant ef- fectué par l'intermédiaire du rail de changement de vitesses 81 et de la douille coulissante 9 de la plupart des embrayages à double commande. Sur les véhicules lourds, la force de commande nécessaire pour effectuer les changements de vitesses n'est plus suffisante si l'on s'impose une course maximale du levier de changement de vitesses, de sorte qu'un dis- positif de renforcement auxiliaire 1, constitué de préférence par un dispositif de renforcement automatique hydrostatique 10 (c'est-à-dire dépourvu d'assistance) soit avantageusement associé au mécanisme de changement de vitesses Dans le diagramme de la fig 2, sont portées en abscisses la force de commande manuelle Pl et la force exercée par la douille P 2 Jusqu'au point d'appui 82, c'est la démultiplication normale il, par exemple 6,7, qui agit dans la zone B de la force de commande ma- nuelle Dans la zone A de la force de commande manuelle normale et A 1 correspondant à la force exercée au niveau de la douille, le dispositif est renforcé jusqu'au point 83 correspondant à la limitation exercée par la soupape de limitation de la pression Après ce point, la force de démultiplication du dispositif de renforcement annexe reste constante. Cette démultiplication annexe ne s'exerce donc en principe que dans la zone de la synchronisation Lorsque aucune démultiplication annexe n'est nécessaire, par exemple lorsque les roulements tournent en synchronisme, l'organe élastique, par exemple le ressort de pression 20, amène le dis- positif de renforcement dans sa position centrale (zone B de 0 jusqu'au point 82) Un éventuel manque d'huile est complété à travers la soupape de retenue. Il est bien entendu également possible d'introduire la force de commande manuelle non renforcée dans le dispositif de renforcement automatique. Dans ce cas, il est évident que les valeurs Pl seront inférieures. Un exemple de schéma de sélection des vitesses est représenté par la fig 3 et correspond au schéma du type double H Le renforcement acces- soire ne s'accomplit que dans le cadre de la synchronisation du dépla- 37 cement du levier de changement de vitesses à l'intérieur d'une voie, 6c'est-à-dire lors du changement de vitesses 1, 2 ou également 7, 8 mais non lors de la sélection des voies, c'est-à-dire le déplacement horizon- tal. La fig 4 illustre un dispositif de renforcement automatique hydrostatique logé dans un boîtier 6, qui constitue de préférence la boite de vitesses comprenant un alésage 61 et un fraisage 62 Dans l'alésage 61 est montée une douille coulissante 5, dont l'étanchéité est assurée par un joint 63 et qui est raccordée à un manchon coulissant 9 (fig 1) par l'intermédiaire d'au moins un rail de commande 81 La douille 5 comporte une bride constituant un piston 51 logé dans le fraisage 62 et définis- sant, dans sa position de repos (représentée par la figure), deux cham- bres de pression 52 identiques, délimitées par ailleurs par le boîtier 6 et la douille 5. Dans l'alésage 53 de la douille 5, est monté un arbre 4 dont l'étan- chéité est assurée par un joint 41, cet arbre comportant deux fraisages de même profondeur 43 disposés à droite et à gauche d'un fraisage plus profond 42, les fraisages 43 définissant, avec une surépaisseur 54 de la douille 5 orientée vers l'intérieur, deux chambres annulaires 44 et deux rampes de distribution 45, 55 correspondant respectivement à cha- que chambre annulaire Du côté de l'introduction de la force de com- mande manuelle normale renforcée (à gauche), le dispositif comporte un ressort de pression 20 destiné à maintenir l'arbre de la douille sous tension dans sa position neutre, ce ressort étant monté sur l'arbre 4 et la douille 5, entre deux bagues 22, et respectivement entre une bride 46, 56 et une bague d'appui 47, 57, une rondelle du type Seeger A l'ex- trémité opposée 48 de l'arbre 4, un espace libre est ménagé entre cet arbre et l'éventuel fond de la douille 5, l'extension axiale de cet es- pace correspondant au moins à l'amplitude du mouvement relatif de l'ar- bre et de la douille Cet espace comporte également une butée 59 du cô- té d'un réservoir à huile ou du fond de la boite de vitesses. Le piston 51 de la douille 5, associé aux deux chambres de pression 52, comporte en outre deux soupapes réductrices de la pression 3 et deux soupapes de retenue 7 réparties autour de sa périphérie La soupape ré- 37 ductrice de la pression 3 se compose d'un alésage axial 31, dans lequel 17264 -7 - est logé un piston 32 qui est maintenu en position ouverte par un res- sort 33 La chambre 34 du ressort est reliée, dans toutes les positions du piston 32, avec le fond de la boite de vitesses au travers de canaux ménagés dans la douille 5, et 40 ménagés dans l'arbre 4 Une surface de piston 35, opposée au ressort 33 et ménagée sur le piston 32, com- porte une bride 36 orientée vers l'intérieur, qui coopère avec une sur- face d'étanchéité 37 prévue dans l'alésage 31, de sorte que le piston soit maintenu en position ouverte par une butée 38 et obture la liaison 39 entre la chambre annulaire 44 et la chambre de pression 52 dans sa position fermée Dans la zone des deux fraisages de même profondeur, sont prévues des traversées 58 disposées entre les chambres annulaires respectives 44 et les chambres de pression correspondantes 52, de telle manière qu'elles assurent, dans la position neutre, un équilibre des pres- sions entre les deux chambres, etde telle manière que les passages de la rampe de commande 450 soient obturés lors d'un déplacement relatif de l'arbre 4 et de la douille 5. Le piston 51 de la douille 5 comporte, comme le montre la fig 5, un alésage axial 71 équipé de sièges sphériques 72 et de billes d'étan- chéité 73 assurées par une bague de retenue 74 L'alésage comporte d'au- tre part un raccord 75 qui s'ouvre sur la cavité 420. Le dispositif de renforcement automatique hydrostatique 10 tel que dé- crit ci-dessus fonctionne de la manière suivante Le déplacement et la force de commande du levier de changement de vi- tesses sont transmis par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission approprié par l'intermédiaire d'un arbre 4 et transmis au dispositif représenté par la fig 4 Cette force agit de telle manière par l'inter- médiaire du ressort 20 précontraint et des bagues 22 et au travers des deux brides 46 et 56, ainsi que sur les bagues d'appui 47 et 57, pour que l'arbre 4 et la douille 5 soient maintenus en position neutre Ce n'est que lorsqu'une force prédéterminée est dépassée, force supérieure à la précontrainte du ressort 20, qu'un déplacement relatif de l'arbre 4 vers la douille 5 est possible dans les deux sens, alors que jusqu'è ce point, ces deux éléments sont déplacés simultanément de sorte que la 37 pression, dans les deux chambres de pression 52, puisse s'équilibrer au -8 - travers des passages 58, des chambres annulaires 44 et de la cavité 420. Simultanément, une liaison par les canaux 40 et le rapport 59 est auto- risée avec le fond de la boite de vitesses. Si la force de commande dépasse cette précontrainte, les rampes de commande 450 ferment les 'passages 58 communiquant avec les chambres de pression correspondantes 52 Simultanément, la rampe de commande 45 ainsi que la rampe de commande 55 arrêtent l'équilibrage des pressions à travers la cavité 420 La pression qui s'établit dans la chambre annu- laire 44 s'équilibre avec celle régnant dans la chambre de pression 52 au travers de la liaison 39 Pendant cette phase de déplacement relatif de l'arbre 4 et de la douille 5, la démultiplication obtenue correspond à la formule ci-dessous: P 2 = (P)+ PF o Pl est la force de commande à l'entrée du dispositif, F 5 correspond à la surface du piston du côté de la douille 5 dans la zone de la cham- bre de pression 52, F 4 correspond à la surface du piston du côté de la chambre annulaire 44 et PF représente la force du ressort. Etant donné que ce renforcement auxiliaire s'effectue pendant la phase de synchronisation, la réduction correspondante de la course du levier de changement de vitesses ne constitue en aucune manière un inconvé- nient, étant donné que la course du changement de vitesses est de toute manière extrêmement courte pendant cette phase de synchronisation. Dès qu'une pression correspondant à la pression exercée par le ressort 33 de la soupape de limitation de la pression 3 est atteinte, cette sou- pape se ferme de telle manière que le fluide sous pression contenu dans la chambre annulaire 44 provoque le déplacement axial et synchrone de la douille 5 et de l'arbre 4. Etant donné qu'aucune résistance notoire ne subsiste plus lorsque les éléments de couplage sont synchrones, un renforcement de la force de commande du manchon de changement de vitesses n'est pratiquement plus nécessaire Si la force transmise à l'arbre 4 est inférieure à la force 37 du ressort de compression 20, la douille 5 est ramenée dans sa position 17264 -9- centrale L'huile éventuellement perdue en raison de fuites est complé- tée par prélèvement dans le carter de la boite de vitesses au travers des soupapes de retenue 7 et 7 A. Le point de synchronisation se trouve avantageusement dans la zone A, AI mais peut également être décalé, notamment dans le cas o la force transmise à l'entrée est relativement élevée ou lorsque les vitesses de rotation présentent une différence élevée, un renforcement auxiliaire 9 pouvant être obtenu au voisinage du point 83. 2 517264 - Revendications 1 Dispositif de commande mécanique d'une boite de vitesses synchroni- sées à démultiplication de force et à dispositif hydrostatique pour sur- multiplier la force de commande des vitesses sans apport de fluide d'assistance, caractérisé en ce que ce dispositif de renforcement ( 1, 10) assure une surmultiplication automatique de la force engagée pour une zone définie (A, A 1) oẻlle s'applique, et en ce que le début du renforcement est commandé par un organe élastique ( 20) mobile entre un organe d'entrée ( 4) et un organe de sortie ( 5). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une soupape réductrice de la pression ( 3) montée dans ou sur le dispo- sitif de renforcement automatique hydrostatique ( 10), pour limiter le renforcement,respectivement le renforcement complémentaire. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispo- sitif de renforcement automatique hydrostatique ( 10) comporte un arbre ( 4) mobile axialement et relié au levier de changement de vitesses, cet arbre étant guidé, en même temps que la douille ( 5) du manchon coulis- sant ( 9), sur un rail de commande ( 81) et dans des alésages concentri- ques ( 53), douille et manchon entre lesquels est monté un ressort de compression ( 20) logé du côté de l'entrée dans une première chambre an- nulaire ( 21), ce ressort de compression étant en appui à la fois contre l'arbre ( 4) et contre la douille ( 5) par l'intermédiaire de bagues ( 22) d'un côté sur une bride ( 46, 56) et de l'autre côté sur une butée ( 47, 57) telle qu'un circlip de retenue, en ce que la douille ( 5) est logée et mobile axialement dans un alésage ( 61) d'un boîtier ( 6), en ce que cet alésage est également pourvu d'un fraisage ( 62) tel qu'entre une bride de la douille ( 5) constituant un piston ( 51) et le boîtier ( 6) soient ménagées deux chambres de pression ( 52), en ce que l'arbre ( 4) comporte des deux côtés d'un fraisage plus profond ( 42), deux fraisages de même profondeur ( 43), de telle manière qu'avec une surépaisseur ( 54) de la douille ( 5), surépaisseur orientée vers l'intérieur, soient formées deux chambres annulaires ( 44) en liaison avec des passages ( 58) ménagés dans la douille ( 5) pour former deux paires de rampes de distribution par chambre annulaire ( 45/55, et 450/550), pour relier temporairement il les chambres annulaires avec les chambres de pression correspondantes ( 52), et en ce qu'au moins une soupape réductrice de la pression ( 3) soit prévue par la chambre ( 52) disposée à la périphérie du piston ( 51) de la douille ( 5), ces soupapes étant constituées respectivement d'un alésage axial ( 31) et d'un piston ( 32) sollicité par un ressort de com- pression ( 33) en appui contre le fond de cet alésage; dans lequel le cô- té opposé comporte une surface de piston définie ( 35) pourvue d'une bri- de orientée vers l'intérieur qui agit sur l'alésage ( 31) avec une sur- face étanche ( 36), le piston étant retenu en position ouverte par des butées ( 38) et obturant, lorsqu'il est en position fermée, la liaison ( 39) entre la chambre annulaire ( 44) et la chambre de pression ( 52), et en ce que la chambre ( 34) de la soupape réductrice de pression ( 3) et la cavité ( 420) entre le fraisage profond ( 42) de l'arbre ( 4) et la sur- épaisseur ( 54) de la douille ( 5) sont purgées à travers les canaux ( 50, 40). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des clapets de retenue ( 7) correspondant respectivement aux chambres de pression ( 52) définies par le piston ( 51) de la douille ( 5), et en ce que les deux clapets de retenue ( 7, 7 A) comportent chacun un siège sphé- rique ( 72) prolongeant un alésage axial ( 71), ainsi qu'une bille sphéri- que ( 73), l'alésage ( 71) étant purgé, comme la soupape réductrice de la pression ( 3), à travers les canaux ( 40, 50). 5 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispo- sitif de renforcement hydraulique ( 10) est entièrement fermé. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caracté- risé en ce que le dispositif de renforcement hydrostatique ( 10) est mé- nagé dans la partie inférieure de la boite de vitesses. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier ( 6) de la boîte de vitesses constitue également le boîtier du dispositif de renforcement automatique ( 10). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- 37 risé en ce que l'organe élastique ( 2) comporte, outre le ressort de com- pression ( 20), un dispositif d'ajustage du point d'enclenchement de la phase de renforcement destiné à modifier la précontrainte du ressort. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce que la soupape réductrice de la pression ( 3) comporte un dis- 6 positif d'ajustage de la précontrainte du ressort. i t