Brevet FR2555275A1 — publié le 19850524

La présente invention est relative à un dispo- sitif de synchronisation du genre de ceux qu'on utilise dans une boîte à vitesses pour synchroniser les vitesses angulaires de deux pignons avant de les craboter l'un sur l'autre. Dans la recherche de la diminution des débatte- ments du levier de vitesses des bottes synchronisées, on se propose généralement de réduire la course de fonction- nement du synchroniseur. Ceci est rendu possible par le fait que la compression des ressorts d'armement est obtenue par une rotation angulaire et est combinée à des rampes d'armement et de verrouillage communs. L'amélioration proposée s'applique plus parti- culièrement aux synchroniseurs à entretoises utilisés sur des boîtes de vitesses de véhicules poids lourds. Toute- fois, elle peut s'étendre aux boîtes à vitesses de véhi- cules légers utilisqnt la même technique. Elle est applicable en particulier aux synchro- niseurs de boîtes de vitesses du type décrit dans la brevet d'invention français nO 1 409 334, qui donne une descrip- tion d'un fonctionnement connu, notamment avec référence à ses figures numérotées de 1 à 4. Les dispositifs de synchronisation des engrena- ges d'une transmission à changement de vitesses et, en par- ticulier, les synchroniseursde bottes, comprennent généra- lement un embrayage à cônes qui a;:ène par friction un cou- ple de crabots a miême régime pour permettre leur engage- ment. Ainsi, dans l'opération de passage d'une vitesse on peut distinguer, d'une façon non limitative: - le rattrapage du jeu entre cône et cuvette l'armement par déformation d'un système élastique - la mise en barrage sur des rampes de verrouillage - la synchronisation et le dévirage - le crabotage Dans les synchroniseurs habituellement utilisés, à chacune de ces phases correspond une fraction de la course du baladeur dont le déplacement est commandé par le levier de passage des vitesses. Ainsi: - le système d'armement classique consomme une course pour l'établissement du couple nécessaire à la mise en barrage du baladeur sur les rampes de verrouillage. De plus: - la mise en barrage du baladeur sur les rampes de verrouillage implique un jeu diamétral entre les colon- nettes et les trous chanfreinés qu'elles traversent. Ce jeu autorise le battement angulaire, donc des chocs et des bruits. - au moment du crabotage et notamment à l'arrêt du véhicule, l'engagement des dents de crabots implique un mouvement angulaire relatif entre le c8ne et la cuvette, le couple nécessaire à ce mouvement se traduisant par un effort au levier, ce qui donne une impression de dureté de passage des vitesses. Les entrées de dents qui transforment. cet effort au levier en couple par effet de coin devront, pour limiter ledit effort, avoir un angle suffisamment faible, ce qui augmente lencombrement du système. La présente invention, tout en utilisant globa- lement la même technique que celle décrite dans le Brevet français nO 1 409 334: - suppri.e les jeux axiaux et angulaires au point mort, d'o une réduction de la course, du bruit et de la fatigue des matériaux (d'autant plus que les colonnettes ayant subi une trempe superficielle présentent une certai- ne fragilité face aux chocs répétés) - utilise la rotation angulaire pour effectuer la course d'armement, d'o réduction de la course longitu- dinale - autorise, sans effort, un déplacement angu- laire appréciable entre le baladcleuret le pignon à l'instant du crabotage. Un dispositif selon l'invention comprend un coulisseau formé d'un moyeu cannelé et d'une jante, de pièces de friction formées de deux cônes reliés par des entretoises, et d'éléments élastiques constitués par des colonettes fendues en deux parties, lesquelles parties ont tendance à s'écarter sous l'action d'un ou plusieurs ressorts, et il est caractérisé en ce que les colonettes en deux parties comportent, à mi-longueur, une rainure munie de deux chanfreins tronconiques de révolution, les chanfreins les plus près du centre ayant un angle au som- O10 met compris entre 60 et 70 , si bien qu'ils correspon- dent exactement au chanfrein du trou de la jante du cou- lisseau, tandis que leur diamètre, à fond de rainure, est inférieur au diamètre du trou de la jante du coulis - seau, ces deux diamètres ne pouvant venir en contact 1' un avec l'autre, du fait de la position des chanfreins, alors qu'enfin, les chanfreins tronconiques les plus éloi- gnés du centre, ont un demi-angle au sommet compris entre et 15 0 Le dessin annexé, donné à titre d'exem- ple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Figure 1 montre une vue de face d'un baladeur de boite à vitesses, selon l'invention, équi- pé des cônes de synchronisation. Figure 2 est une coupe effectuée sui- vant II - II ( figure 1) Figure 3 est une coupe effectuée sui- vant III- III ( figure 1). Figure 4 montre une coupe effectuée suivant IV - IV (figure 1). Figure 5 est une vue de dessus de 1' ensemble suivant la flèche V ( figure 1) Figure 6 montre, à grande échelle, le détail d'une des goupilles fendues. Figure 7 est une vue éclatée explici- tant la disposition relative des entretoises et des gou- pilles fendues. Figures 8 à 13 montrent des vues ana - logues à la figure 4, et illustrant les phases succes- sives du processus de synchronisation et de crabotage lors du passage d'une vitesse. Le dispositif illustré sur les dessins équipe un arbre 1 sur lequel sont disposés deux pignons fous 2 et 3, situés de part et d'autre d'un baladeur 4. Le moyeu 5 du baladeur 4 peut coulisser le long de l'ar- bre 1 ( flèche double 6), pour aller se craboter dans l'un ou l'autre des pignons fous 2, 3. Ce dispositif comprend: - deux cônes 7 et 8,percés de trois trous 9, destinés à recevoir des entretoises à sertir 10, et comportant trois rainures oblongues ll, orientées tan- gentiellement, et realisées sur la grande face du cone; chaque entretoise 10 possède, à mi-longueur, une rai- nure 36. Enfin, son gros diamètre 37 est tel qu'en po- sition de crabotage, le débattement angulaire possible dans le trou cylindrique 18 correspondant, est égal à au moins l'angle au centre d'une demi-dent des caine- lures 13, 15; - le baladeur 4 dont le moyeu 5 est doté de cannelures 12 assurant son entrainement sur 1' arbre 1 muni de cannelures complémentaires 13. Le bala- deur 4 s'accouple aux pignons récepteurs 2 et 3, par l' entremise des dents de crabots 14 et 15. Les extrémités 16 et 17 des dents sont taillées en toit, pour permettre l'engagement. Le baladeur 4 comporte, sur sa jante, six trous circulaires, dont trois sont lisses ( repère 18), tandis qu.e les trois autres ( repère 19), comprennent chacun deux chanfreins tronconiques 20, dont le demi- angle au sommet est compris entre 60 et 70 degrés; - trois entretoises 10, dont les extré- mités 21 sont serties par lesmoyens conventionnels sur les cônes 7 et a; - trois ensembles mécaniques 22, repré- sentés par la figure 6. Chacun de ces ensembles mécaniques 22 est cons- titué par deux demi-colonnettes 23 et 24 séparées en leur milieu dans le sens de la longueur;chacune de ces pièces est percée de deux trous borgnes 25 destinés à recevoir des ressorts hélicoïdaux 26 prisonniers des deuxdemi-colonnet- tes, tandis qu'une gorge, située à mi-longueur et prati- quée sur le diamètre extérieur, comporte des rampes d'arme- ment et de verrouillage 27 qui viendront s'encastrer très exactement sous la poussée des ressorts 26 dans les trous chanfreinés 20 ménagés dans la jante du baladeur 4. Chaque rampe 27 est tronconique de révolution, et elle correspond à un demi-angle au sommet compris entre 600 et 70 , corres- pondant exactement à celui du chanfrein 20 correspondant sur le baladeur 4. Des chanfreins à faible pente 28 viennent prolonger les rampes d'armement 27 et permettent ainsi un rappel au point mort sur une plage plus importante. Ces chanfreins tronconiques 28 correspondent à un demi-angle au sommet de l'ordre de 5 à 150. Les extrémités 29 et 30 des demi-colonnettes vien- nent, d'autre part, se loger dans les rainures oblongues 11 ménagées sur la grande face de chaque c8ne 7, 8; les deux plats 31 réalisés sur chaque demi-coloimette, assurent son orientation. Chaque pignon 2, 3 comporte latéralement une cuvette tronconique 32, 33 destinée à recevoir le cône de synchroni- sation correspondant 8, 7. Enfin, on notera que le diamètre de chaque entre- toise 10 au fond de sa rainure centrale 36 est tel qu'en position "point mort" de la boite, le débattement angulaire possible dans le trou 18 correspondant est supdrieur au dé- battement possible de chaque colonnette 22 dans son propre trou 19 lorsque les deux parties 23 et 24 sont jointives avec les ressorts 26 compriméso Lorsqu'on actionne le baladeur 4, les différentes opérations conduisant à la synchronisation et au crabotage se déroulent de la façon suivante: PHASE 1 - ARMIEMENT (Figure 8) Par pression sur le levier de vitesses dc la boîte, on transmet au coulisseau ou baladeur 4 un effortF(figure 8) qui se traduit d'abord par un rattrapage de jeu entre cône 7 et cuvette 33, puis par un effort tangentiel du frottement entre ces deux pièces; il en résulte un déplacement angulaire relatif entre le coulis- seau 4 et lecÈne 7 qui a pour effet de rapprocher les det.lii- colonnettes 23 et 24 (l'une prenant appui sur les chanfreins du coulisseau, l'autre sur le bord de la rainure oblongue 11 du cône) et ainsi de comprimer les ressorts 26. L'effort F, exercé par le coulisseau sur les colonnettes, et l'effort de compression P des ressorts 26 sont liés par la relation 2P =t g j ifa) a et;nt le coefficient de frottement entre cône 7 et cuvette 33 durant cette première phase. PHASE 2 - VERROUILLAGE (Figure 9) En fin de phase 1, les deux demicolonnettes 23 et 24 sont en contact; à ce mo::lent, P a atteint une valeur de verrouillage Pv qui est un effort tangentiel tel que la course du coulisseau est "verrouillée" en translation par encastrement de la gorge à rampe 27 dans l'ouverture circulaire 19. Nota - Il est impératif que le jeu radial B de l'entretoise 10 dans le trou 18 soit supérieur à l'écarte- ment C entre les demi-colonnettes (voir Figures 2 et 4) PHASE 3 - SYNCHRONISATION (Figure 10) En accen- tuant la pression au levier, on augmente encore l'effort P jusqu'à une valeur Ps dite "effort de synchronisation". Le couple résultant de cet effort est alors suffisant pour que le c8ne 7 entraîne la cuvette 33 jusqu'à ce que ces deux pièces tournent à la même vitesse; durant cette phase, l'huile est chassée d'entre les cônes et le coefficient de frottement prend alors la valeur I s avec -s> ta. PHASE 4 - CRABOTAGE (Figure 11) Lorsque la syn- chronisation est atteinte, l'effort P diminue, le coulis- seau franchit les rampes 27 des colonnettes 22 et peut alors se déplacer longitudinalement jusqu'à engagement des crabots 16 et 15; la mlise en coïncidence des dents de l'un avec les entre-dents de l'autre est possible grâce à la forme "en toit" des extrémités 16 et 17 desdites dents et le jeu entre colonnettes 22 et rainures oblongues 11. Ce jeu existe du fait que le diamètre des demi- colonnettes 23, 24 jointives hors de la rainure est égal au diamètre-du trou 19 du baladeur 4; il doit permettre un débattement angulaire d'une demi-dent. En conséquence, à ce moment, il n'y a pas, comme dans le système classique, de glissement entre cône 7 et cuvette 33, glissement qui, à l'arrêt, peut être gênant au point d'interdire tout passage de la vitesse. On voit sur la Figure 13 que la transition entre les chanfreins 28 et le dos cylindrique 34 des demi- colonnettes 23, 24 constitue la zone 35 qui sera utile pour le décoin- cement du cône 7 dans sa cuvette 33. On comprend que, les rampes d'armement 27 étant par ailleurs utiles au verrouillage, les deux fonctions arme- ment et verrouillage sont assurées par les mêmes pièces. Des chanfreins 28 à faible pente prolongeant ces rampes de verrouillage, permettent un rappel au point mort sur une plus grande plage. Par ailleurs, le mécanisme annule, au point mort, tous les jeux angulaires et axiaux entre le baladeur et les cônes de synchronisation, réduisant, de ce fait, les chocs entraînés par les irrégularités cycliques du moteur, les bruits qui en découlent et, par là même, les risques de rupture des colonnettes. Enfin, même en cas de coincement du cône dans sa cuvette, un déplacement angulaire appréciable reste possi- ble entre le baladeur et le cône au moment du crabotage, ce qui facilite la correspondance des dents de crabots entre le baladeur et le pignon récepteur. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de synchronisation pour une boîte a vitesses, comprenant un coulisseau baladeur (4) dont le moyeu cannelé (5) peut coulisser sur les cannelures (13) d'un arbre tournant (1), tandis que des pièces de friction formées de deux cônes (7) et (g) reliés par des entretoises (10) et des éléments élastiques constitués par des colon- nettes (22) fendues en deux parties (23), (24), lesquelles parties ont tendance à s'écarter sous l'action d'un ou plu- sieurs ressorts (26) et caractérisé en ce que les colonnettes (22) en deux parties (23), (24) comportent à mi-longueur une rainure munie de chaque côté d'une rampe (27) puis d'un chan. frein (28), tous deux tronconiques de révolution, les rampes (27), plus près du centre, ayant un demi-angle au sommet compris entre 600 et 70 si bien qu'elles correspondent exac- tement au chanfrein (20) du trou de la jante du baladeur (4) qu'elles traversent, tandis que leur diamètre à fond de rai- nure est inférieur au diamètre du trou de la jante du coulis- seau, ces deux diamètres ne pouvant venir en contact l'un avec l'autre du fait de la position des chanfreins, alors qu'enfin les chanfreins tronconiques les plus éloignés du centre ont un demi-angle au sommet compris entre 5 et 15 . 2 - Dispositif de synchronisation suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que les entretoises (10) des cônes de synchronisation (7), (8) comportent chacune une rai- nure (36) située à -.i-longueur. 3 - Dispositif de synchronisation suivant la reven- dication 2, caractérisé en ce que le diamètre au fond de la rainure (36) de l'entretoise (10) est tel qu'en position "pointmort", le débattement possible dans le trou cylindrique (18)correspondantdans la jante du baladeur (4) est supé- rieur au débattement possible de chaque colonnette (22) en deux parties (23), (24) dans son propre trou (19) quand les deux parties (23), (24) sont jointives, les ressorts(26) étant comprimés. 4- Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérise en ce que le gros diamè- tre (37) de chaque entretoise (10) est tel qu'en position "crabotage", le débattement angulaire possible dans le trou cylindrique (18) correspondant de la jante du baladeur (4) est égal à au moins l'angle au centre d'une demi-dent des cannelures (13), (15). 5 - Dispositif de synchronisation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les cônes de synchronisation (7) et (8) comportent sur leur grande face, en regard des colonnettes (22) en deux parties (23) et (24), des lamages oblongs (11) dont la longueur disposée tangentiellement au diamètre du cône correspond à l'encombrement de ladite colonnette (22) quand ses deux parties (23) et (24) sont écartées au maximum dans leur trou, la largeur de ce lamage (11) étant suffisante pour lo- ger la même colonnette (22) tout en empêchant sa rotation sur elle-même.