Brevet FR2612470A1 — publié le 19880923

L'invention a pour objet une boîte de vitesses à plusieurs rapports pour véhicules, en particulier pour voitures de tourisme, comprenant une paire d'engrenages par rapport de vitesse, en engrènement permanent, chaque paire d'engrenages étant constituée d'un pignon fixe relié à l'un des arbres de la boîte de vitesses sans pouvoir tourner par rapport à ce dernier, et d'un pignon fou tournant sur l'autre arbre de la boîte de vitesses, et comprenant des dispositifs d'accouplement destinés à relier les pignons fous à un élément maintenu sur l'autre arbre de la boîte sans pouvoir tourner par rapport à celui-ci. Dans le cas de boîtes de vitesses traditionnelles du type précité, l'engagement d'un rapport se fait respectivement par accouplement du pignon fou correspondant à ce rapport avec un élément de synchronisation adjacent, solidaire en rotation de l'arbre de la boîte. Afin d'assurer un engagement du rapport sans à-coup, l'on utilise des dispositifs de synchronisation ayant pour effet de synchroniser les vitesses de rotation de l'arbre de la boîte et du pignon fou qui y est logé, avant le verrouillage du rapport choisi. Du fait de l'installation de tels éléments et dispositifs de synchronisation, l'encombrement longitudinal des boîtes de vitesses traditionnelles à plusieurs rapports est relativement grand. Par ailleurs, l'on connaît des boîtes de vitesses sans éléments de synchronisation, la synchronisation y étant obtenue par des dispositifs autres que des éléments mécaniques de synchronisation, en accélérant ou en ralentissant, par exemple, l'arbre d'entrée de la boite de vitesses. La suppression des éléments de synchronisation permet de diminuer la longueur de ces boites de vitesses. Cependant, pour relier les pignons fous rigidement à l'arbre correspondant de la boîte, il a fallu, jusqu'à ce jour, prévoir l'installation d'éléments de synchronisation dont la présence se répercute sur l'encombrement longitudinal de la boite de vitesses. Aussi, le but de l'invention est-il de créer une boite de vitesses à plusieurs rapports du type mentionné ci-dessus, qui se caractérise par une longueur axiale réduite et, par conséquent, par une plus grande compacité. Ce but est atteint grâce au fait que, sur chaque arbre de la boîte de vitesses, le pignon fou d'un des rapports de la boîte de vitesses est juxtaposé, respectivement, au pignon fixe d'un autre rapport, et que les dispositifs d'accouplement sont réalisés de manière à assurer la liaison entre un pignon fou et le pignon fixe adjacent. Ainsi, selon l'invention, l'engagement d'un rapport de vitesse donné se fait par accouplement du pignon fou correspondant à un pignon fixe d'un autre rapport de vitesse, directement adjacent au pignon fou. Ceci permet la suppression des éléments de synchronisation qui seraient nécessaires autrement et permet, de ce fait, une réduction sensible de la longueur de la boite de vitesses. Avec des dispositifs d'accouplement composés chacun, de préférence, d'un anneau portant des doigts d'accouplement qui s'engagent dans des perçages axiaux d'un pignon fou et d'un pignon fixe adjacents, une réduction supplémentaire de l'encombrement longitudinal peut être obtenue par l'arrangement des dispositifs d'accouplement correspondant à deux trains d'engrenages opposés, situés sur les deux arbres de la boîte de vitesses, dans un plan radial qui est sensiblement le même pour les deux arbres. Ainsi, les dispositifs d'accouplement sont placés l'un audessus de l'autre, sur les deux arbres de la boîte, et, de ce fait, occupent à peu prés la même place. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur le dessin annexé et sera décrit plus en détail par la suite en regard de la figure unique. Le dessin montre de façon schématisée une boîte de vitesses à plusieurs rapports, selon l'invention, vue en coupe longitudinale, n'illustrant principalement que les dispositions des trains d'engrenages de quatre rapports de la boite. La référence 1 y désigne l'arbre d'entrée relié, d'une façon non représentée en détail ici, au vilebrequin d'un moteur, alors que 2 désigne l'arbre de sortie relié, d'une façon non représentée en détail ici, à une transmission secondaire. Dans le cas considéré, la boîte de vitesses comporte quatre paires d'engrenages correspondant à des rapports de vitesse donnés, et etant constituées chacune d'un pignon fixe solidaire d'un arbre de la boîte, et d'un pignon fou maintenu et tournant sur l'autre arbre de la boîte.Ainsi, le premier rapport de vitesse est composé d'un pignon fixe 3 dont la rotation par rapport à l'arbre 1 d'entrée est interdite par des cannelures 11, tandis que le pignon fou 4 s'engrenant dans le pignon 3 est logé sur l'arbre 2 de sortie, de façon à pouvoir tourner, par l'intermédiaire d'un roulement 12 à aiguilles. Le deuxième rapport est constitué d'un pignon fou 5, qui est logé, par l'intermédiaire d'un roulement 18 à aiguilles, sur l'arbre 1 d'entrée, et qui s'engrène en permanence dans un pignon fixe 6 maintenu sur des cannelures 19 de sortie. Le troisième rapport aussi se compose d'un pignon fou 7 logé, par l'intermédiaire d'un roulement 24 à aiguilles, sur l'arbre 1 d'entrée, et d'un pignon fixe 8 maintenu sur l'arbre 2 de sortie, par l'intermédiaire de cannelures 25. Enfin, le quatrième rapport comporte un pignon fixe 9 maintenu sur l'arbre 1 d'entrée au moyen de cannelures 30, sans pouvoir tourner par rapport à l'arbre, ainsi qu'un pignon fou 10 logé sur l'arbre 2 de sortie par l'intermédiaire d'un roulement 35 à aiguilles. L'on s'aperçoit que, sur les deux arbres de la boite de vitesses, c'est-à-dire sur l'arbre 1 d'entrée et sur l'arbre 2 de sortie, le pignon fixe d'un rapport et le pignon fou d'un autre rapport sont placés, respectivement, immédiatement l'un å côté de l'autre. De ce fait, on peut relier, lors de l'engagement d'un rapport de vitesse, le pignon fou correspondant à ce rapport au pignon fixe adjacent, de façon à l'accoupler à l'arbre correspondant de la boîte. Les dispositifs d'accouplement prévus à cet effet sont des anneaux dotés de doigts d'accouplement saillant axialement, qui s'engagent dans des perçages axiaux de deux pignons adjacents de la boite de vitesses. Le déplacement des anneaux d'accouplement peut être assuré grâce à des fourchettes de commande non représentées ici, qui agissent sur les anneaux et leurs doigts d'accouplement, de sorte a les déplacer axialement. Ainsi, la réalisation illustrée sur le dessin comporte en tout quatre anneaux 14, 20, 26 et 31 dotés respectivement des doigts 15, 21, 27 et 32 d'accouplement. I1 est conseillé de prévoir plusieurs doigts d'accouplement par anneau, répartis uniformément sur la circonférence de celui-ci. Alors que les doigts 15 d'accouplement sont destinés à assurer la liaison entre le pignon fou 5 du deuxième rapport et le pignon fixe 3 du premier rapport, en s'emboîtant dans des perçages axiaux 16 et 17 des pignons fou 5 et fixe 3, respectivement, voire dans des perçages axiaux d'une collerette cylindrique 13 solidaire du pignon fixe 3, les doigts 21 d'accouplement disposés sur l'anneau 20 sont destinés & s'engager dans des perçages axiaux 22 et 23 du pignon fixe 6 du deuxième rapport et du pignon fou 4 du premier rapport, respectivement.De même, les doigts 27 d'accouplement de l'anneau 26 passent dans un perçage axial 28 du pignon fou 7 de la troisième vitesse et dans un perçage axial 29 du pignon fixe 9 de la quatrième vitesse cependant, les doigts 32 d'accouplement de l'anneau 31 s'introduisent dans des perçages axiaux 33 et 34 du pignon fixe 8 du troisième rapport et du pignon fou 10 du quatrième rapport. Enfin, la référence 36 assigne une entretoise disposée entre les pignons fous 5 et 7 du deuxième et troisième rapport de la boîte de vitesses. L'engagement d'un rapport donné de la boite de vitesses se fait par déplacement axial de l'anneau correspondant au pignon fou du rapport choisi, jusqu'à obtention de la liaison entre ce pignon et le pignon fixe adjacent, une fois la synchronisation accomplie, c'est-à- dire après adaptation du régime de l'arbre d'entrée au régime du pignon fou, voire de l'arbre de sortie, résultant du rapport engagé et de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie. Ainsi, par exemple, le deuxième rapport de la boîte de vitesses est engagé par le coulissement, vers la gauche sur le dessin, de l'anneau 14, actionné, de préférence, par une fourchette mue par un servomoteur, de telle sorte que le doigt 15 d'accouplement s'engage dans le perçage 17 de la collerette cylindrique 13 reliée au pignon fixe 3.De cette façon, le pignon fou 5 est relié à l'arbre d'entrée 1, et le deuxième rapport de la boîte de vitesses est engagé. Les autres rapports passent de manière analogue. Le désengagement du rapport passé peut se faire également par l'intermédiaire de la fourchette commandée par le servomoteur. Cependant, il est possible aussi de provoquer le désengagement d'un rapport au moyen de ressorts de rappel qui peuvent être disposés, par exemple, entre un anneau et le pignon fou ou fixe opposé. Par contre, dans ce cas, il faut prendre des mesures par ticulières pour s'assurer que les rapports restent enclenchés après leur engagement au moyen d'une servocommande. Cet objectif peut être réalisé, par exemple, de la façon décrite dans le document allemand DE-OS 35 13 279 selon lequel les éléments d'accouplement, donc, les doigts d'accouplement dans le cas présent, deviennent autobloquants sous l'action d'un couple de traction supérieur à une valeur minimale, et se désengagent lorsque ce couple tombe en dessous de la valeur minimale.L'autoblocage des doigts d'accouplement sous charge peut être obtenu par le fait que les doigts 15, 21, 27, 32 ainsi que les perçages 16, 17; 22, 23; 28, 29; 33, 34 des pignons fous et fixes 3 à 10, dans lesquels passent les doigts d'accouplement, sont inclinés par rapport à l'axe longitudinal, de façon a former un angle relativement petit (de 3 à 5 par exemple). Cet angle, ainsi que son orientation par rapport à l'axe de l'arbre de la boite de vitesses, serait alors à déterminer de telle manière que l'autobîocage recherché s'établisse sous charge en traction, alors qu'en fonctionnement en poussée, l'on obtienne une force tendant à désengager le rapport, assistant, de ce fait, le désengagement effectué au moyen des ressorts de rappel. Par ailleurs, de tels ressorts de rappel pourraient être logés avantageusement d'une manière non représentée ici, consistant à prévoir une section plus faible pour certains des doigts d'accouplement répartis de façon uniforme sur la circonférence de l'anneau, et å les entourer de ressorts hélicoïdaux maintenus dans des lamages dans les pignons fous et fixes opposés à l'anneau d'accouplement. Ces doigts d'accouplement n'accompliraient alors plus une fonction de liaison, mais uniquement de guidage des ressorts de rappel hélicoïdaux.De plus, ces doigts pourraient assurer un verrouillage des éléments d'accouplement dans la position de départ représentée sur le dessin, en venant buter, dans cette position, sur des collerettes de butée d'une face de butée du pignon (fou ou fixe) adjacent à l'anneau d'accouplement, limitant de ce fait un déplacement continu de l'anneau dans le sens du désengagement, c'est-à-dire vers l'anneau d'accouplement opposé. Enfin, il convient de souligner que l'utilisation d'une collerette cylindrique 13 pourvue des perçages axiaux 17 s'est averée nécessaire ici uniquement parce que les dimensions extérieures du pignon fixe 3 du premier rapport de vitesse etaient tellement petites qu'un perçage axial destiné à permettre une liaison rigide avec le pignon fou 5 adjacent du deuxième rapport ne pouvait pas y être réalisé. La collerette cylindrique 13 peut former un ensemble monobloc avec le pignon fixe 3, comme l'illustre le dessin, ou elle peut être réalisée sous forme d'une pièce séparée maintenue, avec le pignon fixe 3, sur les cannelures 11 de l'arbre d'entrée, sans pouvoir tourner par rapport à ce dernier. Dans le cas des autres rapports, les dimensions des pignons fixes devraient être suffisantes pour permettre la réalisation des perçages axiaux recevant les doigts d'accouplement. REVENDICATIONS 1. Boite de vitesses à plusieurs rapports pour véhicules, en particulier pour voitures de tourisme, comprenant une paire d'engrenages par rapport de vitesse, en engrènement permanent, chaque paire d'engrenage étant constituée d'un pignon fixe relié a l'un des arbres de la boite de vitesses sans pouvoir tourner par rapport à ce dernier, et d'un pignon fou tournant sur l'autre arbre de la boite de vitesses, et comprenant des dispositifs d'accouplement destinés à relier les pignons fous à un élément maintenu sur l'autre arbre de la boîte sans pouvoir tourner par rapport à celui-ci, caractérisée par le fait que, sur chaque arbre (1, 2) de la boite de vitesses, le pignon fou (5, 7; 4, 10) d'un des rapports de la boîte de vitesses est juxtaposé, respectivement, au pignon fixe (3, 9; 6, 8) d'un autre rapport, et que les dispositifs (14, 15; 20, 21; 26, 27) d'accouplement sont réalisés de manière à assurer la liaison entre un pignon fou et le pignon fixe adjacent. 2. Boite de vitesses à plusieurs rapports selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les dispositifs (14, 15; 20, 21; 26, 27; 31, 32) d'accouplement correspondant aux paires d'engrenages adjacentes (3, 4 et 5, 6; 7, 8 et 9, 10), respectivement, sont disposés sur les arbres (1, 2) de la boîte de vitesses dans des plans radiaux sensiblement identiques. 3. Boite de vitesses selon les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les dispositifs d'accouplement sont constitués chacun d'un anneau (14, 20; 26; 31) d'accouplement pourvu de doigts (15; 21; 27; 32) d'accouplement s'engageant dans des perçages axiaux (16, 17; 22, 23; 28, 29; 33, 34) des pignons fous et fixes adjacents (3, 5; 4, 6; 7, 9; 8, 10). 4. Boite de vitesses selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les doigts (15; 21; 27; 32) d'accouplement sont repartis uniformément sur la circonférence des anneaux (14; 20; 26; 31). 5. Boite de vitesses selon une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la commande des dispositifs (14, 15; 20, 21; 26, 27) est effectuée au moyen de dispositifs à servomoteurs. 6. Boite de vitesses selon une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que des ressorts de rappel assurent le rappel des dispositifs d'accouplement. 7. Boîte de vitesses selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les ressorts de rappel sont disposés entre les anneaux d'accouplement et les pignons adjacents des paires d'engrenages concernées. 8. Boîte de vitesses selon une des revendications 1 à 7, caractérisée par des dispositifs destinés à limiter le déplacement axial, dans le sens d'un désengagement, des dispositifs d'accouplement.