Brevet FR2647865A1 — publié le 19901207

1,* r. L'invention concerne un accouplement commandé pour relier sélectivement, par commande, un arbre creux à un bout d'arbre dis- posé sur le même axe à l'intérieur de Lui, au moyen d'éléments de couplage, comprenant des ouvertures ménagées dans L'arbre creux, dans lesquelles les éléments de couplage sont maintenus immobiles dans le sens circonférentiel, mais déplaçables radialement, des évidements ménagés dans le bout d'arbre, qui sont coordonnés axia- lement aux ouvertures de l'arbre creux et dans lesquels peuvent pénétrer les éléments de couplage pour solidariser en rotation l'arbre creux avec le bout d'arbre, ainsi qu'une bague de commande disposée'axialement coulissante sur l'arbre creux et présentant une surface annulaire d'appui pour déplacer les éléments de couplage radiaLement vers l'intérieur et une surface de blocage pour immo- biliser les éléments de couplage à une position de couplage o ces éléments sont en prise simultanément avec l'arbre creux et le bout d'arbre. Les accouplements commandés sont utilisés notamment dans la transmission de véhicules automobiles à quatre roues motrices du type dans Lequel l'entraînement du second essieu est enclenché seu- lement sous des conditions de marche particulières, par exemple lorsque la traction par les roues de l'essieu entrainé en perma- nence est médiocre et que ces roues patinent, ou alors du type dans lequel l'entraînement du second essieu est coupé sous certaines conditions de fonctionnement, par exemple lors de l'actionnement du frein de service, afin d'assurer la tenue de cap du véhicule et le fonctionnement. sans reproches d'un système antiblocage. Pour de telles applications, on connait déjà, par exemple par le brevet DE 38 22 115 A 1, plusieurs accouplements qui sont conçus comme un mécanisme d'accouplement à griffes. Cependant, ces accouplements ne conviennent pratiquement pas pour couper un entraînement pendant la transmission d'un couple, ni pour enclencher un entraînement alors que les différences de vitesse'de rotation sont élevées. Le verrouillage du manchon à endentures, disposé axialement coulis- sant, s'effectue, dans ces accouplements, au moyen d'éléments de verrouillage déplaçables radialement, sous la forme de billes, qui pénètrent dans une gorge de L'arbre creux, o ils sont immobiLisés radialement par une bague de verrouiLLage, de sorte qu'ils retiennent axiaLement Le manchon à endentures, Lequel serait déplacé sinon dans Le sens de L'axe par La réaction des efforts appliqués aux dents. Des accouplements embrayables et débrayables sous charge sont connus en d'autres domaines d'application, par exempte par le document JP 60-256627, selon lequel des éLéments de verrouiLlage sont maintenus radialement mobiles dans des ouvertures d'un manchon pouvant tourner Librement sur un arbre et faisant partie d'une roue motrice, les éléments de verrouillage pouvant pénétrer' dans des évidements individuels ou des gorges de l'arbre, o ils sont immo- bilisés par une bague de verrouillage axialement déplaçable, aLors qu'ils établissent une Liaison mécanique entre le manchon de la roue motrice et l'arbre. Le déplacement de la bague de verrouillage s'effectue dans ce cas par une griffe de commande usuelle, laquelle est actionnée - apparemment par voie magnétique - par l'intermé- diaire d'un mécanisme à levier. La présente invention vise à créer un accouplement com- mandé du type mentionné au début, qui soit embrayable et débrayabLe pendant la transmission d'un couple, qui soit très compact dans le sens axial et dans le sens circonférentiel et qui puisse supporter, appliquer et couper des couples éLevés dans un fonctionnement sûr. SeLon la solution apportée à ce problème par L'invention, La bague de commande est dépLaçable à la position de couplage contre une force de rappel et est verrouillable axialement à cette position par des éléments de verrouillage déplaçables radialement. Le concept essentiel de l'invention est que, pour L'établissement de la liaison mécanique, aussi bien pour la solidarisation en rotation de L'arbre creux avec Le bout d'arbre que pour le verrouillage axial de la bague de commande, on utilise des éléments déplaçables radiaLement, en particulier sous forme de bilLes, qui sont capables, par verrouiLage radiaL, de supporter d'importants efforts circonférentiels (éléments de couplage) ou d'importants efforts axiaux (éLéments de verrouillage) et qui demandent seule- ment de faibles courses de commande dans le sens axial et des -efforts de commande réduits. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les ouvertures destinées à recevoir les éléments de verrouillage, OS sont prévus directement dans La bague de commande; selon un per- fectionnement préféré, seule la bague de verrouillage est alors directement manoeuvrable axialement, de manière qu'elle agisse directement sur les éléments de verrouillage, d'abord dans le sens axial, en les déplaçant jusqu'à ce qu'ils puissent pénétrer radia- lement dans la gorge circonférentielle de l'arbre creux, o ils sont immobilisés radialement par la poursuite du déplacement de la bague de verrouillage. Lorsque les éléments de verrouillage sont ainsi déplacés axialement, ils agissent à leur tour sur la bague de commande, laquelle produit en même temps le déplacement radial des éléments de couplage, lesquels, après leur entrée dans les évide- ments correspondants du bout d'arbre, sont bloqués radialement par la poursuite du déplacement axial de la bague de commande. Les dif- férentes courses sont mutuellement adaptées de manière que la liaison solidarisant l'arbre creux et le bout d'arbre en rotation soit établie et verrouillée d'abord et que la bague de commande soit verrouillée ensuite dans le sens axial, cette dernière opéra- tion s'effectuant presque en synchronisme avec la première pendant une faible course de translation supplémentaire. Le déverrouillage de la liaison pour la transmission du couple, s'effectue dans l'ordre inverse, par le déplacement de la bague de verrouillage en sens contraire, mouvement qui est amorçé par une force initialement faible, par exemple la force d'un ressort, ce qui libère les élé- ments de verrouillage en direction radiale. Le couple appliqué pro- voque ensuite le déverrouillage de la bague de commande par la force radiale que les éléments de couplage exercent sur une surface de blocage conique. On obtient ainsi une force de réaction axiale sur la bague de commande, laquelle presse les éléments de verrouil- lage contre une surface conique d'appui ou de montée de la gorge annulaire, de sorte que ces éléments se déplacent radialement vers l'extérieur et libèrent la bague de commande dans le sens axial. La disposition compacte à symétrie circonférentielLe con- vient particulièrement pour la manoeuvre au moyen d'organes de commande compacts,installés symétriquement à La périphérie. Il con- vient spécialement d'utiliser à cet effet un électroaimant de con- figuration annulaire qui, lorsqu'il est excité, provoque Le dépla- cement axial d'un anneau de positionnement relié à la bague de verrouillage par une liaison permettant la rotation relative. L'anneau de positionnement pourrait cependant être relié aussi au piston notamment de forme annulaire - d'un vérin hydraulique ou pneumatique ou constituer lui-même un tel piston. Il est possible encore de prévoir des organes de commande individuels, répartis sur la périphérie, par exemple trois vérins plus petits qui agissent sur l'anneau de positionnement. L'ensemble du dispositif peut être logé de manière favo- rable dans un carter de faible longueur, qui est monté sur l'arbre creux par deux paliers, est relié à une première bride et dans lequel est monté rotatif le bout d'arbre, relié lui-même à une seconde bride. Le mécanisme de verrouillage est alors disposé de préférence, par rapport aux deux arbres, entre les deux paliers, de sorte qu'un blocage par inclinaison ou des incidents semblables sont pratiquement exclus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation préféré mais nullement Limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexe, qui est une coupe axiale d'un accouplement selon l'invention. L'accouplement représenté cpmprend un carter 35 constitué de plusieurs parties 5, 7 et 9 et dans lequel on.perçoit, en tant - que parties essentielles, l'arbre creux ou moyeu I et un autre arbre ou bout d'arbre 2. La partie 9 du carter, en matériau magné- tiquement isolant, est fixée par des vis 30 à la partie 7 du carter. Les parties 5 et 7 de ce dernier sont vissées ensemble par un filetage 47. Le carter est supporté par des roulements à billes 16 et 14 sur l'arbre tournant et est empêché de tourner avec lui par un dispositif de maintien non représenté. Le roulement 16 est maintenu dans un porte-palier 10 qui est magnétiquement isolant, tandis que le roulement 14 est maintenu directement dans la partie de carter 9 magnétiquement isolante. Le roulement 14 est immobilisé par un jonc 23 dans la partie de carter 9 et par un jonc 24 et une bague-entretoise 33 sur l'arbre creux 1. Le roulement 16 est main- tenu à distance du bout d'arbre 2 par une bague-ertretoise 34 et le portepalier 10 est immobilisé dans la partie 5 du carter au moyen d'un jonc 46. Le bout d'arbre 2 est pluri-étagé et est monté rotatif dans l'arbre creux par un roulement à billes 15 et une cou- ronne 17 d'aiguilles de roulement. Le roulement à billes 15 est fixé par des joncs 25, 26 dans l'arbre creux 1 et sur le bout d'arbre 2, tandis que la couronne d'aiguilles 17 est appuyée axia- Lement sur des épaulements de l'arbre creux 1 et du bout d'arbre 2. La bride 32 du bout d'arbre 2 porte un tube protecteur 18 et est étanchée par rapport à celui-ci par un joint torique 45, tandis qu'une garniture annulaire d'étanchéité d'arbre 20 est prévue pour étancher le tube protecteur 18 vis-à-vis de la partie 5 du carter. L'arbre creux 1 est muni d'une bride 31 portant des vis de fixation 22, tandis que la bride 32 du bout d'arbre 2 présente des trous taraudés 21. La moitié supérieure de la figure montre l'accouplement en position déverrouillée. L'anneau de positionnement 8, dans lequel la bague de verrouillage 3 est montée rotative et est retenue axialement au moyen d'un jonc 29, occupe sa position extrême droite - dans cette représentation dans la partie 5 du carter. L'anneau de positionnement 8 porte en outre un anneau de poussée 11. Les billes de verrouillage 12, maintenues dans des ouvertures 36 de La bague de commande 4, sont sorties radialement vers l'extérieur. De la même façon,,les billes de couplage 13, dis- posées radialement mobiles dans des ouvertures 37 de l'arbrecreux 1, ne sont pas sollicitées par la surface d'appui 38 prévue sur La bague de commande 4 et sont également sorties, radialement vers l'extérieur, des évidements 39 du bout d'arbre 2. A une certaine distance axiale des billes de verrouillage 12, on perçoit la gorge annulaire 41 destinée à les recevoir. Entre les parties 5 et 7 du carter, le dessin montre un électroaimant comprenant un corps de bobine 7, un enroulement de maintien 27' et un enroulement de com- mande 28, d'o des câbles 48 mènent à L'extérieur. Dans la moitié inférieure de La figure, L'anneau de com- mande 8 a été amené, par suite de l'excitation'de L'électroaimant qui l'entoure, à la position extrême gauche; les billes de cou- plage 13 ont été repoussées radialement vers l'intérieur par La surface d'appui 38 et elles sont maintenues en prise à la fois avec l'arbre creux 1 et le bout d'arbre 2 au moyen de la surface de blo- cage 42 qui est une surface conique non autobloquante. Les billes de verrouillage 12 ont été enfoncées par La surface annulaire d'appui 40 de La bague de verrouillage 3 dans la gorge annulaire 41, o elles sont immobilisées radialement - alors qu'elles sont simultanément en prise avec l'arbre creux 1 et la bague de commande 4 - par la surface de blocage 43 de la bague 3, laquelle peut être cylindrique ou conique. L'anneau de poussée 11, maintenu dans l'anneau de positionnement ou de commande 8, a comprimé un ressort 19 qui produit une force de rappel. Pour l'enclenchement ou l'embrayage, du fait que la force de l'électroaimant diminue fortement sur la course de l'armature, il faut un champ magnétique plus intense que celui nécessaire au maintien, champ plus intense qui est produit au moyen de l'enroulement de commande 28 à faible résistance ohmique. Dès que Les billes de verrouillage 12 pénètrent dans la gorge annuLaire 41 et sont emprisonnées radialement par la bague de verrouillage 3, elles encaissent les efforts exercés axialement sur l'anneau de commande, si bien que L'enroulement de maintien 27, de haute résistance ohmique, suffit à maintenir l'anneau 8 en place contre la force de rappel du ressort 19. Lorsque l'alimentation de l'enroulement de maintien 27 est coupée, la force du ressort repousse l'anneau 1l et la bague de verrouillage 3 vers la droite, les billes de verrouillage 12 peuvent sortir de la gorge sous la force de réaction au couple et la bague de commamnde 4 est déplacée complètement vers la. droite par les billes de couplage 13 repoussées hors de leurs logements 39. On voit que, dans ce mode de réalisation, la bague de verrouillage 3 peut être chargée directement par un organe de posi- tionnement 8 dans le sens axial et que la bague de commande 4 est dépLaçable axialement par les éLéments de verrouillage 12 entrainés par la bague 3. Il ressort également de ce qui précède qu'il suffit de OS faibles forces de maintien à la suite du verrouillage de l'accou- plement, ce qui est un avantage appréciable. REVENDICATIONS 1. Accouplement commandé pour relier sélectivement, par commande, un arbre creux (1) à un bout d'arbre (2) disposé sur te même axe à L'intérieur de lui, au moyen d'éléments de couplage (13), comprenant des ouvertures (37) ménagées dans l'arbre creux (1), dans lesquelles les éléments de couplage (13) sont maintenus immobiles dans le sens circonférentieL, mais déplaçables radiale- ment, des évidements (39) ménagés dans le bout d'arbre (2), qui sont coordonnés axialement aux ouvertures (37) de l'arbre creux (1) et dans lesquels peuvent pénétrer les éléments de couplage (13) pour solidariser en rotation l'arbre creux (1) avec le bout d'arbre (2), ainsi qu'une bague de commande (4) disposée axialement coulis- sante sur l'arbre creux (1) et présentant une surface annulaire d'appui (38) pour déplacer les éléments de couplage (13) radiale- ment vers l'intérieur et une surface de blocage (42) pour immobi-. Liser les éléments de couplage (13) à une position de couplage o ces éléments sont en prise simultanément avec l'arbre creux (1) et te bout d'arbre (2), caractérisé en ce que la bague de commande (4) est déplaçable à la position de couplage contre une force de rappel et est verrouillable axialement à cette position par des éléments de verrouillage (12) déplaçables radiale- ment. - 25. 2. Accouplement commandé selon la revendication 1,-carac- térisé en ce que la surface de blocage (42) de la bague de commande (4) est une surface conique non autobloquante.. 3. Accouplement commandé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par des ouvertures (36) ménagées dans la bague de com-' mande (4), dans lesquelles les éléments de verrouillage (12) sont maintenus immobiles dans te sens circonférentiel, mais déplaçables radialement, par une gorge annulaire (41) ménagée dans l'arbre creux (1), dans Laquelle les éléments de verrouillage (12) peuvent pénétrer pour le verrouillage axial de la bague de commande (4), ainsi que par une bague de verrouillage (3) présentant une surface annulaire d'appui (40) pour Le déplacement des éléments de verrouillage (12) radialement vers l'intérieur, de même qu'une sur- face de blocage (43), notamment de forme cylindrique, pour immo- biLiser les éléments de verrouillage (12) pendant que ceux-ci sont simultanément en prise avec l'arbre creux (1) et la bague de com- mande (4). 4. Accouplement commandé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la surface de blocage (43) de la bague de verrouillage (3) est conique. 5. Accouplement commandé selon la revendication 3 ou.4, caractérisé en ce que la bague de verrouillage (3) peut être solli- citée directement, dans le sens axial, par un organe de positionne- ment (8) et la bague de commande (4) est deplaçable axialement par les éléments de verrouillage (1.2), entrainés dans le sens axial par la bague de verrouillage (3). 6. Accouplement commandé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que l'organe de positionnement est constitué par un anneau de positionnement (8) relié à la bague de verrouillage (3). 7. Accouplement commandé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la bague de verrouillage (3) est montée rotative dans l'anneau de positionnement (8). 8. Accouplement commandé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'anneau de positionnement (8) est manoeu- vrable directement par voie électromagnétique, en particulier au moyen d'un électroaimant annulaire qui l'entoure. 9. Accouplement commandé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'anneau de positionnement (8) est manoeu- vrable directement par voie hydraulique ou pneumatique, en particu- lier au moyen d'un piston annulaire. 10. Accouplement commandé selon l'une queLconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif de com- mande est monté directement sur l'un des arbres tournants (1; 2) par des éléments de roulement et est empêché de tourner avec cet arbre par un dispositif de maintien stationnaire. 11. Accouplement commandé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les éléments de cou- plage sont des billes (13). 12. Accouplement commandé selon L'une quelconque des revendications 1 à.11, caractérisé en ce que les éléments de verrouillage sont des billttes (12).