Brevet FR2639413A1 — publié le 19900525

"Boîte de vitesses à deux rapports et à changement de vitesse à l'arrêt" La présente invention est relative à une boîte de vitesses à deux rapports et à changement de vitesse à l'arrêt, destinée par exemple à être intercalée entre le moteur électrique et le réducteur d'entraînement du tambour dans un mécanisme de treuil de levage, pour assurer le doublement de la gamme des vitesses et les fonctions de frein de service et de frein de sécurité. Cette invention concerne plus particulièrement, dans une boîte de vitesses d'un type généralement connu, un dispositif de freinage permettant d'effectuer en toute sécurité le changement de vitesse à l'arrêt et elle trouve son application dans le domaine des appareils de levage et de manutention pour lesquels, à aucun moment, la chaîne cinématique ne doit être interrompue pour éviter le dévirage de la charge suspendue. On connaît différents types de boîtes de vitesses permettant d'obtenir le changement de vitesse à l'arrêt sans interrompre la chaîne cinématique. Selon un premier type connu, comme décrit par exemple dans le brevet français N 1 440 066, la continuité de la liaison cinématique entre l'arbre récepteur et l'arbre moteur est obtenue en utilisant deux moteurs accouplés respectivement aux deux planétaires d'un différentiel dont le porte-satellites est solidaire de l'arbre de sortie. Dans ce cas, on utilise deux moteurs électriques équipés chacun d'un électro-frein et d'un inverseur de sens de rotation; selon la vitesse choisie, les puissances des deux moteurs sont simultanément utilisées, ou seule la puissance d'un moteur est utilisée. Selon un deuxième type connu, comme décrit par exemple dans le brevet français N 2 188 740, la boîte de vitesses comporte un arbre d'entrée accouplé à des moyens moteurs, un arbre intermédiaire, un différentiel intercalé entre l'arbre d'entrée et l'arbre intermédiaire, et un arbre de sortie. La cage du différentiel est reliée à des moyens de commande aptes, dans une première position, à la lier en rotation au porte-satellites pour obtenir une grande vitesse sur l'arbre intermédiaire et, dans une deuxième position, à la lier en rotation à une pièce fixe pour obtenir une vitesse moins élevée sur l'arbre intermédiaire qui comporte des moyens de blocage en rotation fonctionnant pendant le passage d'une position à l'autre des moyens de commande. De cette manière, on réalise un changement de vitesse par crabotage qui nécessite des moyens de commande complexes et coûteux. 263 9 4 1 3 Selon un autre type connu, comme par exemple dans la demande de brevet français publiée N 2 556 806, le changement de vitesse s'effectue uniquement par l'action de freins. Le mécanisme de transmission à deux vitesses décrit est classique; il est constitué d'un carter renfermant un ensemble de trains épicycloidaux, ainsi que d'autres éléments de transmission tels que deux arbres creux, coaxiaux à l'arbre d'entrée et en liaison avec les trains épicycloîdaux, sur lesquels sont montés les freins. Dans cette réalisation, par ailleurs décrite succintement, les éléments assurant la fonction de freinage sont propres uniquement à cette fonction et sont disposés à l'extérieur du carter, ce qui multiplie le nombre de pièces et augmente l'encombrement d'ensemble du mécanisme. La présente invention remédie à ces inconvénients, en fournissant une boîte de vitesses à deux rapports dont le changement de vitesse s'effectue à l'arrêt au moyen de freins disposés dans le carter proprement dit de la boîte sans en augmenter son encombrement. A cet effet, la boîte de vitesses selon l'invention, à deux rapports et à changement de vitesse à l'arrêt, comprend de façon connue un ensemble de deux trains épicycloidaux, de rapports différents, constitué d'un planétaire double solidaire de l'arbre d'entrée, d'un porte-satellites double solidaire de l'arbre de sortie, et de deux couronnes à denture intérieure engrenant chacune avec des pignons satellites du portesatellites double, cet ensemble étant disposé à l'intérieur d'un carter en forme de corps creux fermé par un flasque latéral traversé par l'arbre d'entrée de la boîte et par un autre flasque latéral traversé par l'arbre de sortie de la boîte, et cette boîte de vitesses est caractérisée en ce que chacune des couronnes de l'ensemble des deux trains épicycloidaux est montée libre en rotation dans le corps du carter autour de l'axe général de la boîte, et en ce que le corps du carter porte des moyens commandés susceptibles de coopérer respectivement avec chacune des couronnes dudit ensemble des deux trains épicycloidaux, pour solidariser chaque couronne indépendamment de l'autre avec le carter, ou pour la libérer en rotation relativement au carter. Ainsi, l'obtention de l'un ou l'autre des deux rapports de transmission de la boîte de vitesses selon l'invention résulte de la libération d'une couronne appartenant à l'un des deux trains épicycloidaux, tandis que la couronne appartenant à l'autre train épicycloidal reste bloquée en rotation. Lorsque les couronnes sont toutes deux bloquées en rotation, la boite de vitesses ne peut pas transmettre de mouvement entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie. Les moyens de freinage, qui commandent l'immobilisation ou la libération de chaque couronne, sont logés entièrement dans le carter et n'augmentent pas l'encombrement d'ensemble de la boîte de vitesses. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, chacune des deux couronnes de l'ensemble des deux trains épicycloïdaux est constituée de plusieurs couronnes élémentaires coaxiales montées mobiles axialement et séparées les unes des autres par des disques de friction coaxiaux à cannelures extérieures coopérant avec des cannelures conjuguées du corps du carter et montés également mobiles axialement à l'intérieur du corps du carter, des moyens de commande étant prévus pour freiner et solidariser indépendamment l'une et l'autre couronne avec le carter, en serrant les couronnes élémentaires contre les disques de friction adjacents, ou pour libérer l'une ou l'autre des couronnes en desserrant les disques et couronnes élémentaires correspondants. Suivant une caractéristique complémentaire, des moyens mécaniques élastiques sont disposés entre les deux couronnes de l'ensemble des deux trains épicycloîdaux pour maintenir en pression les faces en regard des couronnes élémentaires et des disques de friction entre les flasques latéraux du carter et les faces opposées desdits moyens mécaniques élastiques, ces moyens permettant de solidariser, au repos les arbres d'entrée et de sortie. Avantageusement, les moyens mécaniques élastiques consistent en des rondelles-ressorts disposées et comprimées entre deux pistons annulaires mobiles axialement dont les surfaces latérales extérieures forment chacune une couronne d'appui répartissant la force des rondelles-ressorts sur les deux ensembles de couronnes élémentaires et de disques de friction. Selon une autre caractéristique, les deux pistons annulaires sont montés chacun mobile axialement dans un cylindre annulaire formé à l'intérieur du corps du carter, en formant ensemble deux chambres de pression annulaires indépendantes communiquant chacune avec une source de pression de commande hydraulique ou pneumatique par l'intermédiaire de canaux ménagés dans le carter; l'étanchéité entre chaque piston et le cylindre annulaire correspondant est assurée de préférence par des joints toriques. La mise en pression d'une chambre annulaire exerce, sur le piston annulaire correspondant, une force axiale opposée à celle des rondelles- ressorts, qui a pour effet le déplacement du piston à l'intérieur du cylindre annulaire et le défreinage de la couronne associée. Le carter résulte, dans un mode de réalisation particulier, de l'assemblage étanche d'un flasque latéral d'entrée, de deux parties intermédiaires formant le corps du carter et d'un flasque latéral de sortie, chacune des deux parties intermédiaires logeant la couronne de l'un des deux trains épicycloTdaux, ainsi que les moyens de commande associés. Dans cette construction de carter en quatre parties distinctes, les flasques latéraux d'entrée et de sortie du carter sont centrés respectivement sur les parties intermédiaires adjacentes, formant le corps du carter, par des épaulements formant une couronne d'appui en regard des disques de friction correspondants. Les deux parties intermédiaires, formant le corps du carter et logeant chacune l'un des deux trains épicycloïdaux, sont aussi centrées l'une par rapport à l'autre par un épaulement. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de cette boîte de vitesses à deux rapports et à changement de vitesse à l'arrêt. L'unique figure du dessin représente schématiquement, vue en demi-coupe passant par l'axe, une boîte de vitesses destinée notamment à être intercalée entre le moteur électrique et le réducteur d'entraînement (non représentés) du tambour dans un mécanisme de treuil de levage. La boîte de vitesses comprend un carter désigné dans son ensemble par 1, réalisé en quatre parties distinctes accolées qui sont respectivement: un flasque latéral d'entrée 2 situé du côté du moteur ou de la source de mouvement, deux parties intermédiaires 3,4 de conformation générale annulaire, formant l'une avec l'autre le corps du carter proprement dit, et un flasque latéral de sortie 5 situé du côté du réducteur, ou autre récepteur du mouvement. Les quatre parties 2 à 5 du carter I sont assemblées entre elles coaxialement par des goujons 6. A l'intérieur du carter I est disposé un ensemble de deux trains épicycloidaux, constitué d'un planétaire double 7 solidaire d'un arbre moteur ou d'entrée 8, d'un porte-satellites double 9 solidaire d'un arbre récepteur ou de sortie 10 et de deux couronnes à denture intérieure 11,12 engrenant chacune avec des pignons satellites 13,14 du porte-satellites double 9. La couronne 1I et les pignons satellites 13, dont un seul est représenté, appartiennent à un premier train épicycloîdal situé du côté de l'arbre moteur 8. L'autre couronne 12 et les autres pignons satellites 14, dont un seul est représenté, appartiennent à un second train épicycloïdal situé du côté de l'arbre récepteur 10. Les deux trains épicycloïdaux possèdent des rapports différents. Le planétaire double 7 coaxial avec l'arbre moteur 8 comprend un arbre creux 15 calé par des cannelures 16 sur l'arbre moteur 8, une premiere denture de pignon 17 engrenant avec les pignons satellites 13, une partie centrale de raccordement 18 à section circulaire, et une deuxième denture de pignon 19, plus petite que la première denture 17, engrenant avec les autres pignons satellites 14. A son extrémité opposée à l'arbre moteur 8, le planétaire double 7 est monté tournant sur une douille à aiguilles 20 portée par. une terminaison centrale 21 de l'arbre du porte-satellites double 9 coaxial avec l'arbre récepteur 10. Le planétaire double 7 est monté tournant dans le carter I par l'intermédiaire d'un roulement 22 logé dans le flasque latéral d'entrée 2 du carter 1. Le porte-satellites double 9 comprend un arbre creux 23 calé par des cannelures 24 sur l'arbre récepteur 10 et centré sur le flasque latéral de sortie 5 du carter I par l'intermédiaire d'un roulement 25, un corps de révolution 26 constitué d'une partie centrale 27 et de deux parties latérales 28,29, et deux ensembles d'axes porte-satellites 30,31 disposés chacun entre une des parties latérales 28,29 et la partie centrale 27 du corps de porte-satellites 26. Les pignons satellites 13,14 sont montés libres en rotation respectivement sur les axes porte-satellites 30,31 par l'intermédiaire de douilles à aiguilles 32,33. Le porte-satellites double 9 comprend encore, du côté de l'arbre récepteur 10, une première terminaison centrale 21 d'arbre sur laquelle est monté tournant le planétaire double 7 et, du côté de l'arbre moteur 8, une deuxième terminaison centrale 34 d'arbre creux qui est traversée par l'ensemble constitué de l'arbre moteur 8 et de l'arbre creux 15 du planétaire double 7 et qui est centrée sur le flasque latéral d'entrée 2 du carter I par l'intermédiaire d'un roulement 35. Les pignons satellites 13,14 engrènent respectivement avec la denture intérieure 36,37 des deux couronnes 11,12. Dans la réalisation montrée sur le de.sin, la couronne 11 est constituée de deux couronnes élémentaires coaxiales 38,39, tandis que la couronne 12 est constituée de trois couronnes élémentaires coaxiales 4 ,41,42. Les couronnes élémentaires 38,39, d'une part, et 40,41,42, d'autre part, sont toutes montées mobiles axialement et sont séparées les unes des autres, et des éléments extérieurs, par des disques de friction coaxiaux, 2639413- respectivement 43,44,45 et 46,47,48,49, qui sont par exemple des disques frittés. Les disques de friction 43 à 49 sont montés également mobiles axialement à l'intérieur des deux parties intermédiaires 3,4 formant le corps du carter I. Ces disques de friction comportent des cannelures extérieures, respectivement 50,51 qui coopèrent avec des cannelures conjuguées appartenant auxdites parties intermédiaires 3,4 et qui assurent ainsi une immobilisation en rotation desdits disques. A l'intérieur du carter 1, entre les deux couronnes 11,12 de l'ensemble des deux trains épicycloîdaux, sont disposés deux pistons annulaires 52, 53 montés chacun coulissant dans un cylindre annulaire 54,55 formé à l'intérieur de chacune des parties intermédiaires 3,4 du carter 1. Les pistons annulaires 52,53 forment avec les cylindres annulaires 54,55 correspondants deux chambres de pression annulaires 56,57 indépendantes, communiquant chacune avec une source extérieure de pression de commande hydraulique ou pneumatique, non représentée, par l'intermédiaire de canaux 58,59 ménagés dans le carter 1, l'étanchéité entre chaque piston 52,53 et le cylindre correspondant 54,55 étant assurée par des joints toriques 60,61, d'une part, et 62,63 d'autre part. Les surfaces latérales extérieures des pistons annulaires 52,53 forment des couronnes d'appui 64,65 situées en regard des disques de friction ,46 correspondants. Entre les deux pistons annulaires 52,53 sont disposées des rondeilesressorts coniques 66 prenant appui sur les surfaces intérieures 67,68 desdits pistons, les rondelles-ressorts 66 étant comprimées entre ces deux surfaces 67,68. Les flasques latéraux d'entrée 2 et de sortie 5 du carter I sont centrés respectivement sur les parties intermédiaires 3,4 du corps du carter I par des épaulements 69,70 formant des couronnes d'appui 71,72 situées en regard des disques de friction 43,49 correspondants. Les parties centrales 3,4 du corps du carter I sont centrées l'une par rapport à l'autre par un épaulement 73. Enfin, le carter I est rempli partiellement d'huile pour assurer la lubrification 'es éléments à l'intérieur de la boîte de vitesses et son étanchéité est assurée par des joints toriques disposés à la jonction des différents constituants 2 à 5. Le fonctionnement de cette boîte de vitesses est le suivant En position de repos, les rondelles-ressorts 66 exercent un effort axial F constant qui applique les couronnes d'appui 64,65 des surfaces laterales extérieures des pistons annulaires 52,53 sur les disques de friction ,46 situés en regard; sous cette action, les disques de friction 43,44,45 d'une part, et 46,47,48,49 d'autre part, se pressent respectivement contre les couronnes élémentaires 38,39 et 40,41,42 qui se bloquent respectivement contre les surfaces d'appui 71,72 des épaulements 69,70 des flasques latéraux d'entrée 2 et de sortie 5 du carter 1. Dans cette position, la boîte ne peut pas transmettre de mouvement car les rapports des deux trains épicycloîdaux sont différents. Partant de la position de repos, un premier rapport de transmission est obtenu en commandant l'alimentation en fluide sous pression de la chambre annulaire 56 par l'intermédiaire du canal 58. La mise en pression de cette chambre annulaire 56 entraîne le déplacement du piston annulaire 52 à l'intérieur du cylindre annulaire 54 dans le sens d'une compression plus élevée des rondelles-ressorts 66, ce qui a pour effet de défreiner la couronne à denture intérieure Il et de maintenir freinée la couronne à denture intérieure 12. Dans ce cas, l'arbre moteur 8 entraîne le planétaire double 7, dont la denture de pignon 19 entraîne les pignons satellites 14, et comme la couronne à denture intérieure 12 reste fixe par rapport au carter 1, les pignons satellites 14 entraînent le portesatellites double 9 et finalement l'arbre récepteur 10. Pendant ce temps, l'autre denture de pignon 17 du planétaire double 7 entraîne librement les pignons satellites 13 et la couronne à denture intérieure 11. Si l'on désigne par wM la vitesse de rotation de l'arbre moteur 8, wR la vitesse de l'arbre récepteur 10, A le nombre de dents de la denture de pignon 19 et C le nombre de dents de la couronne 12, on obtient un premier rapport de transmission KI = =wM= I + C wR A Apres un retour obligatoire en position de repos, un deuxième rapport de transmission peut être obtenu en commandant l'alimentation en fluide sous pression de la chambre annulaire 57 par l'intermédiaire du canal 59. La mise en pression de cette chambre annulaire 57 entraîne le déplacement du piston annulaire 53 à l'intérieur du cylindre annulaire 55 dans le sens d'une compression plus élevée des rondelles-ressorts 66, ce qui a pour effet de défreiner la couronne à denture intérieure 12 et de maintenir freinée la couronne à denture intérieure 11. Dans ce cas, l'arbre moteur 8 entraîne le planétaire double 7, dont la denture de pignon 17 entraîne les pignons satellites 13 et, comme la couronne à denture intérieure 11 reste fixe par rapport au carter 1, les pignons satellites 13 entraînent le porte- satellites double 9 et finalement l'arbre récepteur 10. Pendant ce temps, l'autre denture de pignon 19 du planétaire double 7 entraîne librement les pignons satellites 14 et la couronne à denture intérieure 12. Si l'on désigne par wM la vitesse de l'arbre moteur 8, w'R la vitesse de l'arbre récepteur 10, B le nombre de dents de la denture de pignon 17 et D le nombre de dents de la couronne 11, on obtient un second rapport de transmission: K2 N = + D w'R B Le rapport de boîte KI est egal à A C x B K2 B+D A Dans le cas présent o le nombre de dents des deux couronnes 11,12 est identique, ces deux couronnes ayant le même diamètre intérieur, le rapport de boîte devient égal à A + CxB B+C A On réalise ainsi une boîte de vitesses à deux rapports dans laquelle le passage des vitesses s'effectue à l'arrêt par défreinage de la couronne du train épicycloYdal ne correspondant pas au rapport de transmission choisi. En utilisation normale, la couronne correspondant au rapport de transmission choisi reste freinée et assure un freinage statique lors de l'arrêt du moteur accouplé à l'arbre moteur 8. En cas d'avarie, par exemple dans la commande de l'alimentation en fluide sous pression des chambres annulaires 56,57, le deuxième frein se resserre automatiquement et assure un freinage dynamique dit de sécurité pour ralentir et arrêter la charge suspendue à l'appareil de levage ou de manutention. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de cette boîte de vitesses à deux rapports et à changement de vitesse à l'arrêt qui a été décrite- ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention - en utilisant deux couronnes 11,12 de diamètres et nombres de dents différents; - en prévoyant des moyens de freinage d'un autre type, tel que mécanique ou électromagnétique, pour solidariser chaque couronne avec le carter; - en réalisant ce carter sous une forme autre que l'assemblage de quatre parties; - en destinant la même boîte de vitesses à d'autres applications G que le levage et la manutention. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses à deux rapports et à changement de vitesse à l'arrêt, comprenant un ensemble de deux trains épicycloîdaux de rapports différents (KI,K2), constitué d'un planétaire double (7) solidaire de l'arbre d'entrée (8), d'un porte-satellites double (9) solidaire de l'arbre de sortie (10), et de deux couronnes à denture intérieure (11,12) engrenant chacune avec des pignons satellites (13,14) du porte-satellites double (9), cet ensemble (7 à 14) étant disposé à l'intérieur d'un carter (1) en forme de corps creux (3,4) fermé par un flasque latéral (2) traversé par l'arbre d'entrée (8) de la boîte et par un autre flasque latéral (5) traversé par l'arbre de sortie (10) de la boîte, caractérisée en ce que chacune des couronnes (11,12) de l'ensemble des deux trains épicycloîdaux (7 à 14) est montée libre en rotation dans le corps (3,4) du carter (1) autour de l'axe général de la boîte, et en ce que le corps (3,4) du carter (1) porte des moyens commandés (52 à 68) susceptibles de coopérer respectivement avec chacune des couronnes (11,12) dudit ensemble des deux trains épicycloîdaux (7 à 14), pour solidariser chaque couronne (11,12) indépendamment de l'autre avec le carter (1), ou pour la libérer en rotation relativement au carter (1). 2. Boîte de vitesses à deux rapports selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune des deux couronnes (11,12) de l'ensemble des deux trains épicycloidaux (7 à 14) est constituée de plusieurs couronnes élémentaires coaxiales (38,39; 40,41,42) montées mobiles axialement et séparées les unes des autres par des disques de friction coaxiaux (43,44,45; 46,47,48,49) à cannelures extérieures (50,51) coopérant avec des cannelures conjuguées du corps (3,4) du carter (1), des moyens de commande (52 à 68) étant prévus pour freiner et solidariser indépendamment l'une et l'autre couronne (11,12) avec le carter (1), en serrant les couronnes élémentaires (38 à 42) contre les disques de friction adjacentes (43 à 49), ou pour libérer l'une ou l'autre des couronnes (11,12) en desserrant les disques et couronnes élémentaires correspondants. 3. Boîte de vitesses à deux rapports selon la revendication 2, caractérisée en ce que des moyens mécaniques élastiques (66) sont disposés entre les deux couronnes (11,12) de l'ensemble des deux trains épicycloidaux (7 à 14) pour maintenir en pression les faces en regard des couronnes élémentaires (38 à 42) et des disques de friction (43 à 49) entre les flasques latéraux (2,5) du carter (1) et les faces opposées desdits moyens mécaniques élastiques (66). Il 4. Boîte de vitesses à deux rapports selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens mécaniques élastiques consistent en des rondelles-ressorts (66) disposées et comprimées entre deux pistons annulaires (52,53) mobiles axialement, dont les surfaces latérales extérieures forment chacune une couronne d'appui (64,65) répartissant la force (F) des rondelles-ressorts (66) sur les deux ensembles de couronnes élémentaires (38,39; 40,41,42) et de disques de friction (43,44,45; 46,47,48,49). 5. Boîte de vitesses à deux rapports selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux pistons annulaires (52,53) sont montés chacun mobile axialement dans un cylindre annulaire (54,55) formé à l'intérieur du corps (3,4) du carter (I1), en formant ensemble deux chambres de pression annulaires (56,57) indépendantes, communiquant chacune avec une source de pression de commande hydraulique ou pneumatique par l'intermédiaire de canaux (58,59) ménagés dans le carter (1), l'étanchéité entre chaque piston (52,53) et le cylindre annulaire (54,55) correspondant étant assurée de préférence par des joints toriques (60,61; 62,63). 6. Boîte de vitesses à deux rapports selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisée en ce que le carter (1) résulte de l'assemblage étanche d'un flasque latéral d'entrée (2), de deux parties intermédiaires (3,4) formant le corps du carter (I) et d'un flasque latéral de sortie (5), chacune des deux parties intermédiaires (3,4) logeant l'un des deux *trains épicycloYdaux, ainsi que les moyens de commande associés. 7. Boîte de vitesses à deux rapports selon l'ensemble des revendications 2 et 6, caractérisée en ce que les flasques latéraux d'entrée (2) et de sortie (5) du carter (1) sont centrés respectivement sur les parties intermédiaires (3,4) adjacentes, formant le corps du carter, par des épaulements (69,70) formant une couronne d'appui (71,72) en regard des disques de friction (43,49) correspondants. 8. Boîte de vitesses à deux rapports selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les deux parties intermédiaires (3,4), formant le corps du carter (1) et logeant chacune l'un des deux trains épicycloîdaux, sont centrées l'une par rapport à l'autre par un épaulement (73).