Brevet FR2659408A1 — publié le 19910913

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE BOITE DE VITESSES MECANIQUE L-La présente invention est relative à un dispositif de commande d'une boite de vitesses mécanique. Le principe des boites de vitesses à arbres parallèles o le crabotage des pignons fous sur l'arbre secondaire s'effectue par un déplacement axial d'un croisillon est connu Généralement, le croisillon, loga à l'intérieur de l'arbre secondaire, comporte plusieurs dents guidees par des rainures percées dans l'arbre secondaire Quand le crctisii ion se déplace axialement, les sommets de ces dents dont le diamètre de t-'tte est supérieur au diamètre extérieur de l'arbre secondaire, viennent se loner dans des encoches percées dans l'alêsage intérieur des pignons fous et solidarisent pignons et arbre secondaire Deux évidements, pratiqués dans l'alésage intérieur des pignons fous, de part et d'autre de ces encoches. permettent de disposer d'un point mort entre ch-aque paire de pignons adjacents. Utilisé notamment sur des motocycles, ce type de dispositif présente les inconvénients suivants: il nécessite une commande ax iale du déplacement du croisiillon, dont la course totale entre les positions de crabotage de= pignons ext-r'mes est sensibilement éegale à la somme des iargeurs des dentures des pignons Le p 1 us souvent, le croi=silon est monté sur un axe de commande qui doit pouvoir parcourir la course totale de - Irabotacie; il faut donc disposer en bout de bo'te, dans le prolongement de l'arbre seccr 3 daire, d'un espace libre d'une longueur au moins égale à la course totale de crabotage. les pignons fous étant empilés les uns sur les autres, l'utilisation de dentures hélicoïdales induit des frottements entre pignons ne tournant pas à la m'me vitesse, ainsi qu'un fort couple de basculement dont l 'effet est accentué par la faible portte du f Cit. l'arbre secondaire percé de rainures ne peut supporter de forts couples. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de comma-ride de changement de vitesse qui- s' intèQgre dans l'encombrement de la boîte de vitesses, tout en permettant une automati sation facile de la commande. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de commande caractéris en ce que le déplacement axial du croisillon est commandé par la rotation d'une -vis à billes qui entra'ne la translation axiale d'un écrou sur lequel est monté le croisillon. Selon une autre caractéristique de l'invention, les pignons fous s ont isolés les uns des autres par des écarteurs qui font office de pistes de roulement et permettent de réduire les frottements entre pinons fous adjacents ainsi que le couple de basculement résultant de l'utilisation de den-tures hé_licoïdales. Sel on une autre caractéristique de 1 ' invention, - l'arbre seccndairéb én-ficie à son extremité rainuree- d'un dispositif d'appui qui permet d'obturer le E. rainures 4 de limiter la flexion de l'arbre ainsi que de maintenir axialement les pignons fous et les écarteurs. Selon une autre caract ristique de 1 ' invention, les extrêmités des dents du croisillon et les encoches- des pignons fous sont munies de rampes d'engagement, ainsi que de deux légeres inclinaisons sur leurs flancs, qui permettent d'obtenir un effet antilàcher et autocentrant des dents du croisillon dans les encoches. Selon une -autre caractéristique de 1 ' invention, la semi-automatisation ou l ' automatisati ion totale des changements de rapport peut 'tre obtenue en commandant la rotation de la vis à billes par l'intermédiaire d'un moteur électrique associé à un dispositif de comptage des tours effectués par le moteur ou la vis à billes, l'ensemble étant pilote par un mircroprocesseur Dans le cas d ' une se.mi-automatisatiori, le changement de rapport peut &tre déclenche par une impulsion électrique délivree par un levier; dans le cas d'une automatisation totale, le changement de rapport est dclenché par le microprocesseur gardant en memoire les lois de passage. D autres caractéristiques et avantages de la pr'sente invention ressortiront de la description qui suit le mode de réalisation donnr à titre d'exemple en 3 - 4 - référence aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale de l'ensemble d'une boite de vitesses avec son dispositif de commande selon l'invention; la figure 8 est une ccoupe suivant 2 de la figure 1; le système vis-écrou n'étant pas représenté; la figure 3 est l'ensemble partiel en perspective de l'arbre secondaire correspondant à la figure 1; la figure 4 représente le détail d'une dent du croisillon selon l'invention; la figure l' invention; représente un pignon fou selon la figure 6 est une coupe suivant 6 de la figure la figure 1 ' invention; 7 représente un écarteur selon la figure 8 est une vue suivant B de la figure 7; la figure 9 représente en coupe axiale le détail du montage des pignions fous la figure 10 est analogue a la figure 9 avec un pignon craboté. Le dispositif de changcement de vitesse comporte un _ arbr-e primaire 1 sur lequel sont empilés des pignons primaires 2, en prise av'ec des pignons fous 5 de l'arbre secondaire 3. L'arbre secondaire 3 est creux extérieurement muni de rainures 4 et est intégré au pignon de descente il. Sur l'arbre secondaire 3 viennent se monter des écarteurs 6 cannelés intérieurement et également munis de rainures 7; ces écarteurs 6 tournent avec l'arbre secondaire 3. Chaque pignon fou 5 est associé à un carteur 6 et ccomporte des encoches 20 brochées dans son alésage intérieur, ainsi que deux évidements 21 pratiqules de part et d'autre de ces encoches 20 Quand un pignon fou n'est pas craboté, il roule donc sur le dispositif d'écarteurs 6 par l'intermédiaire des deux évidements latéraux Pl, et éventuellement il peut rouler sur sa partie centrale. L'ensemble des pignons fous 5 et'des écarteurs 6 est maintenu axialement sur l'arbre secondaire 3 d'une part par le pignon de descente 11, d'autre part par' un circlips 8 Un appui 9 obture les rainures 4 de l'arbre secondaire 3 et est solidarisé en translation a l'arbre secondaire 3 par le m'-me circlips 8, et il maintient une pièce annulaire 10 C) qui offre un appui à l'extrémité rainurée de l'arbre secondaire 3. -e- Un dispositif de crabotage est loqég à 1 intérieur d E l'arbre secondaire 3 I 1 se compose d'un croisillon 12, dont le nombre de dents 24 est égal au nombre de rainures 4 et 7 aménagées respectivement dans 1 arbre secondaire 3 et dans les écarteurs 6 Le croisillon 12 est monté sur un système vis-ècrou à bi I les - comportant un écrou 13 et une vis 14 Le croisillon 12 est monté sur l'écrou 13 au moyen d 'une douille 15 et d'une cage à aiguilles 16 de manière à réduire les frottements entre le croisil-lon 12 et l 'écrou 13. Le croisil lon 12 est solidaire en trans lation de 1 'écrou 13, qui est cguidé en translation par une tige 17 qui le bloque en rotation La tige 17 est fixée dans le carter 27 par deux anneaux 18 solidaires du carter par cannelures. La rotation de la vis à billes 14, entra 2 ne un déplacement axial de 1 ' ensemble écrou 13 et croisillon 12 ce qui permet d'effectuer le crabotage, quand les dents 24 du croisillon 12 P- s'engagent dans les encoches PO du pignon fou 5. L'espace nécessaire à un arbre de commande axiaie classique du croisillon 12 est donc libéré. Dans un mode de réalisation de l'invention, lorsque 1 'on a des dentures de pignons 5 hblicoïdales, l 'anneau 28 qui est aménagé sur chaque écarteuri 6 offre un appui axial au pignon fou 5 qui est craboté. La f orce axiale rêsultante ne tend pas à resserrer les pignons fous 5 les uns sur les autres, mais se -7- transmet par l'intermédiaire des écarteurs 6 comme cela est représenté sur la figu Lre 10 Les frottements entre les pignons 5 ne tournant pas à la meme vitesse sont donc annulés. Cet appui axial permet, également, de reduire le couple de basculement induit par l'inclinaison des dentures Enfin, les écarteurs 6 font office de pistes de roulement: pour les pignons fous 5, les pignons 5 tournant sur les évidements latéraux 21 et sur leur partie centrale o sont situées les encoches 2 O. Les rainures 4 de l'arbre secondaire 3 sont obturées en bout d'arbre par un appui 9 qui est solidarisé en translation avec l'arbre secondaire 3 par un circlips 8 Le dispositif permet de maintenir la pièce annulaire 10 qui sert d'appui à l'extrémité de l'arbre secondaire 3. Le couple transmissible est ainsi augmenté, et la flexion-torsion de l'arbre secondaire 3 est diminuée. Les dents 24 du croisillon 12 ai*si que les encoches des pignons fous 5 sont munies respectivement de pentes d'engagement 25 et 22 Les encoches 20 des pignons extr'mes peuvent 'tre munies de pentes d'engagement 22 que d'un seul c 2 ité Pour faciliter le crabotage, le nombre d'encoches 20 i peut ttr e un multiple du nombre de dents 24 du croisillon 12. Les dents 24 du croisillon 12 peuvent 'tre également munies de légères pentes anti 11 cher 26 sur leurs flancs, des pentes anti Slcher 23 conjuguées sont - 8 -B taillées sur les flancs des encoches 2 C, de manière à ' Obtenir un effet antil'cher et autocentrant des dents 24 du croisillon 12 dans les encoches 20 des pignons fous 5. L'automatisation ou la semi-eutomatisation des changements de rapport est obtenue en commandant la - mise en rotation de la vis à billes 14 par:- l'intermédiaire d'un moteur électrique 29, associé à un dispositif de comptage 30 des tours effectués par ie moteur 29 ou la vis à billes 14 L'ensemble est piloté par un microprocesseur Le microprocesseur garde en mémoire le nombre de tours à effectuer pour atteindre la position commandée (point mort ou nouveau rapport) Dans le cas d'une automatisation partielle, le changement de rapport pourra se " 20 commander par action sur un levier à impulsions électriques Dans le cas d'une automatisation totale, les changements de rapport seront dé- clenchés par le microprocesseur gardant en mémoire les lois de changements de rapport en fonction notamment de la vitesse et de la charge. Dans un exemple d'application, 'le moteur 29 pourra -être rappelé à la vis à billes 14 par l'intermédiaire de deux poulies 31 et une courroie 32. Ainsi le dispositif de commande d'une boite de vitesses mécanique, selon l ' invention comporte un arbre primaire 1 et un arbre secondaire 3 paralllies portant les pignons correspondant aux> différents rapports Dans cette boîte de vitesses le changement de rapport s'effectue par le déplacement axiai du croisillon 12 su l'arbre 3 portant les pignons -9- fl Ou LS 5 Le croisillon 12 est actionné au mo yen d'un système vis-écrou, 1 'écrou 13 étant monté dans le croisillon 12 et la vis 14 étant à l'intérieur de 1 'arbre correspondant 3 et supportée à chaque extrémité par le carter 27 de l'ensemble de la bo'te de vitesses avec lequel el le est fixee en translation, 1 'écrou 13 étant solidaire en" translation axiale avec le croisillon 2 qui est libre en rotation par rapport audit écrou 13. L'écrou 13 est immobilisé en rotation par rapport au carter de la boite de vitesses Le croisillon 12 est solidaire en rotation de l'arbre secondaire 3 et est solidarisé avec le pignon fou correspondant au rapport choisi au moyen d'un système de crabotage La vis 14 est actionnée à une de ses e'trémités par un système de manoeuvre. Le système de crabotage entre le croisillon 12 et le pignon fou 5 est constitué par des dents 24 qui sont aménagées sur le moyeu 33 du Ldit croisillon 12, et qui s 'engagcent dans des rainures 4 correspondantes aménagées dans 1 'arbre secondaire 3 Ces dents 24 depassent de la périphérie dudit arbre secondaire 3 de manière à venir s'engager dans des encoches 20 aménaqees dans les pignons fous 5. De plus des pentes d'engagement 22 sont amênages sur les encoches 20 du pignon fou 5, et des penites d 'engagement 25 sont aménagces sur 1 es dentes 24 du croisil lon 12. Il v a également des pentes dantil'icher 23 qui sont aménagées sur les flancs des encoches 20 du pignon 5, et des pentes d'antil'àcher 26 qui sont aménagées sur les flancs des dents 24 du croisillon 12 Les pentes d'antil;cher 26 ont un profil conjugué au profil des pentes d' antil'icher 23 avec lesquelles elles coopèrent de manière à assurer un effet d'antilacher et autocentrant desdites dents 24 par rapport auxdites encoches 20. Des écarteurs 6, S montent sur 1 'arbre secondaiire 3 avec lequel ils sont solidaires en rotation au moyen de cannelures 34, et en translatiocn au moyen du circlips 8 qui vient bloquer l'empilage desdits écarteurs 6 et des pignons fous 5 contre le pignon de descente 1 il qui est monoblcoc avec l'arbre secondaire 3; chaque écarteur 6 étant disposé entre deux piqnons fous 5 adjacents, afin d' éviter les frottements entre lesdits pignons fous 5. Chaque écarteur 6 est constitué par un corps cylindrique 36 muni d'une collerette 35 avec les cannelures 34, qui comporte des rainures 7 'qui coincident avec les rainures 4 de 1 'arbre secondaire un anneau 28 entourant la collerette 35 de manière maintenir 1 'ensemble enr un seul élément; chaque c 2 cté de ladite collerette 35 coopérant avec i 'évidement latéral 21 amênagé sur chacun des pignons fous S adjacents Le système de maintien de l'arbre secondaire 3 est constitué par un appui 9 en forme de tube cylindrique qui porte une bague 37 sur laquelle vient se monter le roulement 38 de la bo Ete de vitesses, l tappui 9 étant muni de crabots 39 qui s' e-nga=genrt dans les rainures 4 de l' arbre secondaire 3, une pièce an-nulaire 10 venant senigager à l'interieur i o) - : 1 -: desdits crabots 39 et s'appuyer d'une part sur un lamage 40 dudit appui 9, et d'autre part sur un lamage 41 de l'arbre secondaire 3; l'ensemble étant relié par le circlips 8 qui s'engage dans une gorge 42 aménagée sur les crabots 39 et à 1 'extrémité de l'arbre secondaire 3. L'écrou 13 est immobilisé en rotation au moyen d'une tige 17 qui le traverse et qui est fixée au carter 27 par l'intermédiaire de d-eux anneaux 18 fixés dans ledit carter 27 La vis 14 est supportte dans le carter 27 au moyen de roulements 19. L'écrou 13 est monté dans le croisillon 12 au moyen d'une cage à aiguilles 16 et d'une douille 15 Le système vis-écrou est un système vis-écrou à billes. Le système de manoeuvre comporte un moteur électrique 29 qui entraîne la vis 14 et qui est associé à un dispositif de comptage de tours 30, et il est piloté par un microprocesseur. l H 2659408 R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Dispositif de commande d'une boicte de vitesses mécanique comportant un arbre primaire ( 1) et un arbre secondaire ( 3 Y' parallèles portant les pignons correspondants aux différents rapports, boite de vitesses dans laquelle le changement de rapport s'effectue par le déplacement axial du croisillon ( 12) sur l'arbre ( 3) portant les pignons fous ( 5) caractérisé en ce que ledit croisillon ( 12) est actionné au moyen d'un système vis-écrou, l'é crou ( 13) étant monté dans le croisillon ( 12) et la vis ( 14) étant à l'intérieur de l'arbre correspondant ( 3) et supportée à chaque extrémité par le carter ( 2) de l'ensemble de la boite de vitesses avec lequel elle est fixée en translation, l'écrou ( 13) étant solidaire en translation axiale avec le croisillon ( 128 qui est libre en rotation par rapport audit écrou ( 13) l'écrou x 13) étant immobi isé en rotation par rapport au carter, ledit croisillon ( 12) est solidaire en rotation de l'arbre secondaire ( 3) et est solidarisé avec le pignon fou correspondant au rapport choisi au moyen d'un système de crabotage et la vis ( 14) étant actionnée à une de ses extrémit és par un système de manoeuvre. 2 ) Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système -de crabotage entre le croisillon ( 12) et le pignon fou ( 5) est constitué par des dents '( 24) aménagées sur le moyeu ( 33) dudit croisillon 12), et qui s'engagent dans des rainures ( 4) correspondantes aménagées dans 1 'arbre 2659408 - secondaire ( 3)-; ces dents ( 24) dépassant de la _' périphérie dudit arbre secondaire ( 3) de manière à venir s'engager -=dans des encoches ( 20) aménagées dans leu pignons fous ( 5) 3 ) Dispositif -de commande sel Lon la' revendication 2 caractérisé en ce que des pentes d'engagement ( 22) sont aménagées sur les enco Lhes ( 20) du pignon fou ( 5), et que des pentes d'engagement. ( 25) sont aménagées -sur les dents ( 24) du croisillon ( 12). ) Dispositif de commande selon la revendication 2 caractérisé en ce que des pentes d'antilâcher ( 23) sont aménagées sur les flancs des encoches ( 20) du pignon fou ( 5), et que des pentes d'antil'5 cher ( 26) sont aménagées sur les flancs des dents ( 24) du croisillon ( 12); les pentes d'antilÀcher ( 26) ayant un profil conjugue au profil 1 des pentes d'antil'lcher ( 23) avec lesquelles elles coopèrent de manière à assurer- un effet d'antilâcher et autocentrant desdites dents ( 24) par rapport auxdites encoches ( 20). r) Dispositif de commande selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte des écarteurs ( 6) qui se montent sur l'arbre secondaire ( 3)- avec lequel ils sont solidaires en rotation au moyen de cannelures ( 34), et en translation au moyen du circlips ( 9) qui vient bloquer l'empilage desdits écarteurs ( 6) et des pignons fous ( 5) contre le pignon de descente ( 1-1) qu est monobloc avec l'arbre secondaire ( 3) 14 - chaque écarteur ( 6) étant dispose entre deux _' pignons fous ( 5) adiacents afin d'éviter les frottements entre lesdits pignons fous ( 5). ) Dispositif de rcmmande selon la revendication 'c, caractérisé en ce que chaque écarteur ( 6) est constitué par un corps cylindrique ( 36) muni d'une collerette ( 35) avec les cannelures ( 34), qui comporte des rai ures (?)qui coïncident avec les -rainures ( 4) de l'arbre 1 secondaire ( 3), un annreau ( 28) entoura-nt la collerette ( 35) de manière à maintirnir l'ensemble en un seul élément; chaque c -té de ladite collerette ( 35) coopérant avec l'evidement latéral ( 21 P) aménagé sur chacunr des pignons fous ( 5) adiacents. ) Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un svstème de maintien de l'arbre secondaire ( 3) constitué par un appui ( 9) en forme de tube cylindrique qui porte une bague ( 37) sur laquelle vient se monter le rouiement ( 38) de la boîte de vitesses, l'appui ( 9) étant muni de crabots ( 39) qui s'engagent dans les rainures ( 4) de l'arbre secondaire ( 3), une pièce annulaire ( 10) venant s' engager à l'intérieur deedits crabots ( 39) et s'appuyer d'une part sur un lamage ( 40) dudit appui ( 9 >, et d'autre part sur un lamage ( 41) de l'arbre secondaire ( 3); l'ensemble étant relié par le circlips ( 8) qui s'engage ddans une gorge ( 4) amenacg e sur' les crabots ( 39) et cà l' e:trémité de l'arbre secondaire ( 3). - 8,) Dispositif de commande selon la. -_ revendication 1, caractérisé en ce que l'écrou ( 13) est immobilisé en rotation au moyen d'une tige ( 17) qui le traverse et qui est fixée au carter ( 27) par l'intermédiaire de deux anneaux ( 18) fixés-dans ledit carter ( 27). ) Dispositif de commande selon la revendication 1, -caractérisé en ce que la vis ( 14) est supportée dans le carter ( 27) au moyen de roulements ( 19). ) Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écrou ( 13) est monte dans le croisillon d'une douille ( 15). ) Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système vis-écrou est un systéme vis-écrou à billes. 12 ) Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de manoeuvre comporte un moteur électrique ( 29) qui entraîne la vis (-14) et qui est asscié à un dispositif de comptage de tours ( 30), 16 - Dispositif revendicat i on système de microprocesse L de ccommande selon 1 a. 12 caractérisé en ce que le manoeuvre est p i lot par un Ir.