Brevet FR2674928A1 — publié le 19921009

DISPOSITIF DE SYNCHRONISATION DES VITESSES ANGULAIRES DES ARBRES D'UNE BOITE DE VITESSES La présente invention est relative au domaine des boîtes à vitesses conçues pour permettre d'introduire, à volonté, plusieurs rapports de réduction ou de multiplication entre un arbre d'entrée et un arbre de sortie tournants. A titre d'application préférée, L'objet de L'invention concerne les boîtes de vitesses interposées entre un moteur d'entraînement et un organe entraîné et, plus spécifiquement, les boîtes de vitesses interposées sur les transmissions de véhicules, plus généralement automobiles, dont les organes de roulement peuvent être constitués par des roues ou par des chenilles, indifféremment. L'invention vise les boîtes du type ci-dessus conçues pour faire intervenir des changements de rapport discrets, c'est-à-dire dans lesquels le passage ou le changement-d'un rapport à un autre est initié par L'action volontaire sur un organe de changement de vitesses, par opposition aux boîtes dans lesquelles le passage s'effectue par glissement, de façon automatique sous couple. Il peut être considéré qu'il existe deux catégories principales de boîtes de vitesses ou de systèmes de transmission de puissance étagée. - La première catégorie concerne Les boîtes de vitesses, dites mécaniques, à crabots ou analogues, synchronisées ou non, dont les changements de rapport sont obtenus par déplacement d'un ou de plusieurs baladeurs actionnant des mécanismes d'accouplement sélectifs. La deuxième catégorie vise les boîtes de vitesses, dites hydromécaniques, à passage sous couple, dont les changements de rapport sont obtenus par serrage d'embrayage ou de freins assumant une fonction analogue aux mécanismes d'accouplement. Les boîtes de vitesse mécaniques sont d'un coût de fabrication peu élevé relativement, fournissent un bon rendement mais peuvent être de commande difficile dans le cas particulier des fortes puissances. Par ailleurs, de telles boites sont connues pour introduire un temps de coupure de transmission de couple qui peut devenir important pour les puissances élevées, en particulier lors des phases de rétrogradation. Ce temps de coupure est lié, pour une part, aux étapes de coupure des gaz, débrayage, passage de vitesse, embrayage et remise des gaz, mais aussi, pour une autre part, au temps de synchronisation qui découle de la nécessité de rendre compatibles les vitesses de rotation différentes entre les arbres liés par les trains de réduction. Ce temps de coupure est encore accru pour les boîtes de grande puissance ou dépourvues de synchroniseurs qui exigent la pratique-dite du double débrayage. Cette pratique consiste, après avoir normalement extrait le rapport de vitesse engagé, à re-embrayer, accélérer le moteur pour augmenter la vitesse angulaire du disque d'embrayage, de L'arbre d'entrée et de L'arbre intermédiaire, puis à débrayer. Ce n'est qu'après avoir effectué ces trois longues phases qu'il est possible d'engager convenablement le rapport inférieur. Les boîtes de vitesses hydromécaniques présentent, certainement, une plus grande facilité de commande, permettent une continuité de la transmission de puissance, mais leur coût est élevé et leur rendement nettement moindre que ce lui des boîtes mécaniques. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients des boîtes, dites mécaniques, en proposant une nouvelle structure d'adaptation permettant de synchroniser efficacement les vitesses angulaires différentes des arbres liés par des rapports de transmission différents et en permettant, de surcroît, de supprimer les habituels synchroniseurs responsables d'un temps de réaction ou d'un délai de coupure préjudiciable à la transmission du couple d'entraînement, quelles que soient les applications visées. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, le dispositif de synchronisation des vitesses angulaires des arbres d'une boîte de vitesses, du type comprenant un arbre primaire portant n pignons dentés, un arbre secondaire portant des pignons engrénant avec les pignons de L'arbre primaire pour constituer des rapports de vitesses et des mécanismes d'accouplement sélectif entre lesdits pignons, est caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'un seul système de synchronisation, constitué par un embrayage à position de repos débrayée, interposé entre l'arbre secondaire et directement ou indirectement L'arbre primaire et apte à assurer la synchronisation des vitesses angulaires desdits arbres au moins lors des phases de rétrogradation des rapports de vitesses. L'invention a également pour objet une boîte de vitesses comprenant un dispositif de synchronisation selon L'invention. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de L'objet de L'invention. La fig 1 est un schéma illustratif de L'objet de L'invention. Les fig. 2 et 3 sont des schémas montrant deux variantes de réalisation. La fig 4 est un schéma montrant un développement de L'invention. La fig. 1 montre un exemple de boîte de vitesses 1 destinée à être interposée entre un arbre primaire 2 ou d'entrée et un arbre secondaire 3, dit de sortie. La boîte 1 est, plus particulièrement, disposée entre un moteur 4, de tout type approprié, et un organe d'entraînement 5 susceptible d'être animé d'un mouvement quelconque. La ligne, constituée par les organes 4, 1 et 5, peut consister en une transmission de véhicule de tout type approprié et, dans un tel cas, il est avantageux d'interposer, entre L'arbre 2 et le moteur 4, un embrayage 6. La boîte 1 comprend un carter 7 assurant, par des paliers appropriés non représent-és, le support de L'arbre primaire 2 et de L'arbre secondaire 3 qui sont, de préférence, disposés coaxialement, sans être liés angulairement. Dans l'exemple illustré, le carter 7 supporte, de façon semblable, un arbre intermédiaire 8 s'étendant, par exemple, parallèlement à la ligne d'arbres 2, 3. L'arbre intermédiaire 8 est entraîné en rotation, à partir de L'arbre primaire 1, par exemple par un train de réduction 9 constitué par des pignons engrénant en permanence et liés angulairement et axialement aux arbres 2 et 8. La boîte de vitesses 1 comprend n rapports intermédiaires de transmission, désignés par les références 10, 11, 12 et 13. Les rapports 10, 11, 12 sont constitués par des trains de pignons comprenant des pignons 14, 15, 16 calés angulairement et axialement sur L'arbre intermédiaire 8 et des pignons complémentaires 17, 18 et 19 qui sont montés fous sur l'arbre secondaire 3. Les pignons 14, 15, 16 sont dits menants, alors que les pignons 17, 18, 19 sont dits menés. Le rapport 13 est constitué par une liaison angulaire possible directe entre les arbres 2 et 3. Il doit, bien entendu, être retenu que le quatrième rapport 13 pourrait faire intervenir un train de réduction, voire de multiplication et que la boîte de vitesses, au sens de L'invention, pourrait aussi comporter moins ou plus de quatre rapports, sans sortir du domaine de L'invention. La boîte 1 comporte, également, des mécanismes d'accouplement sélectif faisant, par exemple, intervenir deux baladeurs 20 et 21 clavetés angulairement mais libres de coulisser axialement sur L'arbre secondaire 3. Les baladeurs sont destines à être sélectivement amenés en coopération de liaison angulaire par crabots ou analogues avec, respectivement, le pignon fou 17 ou L'arbre primaire 2 et le pignon 18 ou le pignon 19. Les baladeurs 20 et 21 peuvent être commandés de toute façon convenable mais, de préférence, au sens de L'invention, par des vérins d'assistance 22 et 23, du type à double effet, qui peuvent consommer une énergie appropriée, du type électrique, pneumatique ou hydraulique. Selon L'invention, la boîte du type décrit ci-dessus comprend, dans une première forme de réalisation, un embrayage de synchronisation 30 qui est placé entre L'arbre 8 et L'arbre 3, mais avec interposition, par rapport à ce dernier, d'un train de synchronisation 31 comprenant deux pignons 32 et 33 engrenant en permanence. Le pignon 32 est monté, sur un demi-arbre d'entraînement 34 aligné avec L'arbre intermédiaire 8, de telle façon que l'un et L'autre soient en liaison angulaire avec les parties complémentaires de L'embrayage 30 choisi parmi ceux adoptant au repos une position débrayée. Le pignon 33 est calé, angulairement et axialement, sur L'arbre secondaire 3. Le train de synchronisation est choisi d'un rapport au moins égal à ce lui du train 10 de la première vitesse. Le dispositif selon L'invention comprend, par ailleurs, un bloc d'asservissement 40 qui est placé, par une liaison 41, sous la dépendance d'un boîtier de sélection 42 mis à la disposition du servant ou de l'utilisateur chargé de commander, en cas de besoin, le changement de rapport de démultiplication éntre L'arbre principal ou primaire 2 et L'arbre secondaire 3. Le bloc d'asservissement 40 comprend un circuit 43 de commande en position embrayée temporaire de L'embrayage de synchronisation 30. Le bloc 40 comporte, par ailleurs, un comparateur 44 des vitesses angulaires des arbres 2 et 3 qui sont associés, à cet effet, chacun à un capteur 45 et 46.Les signaux dé Livrés par les capteurs 45 et 46 aboutissent aux deux entrées du comparateur 44 dont la sortie attaque un étage de commande 47 pour actionner, par L'intermédiaire des mécanismes d'accouplement 20 et 21, celui des rapports de réduction qui est sélectionné par le boîtier 42. Il doit être considéré que le circuit 43, le comparateur 44 et L'étage 47 sont des moyens techniques connus de l'art antérieur et relèvent du domaine du traitement de signal électrique et de la commande électronique à la portée de L'homme de l'art. L'embrayage 6 peut être commandé par le bloc d'asservissement 40 obéissant lui-même aux ordres du boîtier de sélection 42 commandé par L'opérateur ou, encore, directement par ledit opérateur après sélection préalable du rapport choisi. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. A supposer que, dans un état de fonctionnement donné, le troisième rapport 12 lie L'arbre intermédiaire 8 et L'arbre secondaire 3, dans une telle situation, L'arbre secondaire 3 est entraîné à une vitesse de rotation qui est définie par le rapport de réduction du train 12. S'il est estimé nécessaire de procéder à un changement de rapport de réduction, en vue de passer du troisième au deuxième rapport selon une procédure de rétrogradation, en établissant uneliaison angulaire entre L'arbre secondaire 3 et L'arbre 8 par le train 11, on conçoit que la difficulté à surmonter est celle de rendre compatibles la vitesse angulaire de L'arbre 3 et celle du pignon fou 18 qui, par structure du train 11, est entraîné à une vitesse de rotation différente Dans une tel cas, l'initiation de commande, par L'intermédiaire du boîtier 42, actionne le circuit 43 pour commander L'embrayage 30 en position embrayée. De cette manière, s'établit initialement une liaison entre L'arbre intermédiaire 8 et le demi-arbre 34, lui-même lié à L'arbre secondaire 3 par le train 31. Etant donné qu' une telle action implique, initialement, une commande de L'embrayage principal 6 en position débrayée, la rotation de L'arbre de sortie ou secondaire 3 est transmise progressivement, par L'embrayage de synchronisation 30, à L'arbre intermédiaire 8 dont la vitesse de rotation est élevée ou accélérée jusqu'à un seuil apprécié par le comparateur 44. Lorsque ce seuil est atteint, L'étage de commande 47, sélectionné par la boîte 42, est activé pour commander le fonctionnement du mécanisme d'accouplement 21, de telle sorte qu'iL se trouve désenclenché par rapport au pignon 19 pour être enclenché avec le pignon 18. Une fois l'accouplement réalisé, L'embrayage de synchronisation 30 est désactivé pour replacer la boîte de vitesses 1 dans son état de fonctionnement habituel. L'actionnement du baladeur 21 est assuré par L'intermédiaire de la commande assistée 23. Ainsi que cela a été précisé précédemment, le train 31 possède un rapport au moins identique au premier rapport défini par le train 10, de sorte qu'une synchronisation en rétrogradation peut intervenir de façon sûre, certaine et rapide, même entre le deuxième rapport et le premier de vitesses. Cette intervention est d'autant plus rapide que la présence du seul système de synchronisation permet de supprimer, dans tous les cas, les phases de rétrogradation par procédure de double débrayage. La fig. 2 montre une variante de réalisation dans laquelle L'embrayage 30 est interposé entre L'arbre secondaire 3 et le train 31a qui comprend un pignon 32a calé angulairement et axialement sur L'arbre intermédiaire 8 et un pignon 33a libre angulairemet par rapport à L'arbre 3, mais lié à la partie correspondante de L'embrayage 30. Un fonctionnement, analogue à ce qui est décrit ci-dessus, intervient avec L'avantage supplémentaire d'imposer, en permanence, au train 31a, des vitesses de rotation pour les pignons 32a et 33a inférieures à celles des pignons 32 et 33 du train 31 de l'exemple selon la fig. 1 dans laquelle une liaison permanente existe avec L'arbre secondaire 3. La fig. 3 montre une autre variante de réalisation dans laquelle L'embrayage 30 est monté sur L'arbre 3, tout en étant lié angulairement à l'un des pignons fous et, de préférence, au pignon 17 du train 10 constitutif du premier rapport de boîte. IL doit être considéré que le dispositif de synchronisation, plus particulièrement adapté pour accroître La vitesse de L'arbre intermédiaire lors des phases de rétrogradation correspondant aux descentes de vitesse, peut aussi être utilisé pour assurer la synchronisation des vitesses angulaires des arbres lors de la montée des vitesses. Il suffit, en effet, que L'embrayage de synchronisation 30 soit conçu pour pouvoir être actionné, à partir d'une position de repos débrayée, soit dans une position embrayée, comme dit précédemment, soit dans une position de freinage, pour réduire, directement ou indirectement, la vitesse de L'arbre intermédiaire 8. La fig 4 montre, de façon partielle, une telle variante dans laquelle L'embrayage 30 comporte, par exemple à partir de la structure selon la figure, un pignon 32 monté fou sur L'arbre 8. Le pignon 32 est pourvu d'un cône de synchronisation 50 apte à coopérer avec un baladeur 51 calé angulairement et libre de coulisser sur L'arbre 8. Le baladeur 51 est du type symétrique, de manière à pouvoir être amené à coopérer aussi sélectivement avec un cône de friction-freinage 52 présenté, par exemple, par le carter 7. Le baladeur 51 est commandé en position de coopération avec, soit le cône 50, soit le cône 52, à partir d'une position débrayée au repos, par un actionneur 53 du type à double effet piloté par le circuit 43. L'invention n'est pas Limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Dispositif de synchronisation des vitesses angulaires des arbres d'une boîte de vitesses, du type comprenant un arbre primaire (8) portant n pignons dentés, un arbre secondaire (3) portant des pignons engrénant avec les pignons de L'arbre primaire pour constituer des rapports de vitesses et des mécanismes (20, 21) d'accouplement sélectif entre lesdits pignons, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'un seul système de synchronisation constitué par un embrayage (30) à position de repos débrayée, interposé entre L'arbre secondaire et directement ou indirectement L'arbre primaire et apte à assurer ta synchronisation des vitesses angulaires desdits arbres, au moins lors des phases de rétrogradation des rapports de vitesses. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de synchronisation 30 est constitué par un embrayage apte à assurer la synchronisation des vitesses de rotation des arbres par accélération lors de la rétrogradation et par freinage lors de la montée des rapports. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend - deux capteurs (45, 46) des vitesses angulaires, respectivement de L'arbre primaire et de L'arbre secondaire, - et un bloc d'asservissement (40) chargé de commander, temporairement, sous-la dépendance d'un boîtier de sélection (42), des moyens (43) d'activation de L'embrayage de synchronisation en position d'embrayage accélération ou d'embrayage freinage et des moyens (44, 47) d'actionnement des mécanismes d'accouplement sélectif. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc d'asservissement (40) comprend - une liaison (41) avec le boîtier de sélection (42), - un circuit (43) de commande de L'embrayage, - un comparateur (44) des signaux fournis par les capteurs (45, 46), - et un étage de commande (47) déclenché par le comparateur pour actionner celui des mécanismes d'accouplement sélectionné par le boîtier. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé ce que le circuit de commande de L'embrayage est associé à un actionneur (53) à double effet, apte à commander un baladeur (51) de L'embrayage en position d'embrayage-accélération avec un cône de friction (50) appartenant, directement ou indirectement, å L'arbre primaire et en position d'embrayage-freinage avec un cône de friction (52) fixe angulairement. 6 - Dispositi.f selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que L'embrayage (30) est interposé entre un arbre intermédiaire (8) et l'un des pignons dentés d'un train de synchronisation (31) dont t'autre pignon denté est claveté sur L'arbre secondaire (3). 7 - Dispositif selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que L'embrayage (30) est interposé entre L'arbre secondaire (3) et un pignon denté (33a) fou sur ledit arbre et engrenant, en permanence, pour constituer un train de synchronisation (31a) avec un second pignon denté (32a) claveté sur L'arbre intermédiaire. 8 - Dispositif selon L'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le train de synchronisation (31) est choisi d'un rapport au moins égal à celui du train de premier rapport de boîte formé par un pignon (11) de L'arbre intermédiaire (8) et le pignon correspondant (17) monté fou sur L'arbre secondaire (3) 9 - Dispositif selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que L'embrayage (30) est interposé entre L'arbre secondaire (3) et le pignon fou (17) correspondant au train (10) de premier rapport de boîte. 10 - Boîte de vitesses comportant un dispositif de synchronisation selon L'une des revendications 1 à 9.