Brevet FR2674595A1 — publié le 19921002

Dispositif de changement de vitesse d'une boîte de vitesses à engrenages, notamment pour des véhicules automobiles La présente invention concerne un dispositif de changement de vitesse d'une boîte de vitesses à engrenages, notamment pour des vé- hicules automobiles, comprenant: une roue "folle ou libre" montée en rotation libre et en fixité axiale sur un arbre de boite, contre laquelle est disposée coaxialement et en mouvement lié une bague d'accouplement présentant une denture d'accouple- ment axiale extérieure, un support de manchon de commutation, disposé en mouvement lié sur l'arbre de boîte et présentant sur sa périphérie extérieure une denture d'accouplement axiale extérieure, et un manchon coulissant de commutation de forme annulaire, présentant sur sa périphérie intérieure une denture d'accouplement axiale inté- rieure correspondant aux dentures d'accouplement extérieures. Dans des dispositifs de changement de vitesse connus de ce type (brevet allemand ne 37 28 903), afin d'établir un état de commutation, on réalise des liaisons positives entre des roues dentées qui se trou- vent en prise et les arbres qui les traversent Ce type de commutation est notamment propre aux boîtes de vitesses de véhicules automobiles, car on peut ainsi utiliser en plus un synchroniseur à liaison par fric- tion, qui a pour fonction d'égaliser les vitesses de rotation de l'arbre à accoupler et de la roue dentée qui se trouve en prise. Lors d'un changement de vitesse dans une boîte de vitesses, on réalise une liaison positive entre un arbre de boîte et une roue libre qui se trouve en prise Une bague-synchro est conjointement déplacée par la roue libre au moyen d'un croisillon entraîneur et réalise, lors de l'engagement du manchon coulissant de commutation, une liaison par friction entre ce dernier et la roue libre Lors de l'égalisation des vi- tesses de rotation, le couple à transmettre diminue jusqu'à zéro et permet un engagement positif entre le manchon coulissant et la roue libre. L'engagement positif est réalisé au moyen d'une denture trapézoï- dale, dont le profil positif est imprimé latéralement dans des segments de cercle sur la roue libre et est simultanément pratiqué, avec un dé- calage axial, sur un support de manchon de commutation qui se trouve en liaison fixe avec l'arbre Le profil négatif pour cette liaison est pratiqué dans le profil intérieur d'un manchon coulissant de commuta- tion et peut être, par un décalage axial, enfilé sur les segments de denture trapézoïdale de la roue libre. Ce décalage axial réalise l'accouplement positif de la roue libre avec le support de manchon de commutation L'engagement de la roue libre par le manchon coulissant de commutation s'effectue par l'intermédiaire de la denture d'accouplement qui possède, à l'exception des évidements intercalés pour le croisillon entraîneur décrit plus haut, un nombre de dents correspondant à celui de la couronne dentée du manchon Ces dents d'accouplement des segments de denture réali- sent donc une liaison positive à comportement porteur statiquement in- déterminé Cet agencement est propre à toutes les boîtes de vitesses et constitue donc l'état de la technique. Lors de l'utilisation de telles boîtes de vitesses dans le véhicule automobile, on perçoit fréquemment un ronronnement d'engrènement Ce ronronnement est nettement audible dans le véhicule et il est dés- agréable, de sorte qu'il constitue une dégradation importante du confort de conduite et diminue ainsi la qualité de la transmission du véhicule Malgré l'emploi d'une denture hélicoïdale et malgré la correc- tion des angles de flancs des roues dentées utilisées, de tels cas ne cessent de réapparaître, dans des pourcentages considérables, dans la production en série de boîtes de vitesses. Leur cause en est le comportement porteur statiquement indéter- miné dans la denture d'accouplement, comportement qui a pour consé- quence, selon la dispersion de la série, qu'une paire de dents indéter- minable devient entraîneuse et prend ainsi en charge les forces Comme cette paire de dents déterminée par la dispersion de la série change de position avec la rotation de la roue libre, tandis que le point d'attaque de force de la denture entraîneuse dans la roue libre reste stationnaire, on obtient entre ces deux forces une interaction qui pro- duit un flottement de la roue libre Ce flottement, dont l'amplitude est essentiellement déterminée par -le jeu de palier fonction de la série, produit dans la denture entraîneuse une erreur cyclique d'angle de flanc, qui engendre un ronronnement désagréable. La présente invention a pour but de supprimer, pour des boîtes de vitesses, le flottement décrit de la roue libre et la production de bruit associée à ce flottement, qui est gênante et amoindrit la qualité. L'invention atteint ce but d'une manière avantageuse par le fait qu'au moins une des dentures d'accouplement présente une paire de dents qui est constituée de deux dents d'accouplement diamétralement opposées présentant chacune un écart de pas en avance dans le même sens. Un avantage de l'invention est qu'elle n'engendre pas d'augmentation des coûts de la fabrication en série De plus, l'invention laisse au concepteur toute liberté, lors de la conception de la boîte de vitesses, en ce qui concerne la largeur de palier de la roue libre ou encore le diamètre du manchon coulissant de commutation, ce qui apporte notamment des avantages lors d'une diminution de la taille de la boîte ou lors de l'établissement de limites de tolérances étroites et donc coûteuses pour les différentes pièces. L'invention concerne donc la configuration de la denture d'accouplement trapézoïdale de l'accouplement de roue libre dans la boîte de vitesses L'invention prévoit une configuration volontaire du pas de cette denture d'accouplement sur la roue libre, qui garantit qu'on obtienne toujours une paire de dents opposées qui possède l'avance maximale dans le diagramme de pas et qui transforme ainsi le comportement porteur statiquement indéterminé de la denture entraî- neuse en un comportement statiquement déterminé On obtient un dia- gramme de pas dans lequel, dans le cercle primitif de référence de la denture d'accouplement, une boule palpeuse entre en contact avec les flancs et indique ainsi un écart par rapport à la position idéale sur des tronçons du cercle primitif. La denture d'accouplement est opportunément divisée en deux segments, ce qui garantit l'obtention d'un nombre maximal de paires de dents opposées. La réalisation de cette erreur de pas volontaire prévue par l'invention se traduit, pour la denture d'accouplement, de telle sorte que l'outil de percussion qui entame la denture trapézoïdale pénètre plus profondément dans les entredents qui ne sont pas destinés à prendre en charge le comportement porteur. Dans la denture d'accouplement à deux segments, une seconde paire de dents vient s'ajouter à la première dans la poursuite du dé- veloppement de la denture trapézoïdale, et elle peut conjointement prendre en charge les forces en cas de déformation en flexion des dents précédentes, au bout d'une courte course de flexion On empêche ainsi notamment qu'en cas de dépassement d'un couple de sollicitation, une dent soit sollicitée au-delà de sa résistance à la flexion et vienne ainsi à se rompre. Dans le diagramme de pas, l'invention se manifeste comme suit. Dans chaque segment, on trouve une paire de dents en avance qui est réalisée avec une avance de phase supérieure à la déformation attendue lors de la trempe, de sorte qu'elle peut prendre en charge à elle seule la répartition des forces Cette configuration du pas peut être déjà réalisée à l'état tendre lors de la fabrication de la roue dentée car, si la trempe s'accompagne d'une déformation notable des deux segments l'un par rapport à l'autre, on peut par contre considé- rer que la déformation due à la trempe à l'intérieur d'un segment est faible L'amplitude indiquée est une valeur provenant de l'expérience de fabrication et ne concerne pas l'invention à proprement parler En ce qui concerne le montant de l'avance de pas, il importe, selon l'invention, de retenir que cette avance doit être supérieure à l'erreur maximale de pas du manchon coulissant participant à l'appariement, mal- gré la déformation due à la trempe, afin que l'action anti-flottement des dents en avance porte son effet dans toutes les positions de com- mutation. Les dents supplémentaires participant à l'avance ne sont pas do- tées d'une amplitude d'avance aussi élevée, mais possèdent une avance suffisante pour, au bout d'une faible course de flexion, prendre conjointement en charge une partie des forces, sans le faire trop tôt et perturber ainsi la symétrie du comportement porteur. Selon l'invention, la partie de la denture d'accouplement qui est liée à la roue dentée est dotée d'un creusement du pas volontairement pratiqué, la configuration étant telle que, dans le diagramme de pas, une paire de dents opposées possède un pas en avance, ce qui garan- tit que les deux points d'attaque des forces pour la transmission du couple sont mutuellement opposés et s'annulent donc réciproquement, de sorte que ne demeure dans la denture trapézoïdale aucune force résiduelle provoquant un flottement de la roue libre à l'intérieur de son jeu de palier. Selon l'invention, par un creusement supplémentaire du pas, les dents respectivement consécutives se tiennent prêtes à prendre en charge la fonction porteuse, afin d'éviter une rupture de la base des deux premières dents en cas de sollicitation excessive, la configuration étant telle que le creusement du pas des dents consécutives soit main- tenu légèrement en retard par rapport à la paire de dents destinée à être porteuse, mais que ces dents supplémentaires présentent un pas nettement en avance par rapport au reste des dents. Selon l'invention, la variation du pas pour les deux sens de sollicitation d'une roue dentée est réalisée lors de l'usinage à l'état tendre, avec une avance de base de pas qui est supérieure à la dé- formation due à la trempe attendue pour la pièce et garantit ainsi l'efficacité indépendamment de la dispersion de la série, mais aussi qui est seulement suffisamment grande pour que l'espace intermédiaire qui se trouve entre la poussée et la traction dans la denture trapézoïdale présente un jeu suffisant pour, à la fois, garantir un passage aisé des vitesses et ne pas amplifier d'une manière désagréable le choc d'alternance d'effort à la suite d'une usure intensive. Selon l'invention, en vue d'obtenir l'accouplement sans flottement de la manière décrite, il faut choisir une conception constructive de la denture trapézoïdale sur la roue libre prévoyant un nombre pair de segments, afin que la denture trapézoïdale présente un plus grand nombre de dents mutuellement opposées. Selon l'invention, afin de supprimer le flottement du groupe constructif constitué du manchon coulissant de commutation et de la roue libre, on réalise également la même variation du pas sur la den- ture d'accouplement du manchon, qui ne présente en général pas de segmentation, mais dont toutes les dents sont pratiquées dans le profil extérieur, la configuration étant telle qu'ici aussi, deux dents soient destinées être porteuses au moyen d'un écart de pas en avance, et plusieurs dents consécutives se tiennent prêtes à prendre en charge les forces, l'avance de base de pas étant adaptée à la déformation due à la trempe attendue pour cette pièce dans la série. L'exposé qui suit décrit en détail l'invention à l'aide de deux formes de réalisation représentées sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique, en coupe axiale, d'un dispositif de changement de vitesse selon l'invention, la figure 2 est une représentation individuelle schématique, en perspective, de la roue libre du dispositif de changement de vitesse de la figure 1 selon une première forme de réalisation, la figure 3 est un diagramme représentant l'écart de pas pour la roue libre de la figure 2, la figure 4 est une représentation individuelle schématique, en perspective, du manchon coulissant de commutation du dispositif de changement de vitesse de la figure 1, la figure 5 est un diagramme représentant l'écart de pas pour le manchon coulissant de commutation de la figure 4, la figure 6 est une représentation individuelle schématique, en perspective, de la roue libre du dispositif de changement de vitesse de la figure 1 selon une seconde forme de réalisation, et la figure 7 est un diagramme représentant l'écart de pas pour la roue libre de la figure 6. Selon la figure 1, une roue dentée frontale est, en tant que "roue folle ou libre" 9 et par l'intermédiaire d'un palier à roulement 63, mon- tée en rotation libre sur un arbre de boîte 8 d'une boite de vitesses à en- grenages non autrement représentée; d'une manière habituelle, en tant qu'élément d'un étage d'engrenages, cette roue dentée frontale est en20 prise permanente, par sa denture entraîneuse frontale 9 a, avec une autre roue dentée frontale d'un second arbre de boîte parallèle D'une manière non représentée, la roue libre 9 est montée pour l'essentiel en fixité dans les deux sens axiaux sur l'arbre de botte 8. Un support annulaire 12 de manchon de commutation est disposé concentriquement et en mouvement lié à côté de la roue libre 9 sur l'arbre de boîte 8 Le support de manchon de commutation 12 est pourvu, sur sa périphérie extérieure, d'une denture d'accouplement axiale 13 conventionnelle, de section trapézoïdale. Sur son côté frontal tourné vers le support de manchon de com- mutation 12, la roue libre 9 présente une bague d'accouplement coaxiale , qui lui est liée en mouvement et est elle aussi pourvue, sur sa pé- riphérie extérieure, d'une denture d'accouplement axiale 11 présentant des dents d'accouplement de section trapézoïdale. Les dentures d'accouplement extérieures 11 et 13 sont utilisées pour accoupler sélectivement la roue libre 9 à l'arbre de boîte 8 par l'intermédiaire d'un manchon coulissant de commutation annulaire 14 qui présente, sur sa périphérie intérieure, une denture d'accouplement intérieure axiale 15 à dents d'accouplement de section trapézoïdale, par laquelle il s'engage en permanence dans la denture d'accouplement 13, en coulissement axial mais en rotation liée. Dans la première forme de réalisation de la roue libre, selon la fi- gure 2, la denture d'accouplement 11 est divisée dans la direction circonfé- rentielle en deux segments annulaires 61 par deux évidements 17 diamé- tralement opposés D'une manière connue mais non représentée, ces évidements sont utilisés pour disposer une bague de synchronisation en rotation libre limitée sur la roue libre 9 Grâce au nombre pair d'évidements 17 ou encore de segments annulaires 61, on obtient un relativement grand nombre de dents d'accouplement diamétralement op- posées On a ainsi la possibilité d'utiliser une paire de dents 16 dont les deux dents d'accouplement 21 et 22, respectivement situées en un endroit central de la périphérie d'un segment annulaire 61, présentent chacune un écart de pas 27 ou 28 en avance relativement importante et déterminent le comportement porteur, afin d'éviter des mouvements de flottement, en produisant deux forces 64 et 65 qui s'annulent récipro- quement lorsque le manchon coulissant de commutation 14 est introduit dans le sens de la flèche 66 dans la denture d'accouplement 11. Grâce à la position centrale des deux dents d'accouplement 21 et 22, des dents d'accouplement supplémentaires respectives 33 à 35 ou 36 à 38, présentant un écart de pas respectif 47 à 49 ou 50 à 52, peuvent se raccorder à ces dents 21 et 22 en leur succédant dans le même sens Selon la figure 3, sur laquelle l'écart de pas Fp est porté sur la circonférence développée de la bague d'accouplement 10, la conception est telle que les écarts de pas 47 à 52 des dents d'accouplement sup- plémentaires 33 à 38, à la fois soient inférieurs aux écarts de pas res- pectifs 27 ou 28 des deux dents d'accouplement 21 et 22 de la paire de dents 16, et diminuent progressivement dans leur succession. De la sorte, en cas de déformation en flexion des dents d'accouplement qui les précèdent, les dents d'accouplement supplémen- taires 33 à 35 et 36 à 38 prennent également en charge par paires les forces au bout d'une courte course de flexion, empêchant ainsi qu'en cas de dépassement d'un couple de sollicitation, une dent soit sollicitée au-delà de sa résistance à la flexion et vienne ainsi à se rompre. Dans le diagramme de pas de la figure 3, l'action de l'invention s'exprime comme suit. La denture d'accouplement 15 du manchon coulissant de commuta- tion 14, qui est enfilée dans la denture d'accouplement 11 de la roue libre 9, constitue sur le diagramme de pas, pour un pas exempt d'erreurs, une droite 67 Cette droite 67, selon le sens de sollici- tation, s'abaisse d'un côté à partir du haut vers les flancs de dents et entre en contact, sur le diagramme de pas, avec les flancs à avance maximale Tandis que la rotation se poursuit, le manchon coulissant 14 pivote autour du point de contact Cela se traduit, sur le diagramme de pas, par la formation d'une courbe sinusoïdale Comme l'invention garantit que la seconde dent d'accouplement présentant l'écart de pas à avance maximale soit opposé à la première à 1800, on obtient la paires de forces 64, 65 qui fournit une pure transmission de couple. Comme la déformation due à la trempe du manchon coulissant de commutation 14 est généralement inférieure à celle de la denture d'accouplement 11 de la roue libre 9, on peut également couvrir, par un choix préalable des cotes pour la paire de dents 16, une faible er- reur de pas apparaissant sur le manchon 14 lors de la fabrication en série Cela est valable dans chacune des positions de commutation possibles. Selon les figures 4 et 5, pour la denture d'accouplement 13 du support de manchon de commutation 12, qui n'est pas interrompue dans la direction circonférentielle, on utilise également une paire de dents 18 constituée de deux dents d'accouplement 23 et 24 diamétralement op- posées, qui présentent un écart de pas d'avance maximale respectif 29 ou 30 et déterminent ainsi le comportement porteur en produisant deux forces 68 et 69 s'annulant réciproquement A nouveau, on associe à chacune des deux dents d'accouplement 23 et 24 des dents d'accouplement supplémentaires 39 à 41 ou 42 à 44, présentant un écart de pas respectif 53 à 55 ou 56 à 58 inférieur et diminuant pro- gressivement dans la succession prévue dans le même sens. Sur le diagramme de pas de la figure 5, on obtient à nouveau une droite 67 pour le pas exempt d'erreurs de la denture d'accouplement du manchon coulissant de commutation 14. La denture d'accouplement 13 du support de manchon de commu- tation 12 est naturellement elle aussi statiquement indéterminée, de sorte que le flottement de la roue libre 9 que l'invention doit sup- primer y est conjointement provoqué Dans ce cas, la roue libre 9 et le manchon coulissant de commutation 14 circulent avec flottement, comme une seule pièce, dans la denture d'accouplement 13 du support de manchon 12. Ici aussi, l'invention supprime cet état de fait Comme dans la denture d'accouplement 11 de la roue libre 9, une paire de dents 18 est destinée à être porteuse, et ses dents 23, 24 se distinguent par une avance de phase correspondante sur le diagramme de pas. Comme la déformation due à la trempe du support de manchon de commutation 12 est de beaucoup inférieure à celle de la denture d'accouplement 11 de la roue libre 9, l'avance 29 ou 30 de la paire de dents 18 peut être prévue inférieure à celle de la paire de dents 16 de la roue libre 9. D'une manière correspondante, les dents d'accouplement sup- plémentaires 39 à 41 ou 42 à 44 se tiennent prêtes à prendre en charge les forces en cas de déformation en flexion. A la différence du cas de la roue libre 9, l'appariement entre le support de manchon de commutation 12 et le manchon coulissant de commutation 14 n'est pas répété à chaque enclenchement de la vitesse, mais s'effectue une seule fois lors du montage Toutefois, l'invention permet également un appariement à volonté, de sorte que le montage de ces pièces n'est pas rendu inutilement compliqué. Dans la seconde forme de réalisation de la roue libre 9, selon les figures 6 et 7, la bague d'accouplement est divisée dans la direction cir- conférentielle en trois segments annulaires 62 par trois évidements 19. Pour l'application de l'invention, les positions des dents d'accouplement et 26, destinées à être porteuses, de la paire de dents concernée 20 exerçant la paire de forces 70,71, sont choisies différemment Afin que leur situation en vis-à-vis soit optimale, la dent d'accouplement 25 se trouve au début et la dent d'accouplement 26 à la fin de son segment annulaire 62 respectif En conséquence, les dents supplémentaires 45 et 46, destinées à poursuivre la prise en charge des forces, ne se trou- vent plus toutes deux après les dents porteuses 25, 26 (c'est-à-dire ne leur succèdent plus dans le même sens), mais sont réparties dans la direction de leur segment annulaire 62 respectif Cette disposition, qui constitue un compromis, est également visible sur le diagramme de pas de la figure 7. Selon ce diagramme, une dent d'accouplement 25 à avance maxi- male 31 est précédée d'une dent d'accouplement supplémentaire 45 à avance inférieure 59, tandis que l'autre dent d'accouplement 26 à avance maximale 32 est suivie d'une dent d'accouplement supplémen- taire 46 à avance inférieure 60. A nouveau, le pas exempt d'erreurs de la denture d'accouplement du manchon coulissant de commutation 14 est représenté sous la forme d'une droite 67, tandis que les interruptions de la denture d'accouplement 11 sont indiquées par les rectangles 19 Au reste, le mode d'action des dents à avance 25, 26, 45, 46 est le même que celui des paires de dents 16 et 18, décrit à l'aide des figures 3 et 5. il REVENDICATIONS 1 Dispositif de changement de vitesse d'une boîte de vitesses à engrenages, notamment pour des véhicules automobiles, comprenant une "roue folle ou roue libre" montée en rotation libre et en fixité axiale sur un arbre de boîte, contre laquelle est disposée coaxialement et en mouvement lié une bague d'accouplement présentant une denture d'accouplement axiale extérieure, un support de manchon de commutation, disposé en mouvement lié sur l'arbre de boîte et présentant sur sa périphérie extérieure une denture d'accouplement axiale extérieure, et un manchon coulissant de commutation de forme annulaire, présentant sur sa périphérie intérieure une denture d'accouplement axiale inté- rieure correspondant aux dentures d'accouplement extérieures, caractéerisé en ce qu'au moins une des dentures d'accouplement ( 11, 13, 15) présente une paire de dents ( 16 ou 18 ou 20) qui est constituée de deux dents d'accouplement diamétralement opposées ( 21 et 22 ou 23 et 24 ou 25 et 26) présentant chacune un écart de pas ( 27, 28 ou 29, 30 ou 31, 32) en avance dans le même sens. 2 Dispositif de changement de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chacune des deux dents d'accouplement ( 21 et 22 ou 23 et 24 ou 25 et 26) de la paire de dents ( 16 ou 18 ou 20) est associée au moins une dent d'accouplement supplémentaire ( 33 à 35 et 36 à 38 ou 39 à 41 et 42 à 44 ou 45 et 46) présentant un écart de pas en avance ( 47 à 49 et 50 à 52 ou 53 à 55 et 56 à 58 ou 59 et 60), et en ce que l'écart de pas ( 47 à 60) des dents d'accouplement sup- plémentaires ( 33 à 46) est chaque fois inférieur à l'écart de pas res- pectif ( 27, 28 ou 29, 30 ou 31, 32) des deux dents d'accouplement de la paire de dents ( 16 ou 18 ou 20). 3 Dispositif de changement de vitesse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une paire de dents ( 16, 20 ou 18) présentant un écart de pas ( 27, 28 ou 31, 32 ou 29, 30) est prévue sur l'une des deux dentures d'accouplement extérieures ( 11 et 13) ou sur les deux. 4 Dispositif de changement de vitesse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bague d'accouplement ( 11) est divisée dans la direction circonférentielleen segments annulai,2 res ( 61 ou 62) par des évidements ( 17 ou 19). Dispositif de changement de vitesse selon la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre (deux) de segments annulaires ( 61) est pair, et les dents d'accouplement supplémentaires ( 33 à 35 ou 36 à 38) sont respectivement associées aux deux dents ( 21 et 22) de la paire de dents ( 16) en leur succédant dans le même sens. 6 Dispositif de changement de vitesse selon la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre (trois) de segments annulaires ( 62) est impair, et les dents d'accouplement supplémentaires ( 45 ou 46) sont respectivement associées aux deux dents ( 25 et 26) de la paire de dents ( 20) en leur succédant dans des sens contraires. 7 Dispositif de changement de vitesse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la section des dents d'accouplement est trapézoïdale. 8 Procédé de fabrication d'un dispositif de changement de vitesse selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un outil de percussion utilisé pour façonner la denture pénètre plus profondément dans les entredents qui ne sont pas destinés à prendre en charge le comporte- ment porteur.