Brevet FR2685046A1 — publié le 19930618

La présente invention concerne un dispositif de synchronisation et de commutation pour accoupler un pignon avec son arbre pour des boites de vitesses à engrenages, o un manchon coulissant de commutation, disposé concentriquement sur l'arbre sans pouvoir tour- ner par rapport à lui mais pouvant coulisser axialement, peut être accouplé avec un élément annulaire de syn- chronisation, monté avec possibilité de rotation limitée sur le pignon fixé sur l'arbre sans possibilité de translation axiale, au moyen d'un accouplement conique opérant par friction et dans lequel un cône intérieur et un cône extérieur peuvent être accouplés et désac- couplés axialement l'un par rapport à l'autre. Dans un dispositif connu du type défini ci- dessus ( demande de brevet allemand DE-OS 36 12 741), le cône extérieur est disposé sans possibilité de mouve- ment par rapport à l'élément annulaire de synchronisa- tion, tandis que le cône intérieur et la denture inté- rieure d'accouplement sont disposés sur le manchon coulissant de commutation axialement l'un après l'autre et sans possibilité de mouvement si bien que non seulement la longueur axiale du manchon coulissant de commutation, mais également celle du pignon sont importantes car, pour ce dernier, le cône extérieur de l'élément annulaire de synchronisation est disposé sur le pignon axialement entre la couronne dentée et la denture extérieure d'accouplement, lorsque le manchon coulissant de commutation est en prise par sa denture intérieure d'accouplement avec la denture extérieure d'accouplement du pignon. Le problème qui est à la base de l'invention consiste dans l'essentiel à créer un dispositif de synchronisation et de commutation qui soit caractérisé par un court dimensionnement axial, sans qu'il y ait des influences perturbatrices sur la transmission des forces de commutation. Le problème défini ci-dessus est résolu avan- tageusement conformément à l'invention en ce que le cône extérieur est disposé de façon fixe par rapport au manchon coulissant de commutation. Dans le dispositif de synchronisation et de commutation conforme à l'invention, le cône extérieur et la denture intérieure d'accouplement ne sont pas situés axialement l'un après l'autre mais radialement l'un au-dessus de l'autre de telle sorte que la longueur de construction est raccourcie et que les forces de commutation sont réduites car le diamètre utile moyen de l'accouplement conique peut être maintenu grand. Selon des modes de réalisation avantageuse du dispo- sitif conforme à l'invention: Le cône extérieur et une denture axiale inté- rieure d'accouplement, fixe par rapport au manchon coulissant de commutation, sont disposés concentrique- ment l'un par rapport à l'autre. Le cône extérieur et une denture intérieure d'accouplement sont délimités, dans le sens de l'axe de rotation dirigé vers le pignon, par une seule et même surface frontale du manchon coulissant de commu- tation. Le pignon disposé respectivement concentri- quement par rapport à l'axe de rotation comporte une denture axiale extérieure d'accouplement et une rainure de réception d'un ressort annulaire, soutenant axialement l'élément annulaire de synchronisation, et la denture d'accouplement est disposée axialement entre la rainure réceptrice et la couronne dentée du pignon. Le diamètre moyen du cône extérieur est plus grand que le diamètre du cercle des bases de dents de la denture intérieure d'accouplement. Le rapport entre le diamètre moyen et le diamètre du cercle des bases de dents s'élève à environ 1,08. Dans le dispositif conforme à l'invention, il est avantageux que le cône intérieur portant d'une manière classique la garniture de friction soit situé radialement à l'extérieur et sur l'élément annulaire de synchronisation de telle sorte qu'également lors d'échauffements résultant du travail de synchronisation pour lesquels l'élément annulaire de synchronisation se dilate plus fortement que le manchon coulissant de commutation à cause des coefficients de température différents il ne puisse produire aucune contrainte. En outre, dans le dispositif conforme à l'in- vention, il est avantageux que le chevauchement axial entre la denture extérieure d'accouplement du support de manchon de commutation et la denture intérieure d'accouplement du manchon coulissant de commutation soit encore très grand lorsque le manchon coulissant de commutation se trouve dans la position d'accouplement par rapport au pignon. Un autre avantage important du dispositif conforme à l'invention consiste en ce que, du fait de la disposition concentrique du cône extérieur et de la denture intérieure d'accouplement, les distances de commutation peuvent être maintenues très courtes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue en coupe partielle d'une boite de vitesses à engrenages comportant un dispositif de synchronisation et de commutation conforme à l'inven- tion, la Figure 2 est une vue à échelle agrandie de la partie II du dispositif de la Figure 1 dans une position tour- née de 180 degrés par rapport à l'axe de rotation, la Figure 3 représente à échelle agrandie la partie III du dispositif de la Figure 1, et la Figure 4 est une représentation graphique montrant la variation de la force de commutation en fonction de la course de commutation dans le dispositif de la Figure 1. En référence initialement à la Figure 1, il est prévu sur un arbre de transmission 7 d'une boite de vitesses à engrenages, non représentée en détail, deux pignons 5 et 6 ainsi qu'un support 16 placé entre eux, muni d'un manchon coulissant de commutation 8 Les pignons 5 et 6 et le support 16 du manchon de commutation sont fixés sur l'arbre de transmission 7 sans possibilité de mouvement dans les deux sens de l'axe de rotation 17-17 de l'arbre de transmission 7, les pignons 5 et 6 étant montés de façon à pouvoir tourner par rapport au support 16 du manchon de commutation mais ne pouvant cependant pas tourner par rapport à l'arbre de transmis- sion 7. Dans la suite, on va décrire le dispositif de synchronisation et de commutation conforme à l'inven- tion, qui sert à l'accouplement du pignon fou 5 prévu sur l'arbre de transmission 7. Le pignon 5 et le support 16 du manchon de commutation comportent chacun une denture axiale exté- rieure d'accouplement 14 ou 15, ces dentures pouvant être immobilisées l'une par rapport à l'autre au moyen d'un engrènement d'une denture axiale intérieure d'ac- couplement 13 correspondante du manchon coulissant de commutation 8, lors de la suppression d'une action de blocage, se produisant pour des vitesses de rotation inégales d'un élément annulaire de synchronisation 9 monté de façon à pouvoir effectuer une rotation limitée sur le pignon 5 Pour obtenir cette action de blocage, l'élément annulaire de synchronisation 9 est initialement soumis, avec coopération d'un accouplement conique , embrayable et débrayable axialement par friction, avec un cône intérieur 11, ne pouvant pas se déplacer par rapport à l'élément annulaire de synchronisation 9, et avec un cône extérieur 12, ne pouvant pas se déplacer par rapport au manchon coulissant de commutation 8, à un entraînement qui l'amène, en fonction du sens dero- tation, dans l'une ou l'autre de deux positions de blocage sur le pignon 5, qui sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un angle déterminé, quand le manchon coulis- sant de commutation 8 est actionné en direction du pignon 5, auquel cas l'élément annulaire de synchronisa- tion 9 s'appuie contre un ressort annulaire 20 qui est engagé dans une rainure de réception 19, concentri- que à l'axe de rotation 17-17, du pignon 5 en étant axialement sensiblement irréversible et en pouvant être comprimé radialement Dans la position neutre, représentée par des lignes en trait fort, du manchon coulissant de commutation 8, o l'accouplement conique est débrayé et o la denture intérieure d'accouple- ment 13 du manchon coulissant de commutation 8 est espacée axialement d'une distance déterminée par rapport à la denture extérieure d'accouplement 14 du pignon , le ressort annulaire 20 s'engage dans une rainure correspondante de retenue 24, orientée dans une direc- tion circonférentielle, chacune desdites rainures étant formée dans une surface intérieure de retenue 25 de forme conique, qui est prévue dans trois appendices 26 de l'élément annulaire de synchronisation 9 qui sont répartis uniformément sur le pourtour intérieur de l'élément annulaire de synchronisation 9 Dans la position correspondante de blocage, les dents de blocage 27 de l'élément annulaire de synchronisation 9 s'appli- quent, dans le sens de l'axe de rotation 17-17 orienté vers le pignon 5, contre des surfaces de blocage 28, qui sont prévues sur les côtés frontaux correspon- dants des dents d'accouplement de la denture extérieure d'accouplement 14 du pignon 5 et qui sont respectivement situées dans un plan incliné par rapport à un plan central, contenant l'axe de rotation 17-17, de la dentu- re d'accouplement correspondante Quand les vitesses de rotation du pignon 5 et du manchon coulissant de commutation 8 sont synchronisées, la force circonféren- tielle de l'accouplement conique 10 est nulle de sorte que les dents de blocage 27 peuvent entrer en prise avec la denture d'accouplement 14 ( Figure 3), quand l'élément annulaire de synchronisation 9 a été amené dans sa position d'activation, située entre les deux positions de blocage, par rapport aux intervalles entre dents de la denture d'accouplement 14, avec l'assistance de l'inclinaison des surfaces de blocage 28. Le dispositif décrit a une courte longueur dans les sens de l'axe de rotation 17-17 car le manchon coulissant de commutation 8 comporte le cône extérieur 12, car le cône extérieur 12 est disposé concentriquement et extérieurement à la denture intérieu- re d'accouplement 13, car le cône extérieur 12 et la denture intérieure d'accouplement 13 sont délimités en direction du pignon 5 par la surface frontale 18 du manchon coulissant de commutation 8, et# ce qui est également important, car la denture extérieure d'accou- plement 14 prévue sur le pignon 5 est située axialement entre la couronne dentée 21 et la rainure de réception 19. La grandeur et 1 ' évolution de la force de commutation sont déterminées, entre autres, par la précontrainte et la caractéristique d'élasticité du ressort annulaire 20, par la pente et le diamètre de la surface de retenue 25 prévue pour le ressort annulaire 20 ainsi que par le diamètre moyen 22 de l'accouplement conique 10, et également par le rapport entre le diamètre moyen 22 et le diamètre 23 du cercle des bases de dents de la denture intérieure d'accouple- ment 13. Pour le dispositif conforme à l'invention, il est essentiel que le diamètre moyen 22 soit plus grand que le diamètre 23 et à cet égard il s'est avéré avantageux que le rapport entre le diamètre moyen 22 et le diamètre 23 soit d'environ 1,08. Dans le diagramme de la Figure 4, la courbe 29 représentant la force de commutation F en fonction de la distance de commutation t pour le dispositif conforme à l'invention est mise en évidence en compa- raison avec la courbe 30, représentant par des lignes en traits mixtes la variation de la force de commutation F pour des systèmes connus de synchronisation avec cône extérieur, dans lesquels le diamètre moyen de l'accouplement conique est également plus grand que le diamètre du cercle des bases de dents de la denture intérieure d'accouplement du manchon coulissant de commutation, et la Figure 4 montre également par des lignes en trait interrompu la courbe 31 représentant la force de commutation F pour des systèmes de synchro- nisation connus à cônes intérieurs, dans lesquels le diamètre moyen de l'accouplement conique est plus petit que le diamètre du cercle des bases de dents de la denture intérieure d'accouplement du manchon coulissant de commutation. On se rend compte que des systèmes connus de synchronisation avec cônes extérieurs présentent une courbe de force de commutation 30 qui est croissante, c'est-à-dire que la force de commutation F 30 G interve- nant dans la distance de commutation 33 lors d'un glis- sement l'une sur l'autre des dents de blocage de l'élé- ment annulaire de synchronisation et des surfaces de blocage du pignon, est plus grande, de même que la force de commutation F 30 E s'exerçant sur la distance de commutation 34 pour l'engrènement des dentures d'accouplement du manchon coulissant de commutation et du pignon, que la force de commutation F 30 syn s'exerçant sur la distance de commutation 32 pour assurer la syn- chronisation au moyen de l'accouplement conique Cette courbe de force de commutation 30 présentera une grada- tion négative lors d'une manoeuvre manuelle car l'opé- rateur interprétera ou estimera une augmentation de force depuis la force de commutation F 30 syn jusqu'à la force de commutation F 30 G ou F 30 E comme la fin du processus de commutation Dans le cas d'une commutation engendrée par une force auxiliaire, par exemple hydrau- liquement ou pneumatiquement, une courbe de force de commutation qui est croissante ne provoquera pas, dans une situation défavorable, un engrènement sûr des dentu- res d'accouplement. Par contre, la courbe de force de commutation 31 qui est " décroissante" pour des systèmes de synchro- nisation à cônes intérieurs, o les forces de commuta- tion F 3 îG ( lors du blocage) et F 3 îE (lors de l'engre- nement) sont plus petites que la force de commutation F 31 syn (lors de la synchronisation), doit être considé- rée comme moins désavantageuse tandis que la courbe de force de commutation 29 obtenue avec le dispositif conforme à l'invention est avantageusement caractérisée par des forces constantes de commutation se produisant lors de la synchronisation (F 29 syn), lors du blocage (F 29 G) et lors de l'engrènement (F 29 E). Le dispositif de synchronisation et de commuta- tion pour l'accouplement du pignon 6 prévu sur l'arbre 7 est agencé en correspondance. REVENDICATIONS 1 Dispositif de synchronisation et de commutation pour accoupler un pignon avec son arbre pour des boites de vitesses à engrenages, o un manchon coulissant de commutation, disposé concentriquement sur l'arbre sans pouvoir tourner par rapport à lui mais pouvant coulisser axialement, peut être accouplé avec un élément annulaire de synchronisation, monté avec possibilité de rotation limitée sur le pignon fixé sur l'arbre sans possibilité de translation axiale, au moyen d'un accouplement conique opérant par friction et dans lequel un cône intérieur et un cône extérieur peuvent être accouplés et désaccouplés axialement l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que le cône extérieur ( 12) est disposé de façon fixe par rapport au manchon coulissant de commutation ( 8). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le cône extérieur ( 12) et une denture axiale intérieure d'accouplement ( 13), fixe par rapport au manchon coulissant de commutation ( 8), sont disposés concentriquement l'un par rapport à l'autre. 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le cône extérieur ( 12) et une denture intérieure d'accouplement ( 13) sont délimités, dans le sens de l'axe de rotation ( 17-17) dirigé vers le pignon ( 5), par une seule et même surface frontale ( 18) du manchon coulissant de commutation ( 8). 4 Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pignon ( 5) disposé respectivement concentriquement par rapport à l'axe de rotation ( 17-17) comporte une denture axiale exté- rieure d'accouplement ( 14) et une rainure ( 19) de réception d'un ressort annulaire ( 20), soutenant axiale- ment l'élément annulaire de synchronisation ( 9), et la denture d'accouplement ( 14) est disposée axialement entre la rainure réceptrice ( 19) et la couronne dentée ( 21) du pignon ( 5). Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre moyen ( 22) du cône extérieur ( 12) est plus grand que le diamètre ( 23) du cercle des bases de dents de la denture inté- rieure d'accouplement ( 13). 6 Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le rapport entre le diamètre moyen ( 22) et le diamètre ( 23) du cercle des bases de dents s'élève à environ 1,08.