Brevet FR2746157A1 — publié le 19970919

DISPOSITIF DE FROTTENIENT POUR MECANISME DE TRANSMISSION La présente invention se rapporte au domaine des transmissions mécaniques, notamment pour véhicule automobile. Plus précisément, elle concerne des éléments de frottement destinés à transmettre un effort entre deux pièces travaillant dans l'huile. Cette invention trouve une application privilégiée, mais non limitative, dans les freins et les embrayages de transmission automatique. L'évacuation du film d'huile subsistant entre les surfaces de frottement d'un frein ou d'un embrayage de transmission automatique lors de leur accostage, est nécessaire pour obtenir un serrage rapide de ces surfaces, sans effet de "savonnette" entre celles-ci, retardant la prise effective du frein ou de l'embrayage. Pour faciliter la prise des surfaces de frottement d'un frein ou d'un embrayage de transmission automatique, il est connu de ménager sur l'une d'elles des rainures permettant de briser le film d'huile subsistant entre celles-ci, et de favoriser son élimination. De façon classique, les rainures tracées dans les garnitures de friction des disques de frein ou d'embrayage de boîte de vitesses automatique s'étendent selon. deux directions perpendiculaires. Cette disposition, adoptée pour des raisons de fabrication, ne tient pas compte du comportement dynamique de l'huile entre les surfaces de frottement. Par suite, elle n'assure pas dans les meilleures conditions l'élimination du film d'huile. La présente invention a pour but d'optimiser la disposition des rainures d'évacuation du film d'huile entre les éléments d'un dispositif de frottement travaillant dans l'huile. Elle concerne un dispositif de frottement pour mécanisme de transmission travaillant dans l'huile comportant au moins un premier élément disposant d'une surface lisse de frottement et un second élément disposant d'une garniture de friction pouvant entrer en contact avec la surface lisse du premier élément tout en se déplaçant parallèlement à celle-ci, et présentant des rainures d'évacuation du film d'huile qui subsiste entre les deux éléments lors de leur accostage. Ce dispositif est caractérisé en ce que les rainures forment un angle a voisin de 45" avec la vitesse relative des deux éléments. De préférence, I'angle a est inférieur à 45". Pour faciliter le déplacement de l'huile en direction de son puits de débit, l'invention propose également que la projection de la vitesse d'évacuation de l'huile dans les rainures sur la vitesse relative des deux éléments ait un sens opposé à cette dernière. Selon un mode de réalisation de l'invention, les éléments de frottement sont des disques tournant autour du même axe, munis sur au moins une de leurs faces, d'une garniture de friction, traversée de part en part par un ensemble de rainures. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les éléments de frottement sont constitués par le tambour d'un frein à bande de transmission automatique, et par son enroulement, muni sur sa face en regard du tambour, d'une garniture de friction parcourue par des rainures. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1A est une coupe partielle d'un dispositif de frottement à deux éléments, - la figure 1B est une coupe selon XX' de la figure 1A, - la figure 2 est une coupe selon Z du même dispositif, - la figure 3 indique l'emplacement d'une rainure d'évacuation d'huile sur un tel dispositif, - les figures 4 et 5 illustrent l'évacuation d'une goutte d'huile hors de celui-ci, - les figures 6A, 6B, 6C, se rapportent à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 illustre une variante de celui-ci, et - les figures 8A et 8B. 9A et 9B, 10A, lOB et 10C, se rapportent respectivement à un second à un troisième, et à un quatrième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de frottement illustré par les figures 1A et 1B est constitué par un premier élément 1, présentant une surface lisse la en appui contre un second élément 2. Un film d'huile 3, retenu entre ces deux éléments lors de leur accostage, est susceptible d'être évacué en direction d'un premier ou d'un second côté 4 ou 5 du dispositif, selon l'impulsion qui lui est transmise. La figure 2 indique l'orientation de la vitesse relative U du second élément 2 par rapport au premier, de préférence perpendiculaire à la largeur des deux éléments, et parallèle à leur plus grande largeur. La figure 3 fait apparaître l'emplacement d'une rainure d'évacuation d'huile 6, située en réalité sur la face du second élément 2 en regard du premier, et formant un angle a avec la vitesse U. Il en est de même pour les figures 4 et 5, visant à mettre en évidence l'incidence de l'orientation d'une rainure 6 par rapport à U, sur l'évacuation d'une particule d'huile. Ces figures s'appliquent cependant à un dispositif pourvu d'un nombre quelconque de rainures, ayant ou non la même orientation par rapport à la vitesse relative des deux éléments. La figure 4 montre qu'une particule d'huile 7, emprisonnée dans une rainure 6, et ayant pour cette raison la même vitesse d'entraînement U que le second élément 2, reçoit, par l'intermédiaire d'un flanc 8 de la rainure 6, une poussée P perpendiculaire à l'angle + (correspondant au coefficient de frottement) près, audit flanc 8. Cette particule 7 reçoit également une poussée R opposée à P, due à la viscosité du film d'huile existant entre les deux éléments 1 et 2. La poussée R est opposée à la vitesse V de ladite particule 7 par rapport au premier élément 1, qui a la même orientation que la o poussée P. Enfin, la vitesse relative W de la particule 7 par rapport à la rainure 6, a la même orientation que ladite rainure quand elle se déplace dans celle-ci. De l'égalité vectorielle V = Ú + W, traduisant le fait que la vitesse absolue de la particule 7 est la somme de sa vitesse d'entraînement, et de sa vitesse de déplacement dans la rainure, on en déduit en introduisant l'angle a, la relation suivante entre Ú et W: = U cos a cosy La vitesse d'évacuation Q, de l'huile hors du dispositif de frottement, étant, par définition, la composante de sa vitesse absolue V perpendiculaire à la vitesse U, de valeur Q = W sina, c'est-àdire en réalité sinua cors ( + f) cosf pour une valeur donnée de U, cette vitesse Q sera maximum pour dQ O. da Or, dQ U da cosar cosa donc Q est maximum pour 2a + (p = 2' soit a = . 2 4 2 Conformément à l'invention, les rainures d'évacuation d'huile font avec la vitesse relative des deux éléments de frottement 1 et 2 du dispositif un angle a voisin de 45 , de préférence inférieur à cette valeur, de façon à optimiser l'écoulement de l'huile dans celles-ci. Compte tenu de cette inclinaison, l'orientation des rainures par rapport à leur direction de déplacement peut avantageusement être choisie en fonction de la position géométrique de la source et du puits de débit associés au dispositif de frottement considéré. En se reportant aux figures 4 et 5, on voit à ce sujet que l'orientation des rainures adoptée sur ces schémas, opposée à la vitesses relative Ú du second élément 2 est correcte si la source de débit est située du premier côté 4 du dispositif, et le puits de débit du second côté 5 de celui-ci. En d'autres termes, l'invention prévoit que la projection de la vitesse W de l'huile dans une rainure 6 sur la vitesse relative Ú de la rainure en question soit de sens opposé à celle-ci. Les figures 6A, 6B, et 6C représentent des disques de friction d'embrayage de boîte automatique du type mono-face, (c'est-à-dire munis de garnitures de friction sur une seule de leurs faces) constituant pour une part des premiers éléments 1 et pour une autre part des seconds éléments 2 au sens de la description ci-dessus, alternés (cf. figure 6c) et reliés respectivement à la cloche d'entrée de la transmission tournant dans le sens R, et à un élément du train épicycloïdal de celle-ci (non représentés), de sorte que chaque disque 1, 2 présente d'une part une face lisse la, 2a en regard d'un garniture de friction 9 portée par un élément voisin, et d'autre part une garniture de friction 9 en regard de la face lisse la, 2a de l'autre élément voisin. Chaque disque 1, 2, présente donc sur une face lb, 2b une garniture 9 munie de rainures 6 d'orientation alternée par rapport au sens de rotation R de la cloche d'embrayage. Conformément à l'invention, les rainures 6 forment un angle ae d'environ 45" avec la tangente croisée sur la circonférence extérieure tc, 2c, de chaque disque 1, 2, et un angle ai inférieur à 45" avec la tangente croisée sur sa circonférence intérieure, Id, 2d. Selon une autre caractéristique de l'invention mise en évidence sur les schémas, les points d'intersection de deux rainures adjacentes avec la circonférence extérieure tc, 2c des éléments 1, 2 ne sont pas confondus, mais espacés sur celle-ci. Les puits de débit 5 des films d'huile sont situés à l'extérieur des disques 1, 2. Lors d'un passage de vitesse montant, la vitesse relative des garnitures 9 des premiers disques 1, par rapport à la face lisse 2a des seconds disques 2, est opposée à R, tandis que la vitesse relative des garnitures 9 des seconds disques 2 par rapport aux surfaces lisses la des premiers disques 1 est orientée dans le même sens que R. Lors des passages montants, I'huile est donc évacuée pour l'essentiel par les rainures orientées dans le même sens que R sur les premiers disques 1, et par les rainures orientées en sens inverse sur les seconds disques 2. A l'inverse, lors des passages descendants, ce sont les rainures orientées dans le sens contraire de R sur les premiers disques 1, et les rainures orientées dans le même sens que R sur les seconds disques 2, qui assurent la plus grande part de cette évacuation. Selon une variante, illustrée par la figure 7, les rainures 6 peuvent être regroupées par séries de même orientation, alternées avec des séries d'orientation opposée. Cette disposition permet notamment de minimiser l'effet antagoniste des rainures adjacentes d'orientation opposée, sur l'écoulement de l'huile. Les figures 8A et 8B, se rapportent à un second mode de réalisation de l'invention, selon lequel les rainures 6 de chaque disque 1, 2 ont toutes la même orientation. Le dispositif de frottement, constitué par un empilement alterné de premiers et de seconds disques 1, 2, est également un embrayage de transmission automatique à disques mono-faces. La flèche R indique toujours le sens de rotation de la cloche d'entrée de l'embrayage. Les rainures des garnitures 9 de chaque disque 1, forment avec les tangentes aux circonférences extérieures lc, 2c, un angle ae d'environ 45", orientées de l'intérieur vers l'extérieur, dans le sens opposé à R pour les premiers éléments 1 et dans le sens de R pour les seconds éléments 2. A la différence de l'exemple précédent, cet embrayage n'est pris que lors de passages montants. La vitesse relative de la garniture 9 d'un premier disque 1, par rapport à la surface lisse 2a d'un second disque 2 est orientée dans le sens de R, tandis que la vitesse relative de la garniture 9 d'un second élément 2 par rapport à la surface lisse la d'un premier élément 1, est opposée à R, de sorte que conformément à l'invention, la vitesse d'évacuation de l'huile dans les rainures de chaque disque a bien une orientation opposée à la vitesse relative de celui-ci. Le mode de réalisation des figures 9A et 9B, concerne non pas un embrayage, mais un frein de transmission automatique. Comme l'embrayage précédent, ce frein, comportant un empilement alterné de premiers et de seconds éléments 1 et 2, n'est pris que lors d'un passage montant. R est ici la vitesse des seconds disques 2, liés à un organe de train épicycloïdal de la transmission. La vitesse relative de la garniture 9 d'un premier élément 1 par rapport à la surface lisse 2a du second élément voisin 2 lors d'un passage montant est opposée à R, tandis que la vitesse relative de la garniture d'un second élément 2 par rapport au premier élément voisin est alors dans le même sens que R. Conformément à l'invention, les rainures 6 de tous les éléments 1, 2 forment avec les tangentes aux circonférences extérieures tc, 2c de ces derniers un angle ae d'environ 45". Elles sont orientées de l'intérieur vers l'extérieur, dans le sens de R pour les premiers éléments 1 et dans le sens opposé à R pour les seconds 2, de sorte que, comme dans les exemples précédents, la vitesse d'évacuation de l'huile dans les rainures de chaque disque a une orientation opposée à la vitesse relative de celui-ci. Bien que les exemples de réalisation décrits ci-dessus concernent des embrayages et des freins à disques mono-faces, l'invention s'applique également à des organes comportant des éléments de frottements bi-faces. munis de garnitures de friction sur chacune de leurs faces. Les figures 10A, 10B et 10C, illustrent l'application de l'invention à un frein à bande de transmission automatique à double enroulement. Le brin central 11 de l'enroulement 12 présente de façon classique à son extrémité t la, un premier élément d'appui 13 recevant la poussée de son piston de commande 14, tandis que l'extrémité 16a des brins latéraux 16 est solidaire d'un second élément 17 en appui sur le carter par le doigt 18. L'élément d'extrémité 17 relie donc les deux brins latéraux 16, qui constituent le deuxième tour d'enroulement du frein. Par ailleurs, son tambour 19 est lié à un élément du train épicycloïdal (non représenté) avec le sens de rotation R indiqué sur le schéma. Le premier élément du dispositif est ici constitué par le tambour 19, tandis que le second est constitué par les brins 11 et 16. Le film d'huile présent sous le brin central 11 lors du serrage peut s'évacuer de chaque côté de celui-ci, dans les interstices 2ta, 2 lob qui le séparent des deux brins latéraux 16. tandis que le film qui subsiste sous les brins latéraux 16 peut s'évacuer aussi bien dans les interstices 21a. 21b que sur leurs côtés extérieurs 22a et 22b. Le frein de la figure lOB, serré uniquement lors des passages montants, dispose sous chacun de ses brins 11, 16, de garnitures de friction 9 munies de rainures d'évacuation 6 formant un angle d'environ 45" avec leur direction longitudinale. Les rainures 6 du brin central 11 peuvent être alternées individuellement (dans l'exemple non limitatif illustré par le schéma) ou par séries, de façon à disposer de la même capacité d'évacuation d'huile de chaque côté de celui-ci. En revanche. les rainures des deux brins extérieurs 16 sont toutes orientées des interstices 21 à 21b vers l'extérieur 22a, 22b, dans le sens de R. La vitesse relative de tous les brins 11, 16 par rapport au tambour 19 étant opposée à R lors d'un passage montant, les rainures des brins extérieurs 16 de la figure 10B sont donc disposées de façon à privilégier l'évacuation de l'huile retenue sous ces derniers vers leurs côtés extérieurs 22a, 22b. En variante, l'alternance des rainures 6 sous les brins extérieurs 16 (cf. figure 10c) permet d'optimiser l'évacuation de l'huile retenue sous ces derniers quelle que soit l'orientation de vitesse relative par rapport à R lors du serrage du frein. Cette disposition permet notamment de tirer profit des mesures proposées par l'invention aussi bien lorsque le frein est serré pour un passage montant que pour un passage descendant. Enfin, on peut prévoir que le nombre de rainures ménagées sous l'un des brins latéraux soit supérieur à celui de l'autre brin, et comme dans les exemples précédents, I'alternance d'orientation des rainures sous les brins peut être individuelle ou par groupe de rainures. En conclusion, il faut souligner, que les exemples d'application décrits ci-dessus n'ont pas de caractère limitatif pour la portée de l'invention. Celle-ci permet de façon générale d'obtenir une rupture et une évacuation rapide du film d'huile retenu entre deux éléments de frottement en déplacement rotatif lors de leur serrage. De plus, les dispositions proposées, applicables à différents types de dispositifs de frottement, tels que des embrayages ou des freins de transmission automatique, sont adaptables aux conditions d'utilisation de ces derniers. REVENDICATIONS [1] Dispositif de frottement pour mécanisme de transmission travaillant dans l'huile comportant au moins un premier élément (1, 19) disposant d'une surface lisse de frottement (la) et un second élément (2, 11, 16) disposant d'une garniture de friction (9) pouvant entrer en contact avec la surface lisse du premier élément tout en se déplaçant parallèlement à celle-ci, et présentant des rainures d'évacuation (6) du film d'huile (3) subsistant entre les deux éléments lors de leur accostage, caractérisé en ce que les rainures (6) forment un angle (a) voisin de 45" avec la vitesse relative (U) des deux éléments. [2] Dispositif de frottement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle (a) est inférieur à 450. [3] Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la projection de la vitesse d'évacuation de l'huile (W) dans les rainures (6), sur la vitesse relative(Ù) des deux éléments (t, 19 ; 2, 11, 16), a un sens opposé à cette dernière. [4] Dispositif de frottement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les éléments (1, 2) sont des disques tournant autour du même axe, munis sur au moins une de leurs faces (lb, 2b) d'une garniture de friction (9) traversée de part en part par un ensemble de rainures (6) formant un angle (cie) d'environ 45" avec les tangentes aux circonférences extérieures (lc, 2c) des disques (1, 2) à leurs points d'intersection sur celles-ci. [5] Dispositif de frottement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orientation des rainures (6) par rapport aux tangentes en question est alternée. [6] Dispositif de frottement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les points d'intersection de deux rainures adjacentes (6) avec la circonférence extérieure (lc, 2c) des disques (1, 2) ne sont pas confondus sur celle-ci. [7] Dispositif de frottement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les rainures (6) sont regroupées par séries de même orientation alternées avec des séries d'orientation opposée. [8] Dispositif de frottement selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le nombre de rainures (6) présentant chaque orientation est différent. [9] Dispositif de frottement selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il présente un ensemble de premiers éléments (1) dont les rainures (6) sont orientées de l'intérieur vers l'extérieur dans un sens opposé au sens de rotation desdits premiers éléments (1), alternés avec un ensemble de seconds éléments (2) dont les rainures (6) ont l'orientation inverse. [10] Dispositif de frottement selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il présente un ensemble de seconds éléments (2) dont les rainures (6) sont orientées de l'intérieur vers l'extérieur dans un sens opposé au sens de rotation desdits seconds éléments (2), alternés avec un ensemble de premiers éléments (1), dont les rainures (6) ont l'orientation inverse. [11] Dispositif de frottement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le premier et le second élément sont respectivement constitués par le tambour (19) d'un frein à bande de transmission automatique et par l'enroulement (12) de celui-ci, dont chaque brin (11, 16) porte sur sa face en regard du tambour (19) une garniture de friction (9) munie d'un ensemble de rainures (6) inclinées d'environ 45 , par rapport à sa direction longitudinale. [12] Dispositif de frottement selon la revendication 11, caractérisé en ce que le frein à bande est du type à double enroulement, et en ce que les rainures (6) sont alternées en orientation sur le brin central de l'enroulement (12) par rapport à sa direction longitudinale (11), et orientées de l'intérieur vers l'extérieur dans le sens de rotation du tambour (19) sous les brins extérieurs (16). [13] Dispositif de frottement selon la revendication 11, caractérisé en ce que les rainures (6), du brin central (11) sont regroupées par séries d'orientation opposée. [14] Dispositif de frottement selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'orientation des rainures (6) est alternée sur les brins latéraux (16). [15] Dispositif de frottement selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les éléments (1, 2), présentent une garniture (9) de friction sur chacune de leurs faces.