Brevet FR2751712A1 — publié le 19980130

La présente invention concerne une bague de synchronisation pour un synchroniseur de boîte de vitesses. Dans une boîte de vitesses à rapports multiples, lors du passage des vitesses, le synchronisme nécessaire entre le manchon baladeur, qui tourne à la vitesse de l'arbre de sortie, et le pignon correspondant est réalisé par un système de synchronisation à friction ou frottement. Selon un exemple connu d'une conception d'un dispositif de synchronisation, celui-ci est équipé d'un moyeu ou manchon qui est relié par des cannelures à l'arbre secondaire. Sur ce moyeu peut coulisser axialement le baladeur. De chaque côté, le moyeu est pourvu d'une bague de synchronisation comportant par exemple un cône intérieur de frottement. Le cône de la bague et le cône extérieur complémentaire du pignon forment ensemble un accouplement conique qui produit, par friction/frottement, le synchronisme, c'est-à-dire l'entraînement en rotation du pignon fou en vue de l'engagement de la vitesse correspondante. Les dentures et les surfaces de friction des engrenages sont en acier traité et elles sont par exemple recouvertes de molybdène. Selon une conception connue des bagues de synchronisation, elles sont réalisées sous la forme d'éléments massifs métalliques et usinés, les cônes intérieurs et les anneaux étant par exemple en bronze, en alliage d'aluminium ou en acier fritté. Cette conception d'une bague de synchronisation massive en une seule pièce présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, chaque bague est d'un poids et d'une inertie relativement élevés. La fabrication des bagues par usinage fait appel à de nombreuses étapes de reprises d'usinage et est donc particulièrement longue et coûteuse. Enfin, la rigidité nécessaire de chaque bague de synchronisation ne permet pas d'en réduire les dimensions et la masse. L'invention a pour objet de proposer une nouvelle conception d'une bague de synchronisation qui remédie aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés. Dans ce but, I'invention propose une bague de synchronisation pour un synchroniseur de boîte de vitesses du type comportant au moins une surface de portée tronconique susceptible de coopérer par friction avec une surface de portée complémentaire appartenant à un autre composant, caractérisée en ce que la surface de portée tronconique appartient à une couche de matériau, notamment de matériau de frottement, rapportée sur un corps de forme générale annulaire tronconique réalisé par formage d'un flan de tôle. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le corps tronconique en tôle délimite au moins une face latérale tronconique qui est revêtue d'une couche de matériau de frottement, d'épaisseur sensiblement constante; - la face latérale tronconique externe du corps est revêtue d'une couche de matériau de frottement; - la face latérale tronconique interne du corps est revêtue d'une couche de matériau; - les deux faces latérales tronconiques sont revêtues d'une couche de matériau de frottement; - la couche de matériau est réalisée par surmoulage autour du corps en tôle; ladite surface de portée comporte une série de rainures, en particulier d'orientation sensiblement axiale, formées par moulage dans l'épaisseur de la couche de matériau; - le corps annulaire tronconique en tôle est délimité axialement par deux bords d'extrémités, et il comporte au moins une partie fonctionnelle supplémentaire, réalisée venue de matière par formage, qui s'étend depuis l'un de ses bords d'extrémités; - ladite partie fonctionnelle comporte au moins une collerette d'orientation sensiblement radiale; - la collerette s'étend radialement vers l'extérieur et comporte des dents à sa périphérie; - la collerette s'étend radialement vers l'extérieur depuis le bord d'extrémité de plus grand diamètre du corps annulaire tronconique; - la collerette s'étend radialement vers l'intérieur et comporte des moyens pour la fixation du corps annulaire tronconique sur un autre élément, notamment sur des moyens d'entraînement en rotation de la bague; - la collerette s'étend radialement vers l'intérieur depuis le bord d'extrémité de plus grand diamètre du corps annulaire tronconique; - la collerette s'étend radialement vers l'intérieur depuis le bord d'extrémité de plus petit diamètre du corps annulaire tronconique; - ladite partie fonctionnelle comporte au moins une patte d'orientation sensiblement axiale; - ladite partie fonctionnelle comporte au moins une patte d'orientation radiale. - ladite patte s'étend axialement sensiblement le long de la face latérale tronconique externe du corps en tôle pour constituer un bossage d'appui et de positionnement axial de la bague; - la patte est une patte d'entraînement en rotation de la bague qui s'étend depuis le bord d'extrémité de plus petit diamètre du corps annulaire tronconique, en direction de l'axe de révolution de la bague de synchronisation; - le corps annulaire tronconique est réalisé par découpe, emboutissage et/ou repoussage d'un flan de tôle d'acier; - la couche de matériau est une couche de matériau moulable de frottement susceptible de coopérer avec une surface de frottement en milieu liquide; - une couche d'adhésif ou de colle est interposée entre le corps annulaire tronconique et la couche de matériau. L'invention formulée ci-dessus permet non seulement de résoudre les problèmes précités mais en outre présente des avantages supplémentaires. En effet, les bagues de synchronisation connues étant rigides, elles nécessitent une finition très soignée afin d'assurer un bon contact avec le contre-matériau sur lequel elles viennent en contact de friction. Toute déformation des bagues connues, d'origine mécanique ou thermique, peut entraîner une détérioration rapide des surfaces de frottement et conduire à un grippage du synchroniseur. Grâce à l'invention ce risque est éliminé en raison de l'existence d'une certaine déformabilité du matériau de frottement rapporté sur l'une et/ou l'autre des faces latérales de la bague de synchronisation. L'invention permet en outre d'atteindre une meilleure efficacité dans la synchronisation grâce à une rupture plus rapide du film d'huile à I'engagement de la bague de synchronisation sur le contre-matériau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un premier exemple de réalisation d'une bague de synchronisation conforme aux enseignements de l'invention; - la figure 2 est une vue axiale en bout de la bague de synchronisation de la figure 1; - la figure 3 est une vue en section selon la ligne 3-3 de la figure 2; - les figures 4 et 5 sont des vues à plus grande échelle des détails D4 et D5 de la figure 2; - la figure 6 est une vue à plus grande échelle du détail D6 de la figure 3, le plan de section passant alors par une des rainures de la couche de matériau de frottement; - la figure 7 est une vue en perspective d'une bague de synchronisation à double cône réalisée conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 8 est une vue axiale en bout de la bague de synchronisation de la figure 7; - la figure 9 est une vue en section selon la ligne 9-9 de la figure 8; - la figure 10 est une vue à plus grande échelle en section selon la ligne 10-10 de la figure 8; - la figure 11 est une vue en perspective d'un troisième exemple de réalisation d'une bague de synchronisation conforme aux enseignements de l'invention; - la figure 12 est une vue axiale en bout de la bague de synchronisation de la figure 11; - la figure 13 est une vue en section selon la ligne 13-13 de la figure 12; - la figure 14 est une vue en section à plus grande échelle selon la ligne 14-14 de la figure 12; - la figure 15 est une vue à plus grande échelle du détail D15 de la figure 13 - les figures 16A, 16B et 16C sont des schémas permettant de comparer deux variantes de réalisation de la bague de synchronisation représentée aux figures 11 à 15 avec une bague massive selon l'état de la technique; - la figure 17 est une vue partielle de face du corps en tôle sur laquelle on a représenté une variante de réalisation des dents périphériques; - la figure 18 est une vue en section selon la ligne 18-18 de la figure 17; la figure 19 est une vue partielle de derrière du corps en tôle sur laquelle on a représenté une variante de réalisation des bossages d'appui et de positionnement axial de la bague; et la figure 20 est une vue en section selon la ligne 20-20 de la figure 19. On a représenté aux figures 1 à 6 une bague de synchronisation de conception générale connue. Cette bague de synchronisation 20 est constituée pour l'essentiel par une partie de forme générale tronconique 22 qui comporte une surface tronconique de portée 26 et par une partie complémentaire 24 pour l'entraînement en rotation de la bague 20, qui est ici réalisée sous la forme d'un collet radial extérieur. Conformément aux enseignements de l'invention, la bague de synchronisation 20 est constituée pour l'essentiel par un corps de forme générale annulaire tronconique 28 qui est réalisé par formage à partir d'une tôle d'acier, en mettant en oeuvre les techniques connues de formage, notamment la découpe, l'emboutissage et le repoussage. Le corps 28 est ainsi de forme générale tronconique, d'axe X- X, et il est délimité axialement par un bord d'extrémité axiale de petit diamètre 30 et par un bord d'extrémité axiale de grand diamètre 32. Le corps annulaire tronconique 28 est délimité par une face latérale conique externe 34 et par une face latérale conique interne 36. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 1 à 6, et conformément aux enseignements de l'invention, c'est la face latérale conique interne 36 du corps 28 qui est revêtue d'une couche 38 de matériau de frottement dont la surface périphérique interne tronconique constitue la surface de portée de frottement 26, aussi appelée cône de friction, de la bague de synchronisation 20 et qui est destinée à coopérer avec une surface conique convexe complémentaire, qui est par exemple agencée sur le pignon fou du synchroniseur de boîte de vitesses auquel appartient la bague de synchronisation 20. Conformément à un aspect de l'invention, la couche de matériau de frottement 38 est par exemple réalisée par surmoulage sur le corps métallique 28, la géométrie précise de la surface de portée tronconique 26 étant obtenue par moulage, c'est-à-dire qu'elle ne dépend pas de la précision de réalisation par formage du corps annulaire 28 qui constitue un insert dans le moule, mais qu'elle dépend uniquement de la précision du moule. Le matériau de frottement utilisé pour la réalisation du cône de friction 26 doit être un matériau de frottement moulable et susceptible de travailler dans l'huile. Un tel exemple d'un matériau de frottement et de son procédé d'obtention sont décrits et représentés dans le document WO-A- /26473. Afin d'améliorer la tenue de la couche de matériau de frottement moulée sur le corps annulaire en tôle d'acier 28, il est possible de procéder à un dépôt préalable d'une résine sur le corps 28, ou sur le matériau de frottement, avant l'opération de surmoulage. Le dépôt peut être réalisé par immersion de la pièce métallique dans un bain de résine, par projection de cette dernière sur la surface destinée à être revêtue de la couche du matériau 28, ou par tout autre procédé de dépose, par exemple au rouleau. Selon un aspect connu des cônes de friction, la surface de portée tronconique concave 26 peut comporter une série de rainures 40 d'orientation sensiblement axiale. Les rainures 40 sont ici avantageusement réalisées venues de matière par moulage avec la couche de matériau de frottement 38. La collerette d'entraînement 24 est réalisée venue de matière par découpe et emboutissage avec le corps annulaire tronconique 28 et elle s'étend radialement vers l'extérieur depuis le bord d'extrémité axiale de grand diamètre 32 de ce dernier. Le bord périphérique 44 de la collerette 24 comporte des dents 46 susceptibles de coopérer avec des dents complémentaires du manchon baladeur du synchroniseur. Les bossages d'appui et de positionnement axial de la bague de synchronisation 20 sont aussi réalisés venus de matière avec le corps annulaire tronconique 28. Ces bossages sont ici au nombre de trois et ils sont réalisés sous la forme de pattes 48 qui s'étendent depuis le bord d'extrémité axiale de plus grand diamètre 32 du corps annulaire tronconique 28 de la bague de synchronisation 20 et qui sont rabattues sensiblement à pour s'étendre axialement le long de la surface tronconique externe 34 du corps annulaire 28. Les bossages sont ainsi réalisés par découpe, emboutissage et pliage, c'est-à-dire que leur réalisation ne doit faire appel à aucune opération supplémentaire d'usinage. La bague de synchronisation 20 illustrée aux figures I à 7 peut être réalisée à faible coût. Elle présente une masse et une inertie fortement réduites par rapport aux bagues connues de synchronisation à structure massive, et sa réalisation ne nécessite aucune opération d'usinage. Par ailleurs, comme la dureté de l'acier matricé est supérieure à celle d'un acier fritté ou à celle des laitons utilisés pour la réalisation des bagues de synchronisation massives, il est possible de réduire le nombre des dents 46. De plus, la réalisation des rainures 40 par moulage permet, si nécessaire, de nombreuses possibilités quant à leurs dimensions et à leurs formes et orientations. On a représenté aux figures 7 à 10 une bague ou anneau de synchronisation à double cône de friction. En effet, selon une conception connue, la bague 20 comporte deux surfaces tronconiques de portée 26 qui sont deux surfaces d'axe commun X-X et qui sont sensiblement parallèles entre elles. Conformément aux enseignements de l'invention, les deux surfaces tronconiques intérieure et extérieure sont constituées par les surfaces périphériques de deux couches 38 de matériau de frottement qui sont surmoulées sur un corps annulaire tronconique 28 qui est lui- même réalisé par formage d'une pièce en tôle. Les deux surfaces intérieure et extérieure 26 comportent des rainures axiales 40 réalisées venues de matière par moulage avec les couches 38. Cette réalisation par surmoulage d'un matériau de frottement autour d'un insert métallique 28 permet de conférer aux surfaces fonctionnelles de portée 26 la plus grande précision géométrique possible, et ceci sans aucune opération d'usinage, ni reprise d'usinage après le moulage. Pour son entraînement en rotation, la bague de synchronisation 20 comporte ici quatre pattes d'entraînement en rotation qui sont réalisées venues de matière par formage avec le corps annulaire tronconique 28. Chaque patte 50 s'étend axialement à partir du bord d'extrémité axiale 30 de petit diamètre du corps 28 en direction de l'axe X-X et, dans le mode de réalisation illustré aux figures, selon une orientation conique sensiblement dans le prolongement du corps 28. En variante non représentée, chaque patte 50 s'étend axialement à partir du bord d'extrémité axiale de grand diamètre. Chaque patte 50 est reliée au bord d'extrémité axiale 30 par une paire de découpes arrondies 52 qui augmentent la résistance au cisaillement des pattes 50, en évitant la formation d'amorces de ruptures. La bague de synchronisation à double cône illustrée aux figures 7 à 10 présente les avantages mentionnés précédemment inhérents à la conception selon l'invention faisant appel à un corps en tôle formé et à des cônes de friction réalisés par moulage d'un matériau de frottement. La réalisation par moulage, permettant d'obtenir des géométries et des concentricités très précises des deux surfaces tronconiques 26 est particulièrement avantageuse lorsqu'on la compare à l'état de la technique dans lequel la bague 20 est massive et dans lequel les deux surfaces 26 doivent être réalisées par usinage. Dans le troisième exemple de réalisation illustré aux figures 11 à 15, la bague de synchronisation 20 est une bague à cône de friction extérieur 26 qui est, conformément aux enseignements de l'invention, réalisée venue de matière par moulage d'une couche 38 de matériau de frottement sur la face latérale externe tronconique 34 d'un corps annulaire tronconique 28 réalisé en tôle par formage. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 11 à 15, les moyens d'entraînement en rotation de la bague de synchronisation 20 sont constitués par une collerette radiale 24 qui s'étend vers l'intérieur, en direction de l'axe X-X, depuis le bord d'extrémité axiale de grand diamètre 32 du corps annulaire 28. La collerette 24 comporte ici trois trous 60, d'orientation axiale, qui permettent de monter la bague de synchronisation 20 par rivetage sur des colonnettes axiales 62 (voir figure 16B). Chaque colonnette 62 comporte une extrémité axiale étagée dont la partie cylindrique de plus petit diamètre 64 est reçue à travers un trou 60 et peut être écrasée axialement pour constituer une tête de rivet 66 qui immobilise axialement la collerette 24 par rapport à la colonnette 62. On a représenté à la figure 16A une bague de synchronisation selon l'état de la technique dont le corps 28' est un corps massif réalisé par usinage qui délimite une surface tronconique de portée 26' également réalisée par usinage. Comme on peut le voir en comparant la figure 16A à la figure 16B, la bague de synchronisation 20 réalisée conformément aux enseignements de l'invention peut être utilisée en lieu et place d'une bague de synchronisation selon l'état de la technique (figure 16A) sans modification des colonnettes 62. La bague de synchronisation 20 en tôle emboutie présente une très grande rigidité tout en ayant des caractéristiques géométriques très précises, notamment en ce qui concerne le cône de friction 26. On a représenté à la figure 16C une variante de réalisation de la bague de synchronisation 20 illustrée aux figures 11 à 15 et à la figure 16B. Dans cette variante de réalisation, la collerette radiale intérieure 24 s'étend radialement depuis le bord d'extrémité axiale de petit diamètre 30 du corps annulaire tronconique 28. Cette variante est plus aisée à mettre en oeuvre en ce qui concerne l'emboutissage du corps annulaire 28 et sa collerette 24, dans la mesure o cette pièce métallique ne comporte pas de contre- dépouille, mais elle nécessite de modifier les colonnettes ou de faire appel à des entretoises 63. Par ailleurs, la rigidité de la bague de synchronisation 20 est légèrement inférieure à celle du mode de réalisation illustré aux figures 11i à 15. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 17 et 18 les dents 46 d'entraînement en rotation de la bague 20, réalisées par matriçage lors des opérations de découpe et de formage du corps en tôle 28, sont profilées, c'est à dire que leur face latérale 43 tournée axialement vers la pointe du corps tronconique est formée en pointe à deux pans 45 séparées par un bord d'attaque 47 d'orientation radiale. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 19 et 20, chacune des pattes 48 constituant un bossage d'appui et de positionnement axial de la bague de synchronisation 20, est constituée par deux pattes parallèles 48 entre lesquelles s'étend radialement vers I'extérieur une patte de positionnement 49 qui, comme les pattes 48 d'orientation axiale, sont réalisées par découpe et formage avec le corps REVENDICATIONS 1. Bague (20) de synchronisation pour un synchroniseur de boîte de vitesses du type comportant au moins une surface de portée tronconique (26) susceptible de coopérer par friction avec une surface de portée complémentaire appartenant à un autre composant, caractérisée en ce que la surface de portée tronconique (26) appartient à une couche (38) de matériau, notamment de matériau de frottement, rapportée sur un corps (28) de forme générale annulaire tronconique réalisé par formage d'un flan de tôle. 2. Bague de synchronisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps tronconique en tôle (28) délimite au moins une face latérale tronconique (34, 36) qui est revêtue d'une couche (38) de matériau, d'épaisseur sensiblement constante. 3. Bague de synchronisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la face latérale tronconique externe (34) du corps (28) est revêtue d'une couche (38) de matériau. 4. Bague de synchronisation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la face latérale tronconique interne (36) du corps (28) est revêtue d'une couche (38) de matériau. 5. Bague de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche (38) de matériau est réalisée par surmoulage sur le corps en tôle (28). 6. Bague de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite surface de portée (26) comporte une série de rainures (40), d'orientation sensiblement axiale, formées par moulage dans l'épaisseur de la couche (38) de matériau. 7. Bague de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps annulaire tronconique en tôle (28) est délimité axialement par deux bords d'extrémités (30, 32), et en ce qu'il comporte au moins une partie fonctionnelle supplémentaire (24, 48, 50), réalisée venue de matière par formage, qui s'étend depuis l'un de ses bords d'extrémités (30, 32). 8. Bague de synchronisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite partie fonctionnelle est une collerette (24) d'orientation sensiblement radiale. 9. Bague de synchronisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la collerette (24) s'étend radialement vers l'extérieur et comporte des dents (46) à sa périphérie (44). 10. Bague de synchronisation selon la revendication 9 prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisée en ce que la collerette (24) s'étend radialement vers l'extérieur depuis le bord d'extrémité (32) de plus grand diamètre du corps annulaire tronconique (28). 11. Bague de synchronisation selon la revendication 8, lo caractérisée en ce que la collerette (24) s'étend radialement vers l'intérieur et comporte des moyens (60) pour la fixation du corps annulaire tronconique (28) sur un autre élément, notamment sur des moyens (62) d'entraînement en rotation de la bague (20). 12. Bague de synchronisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que la collerette (24) s'étend radialement vers l'intérieur depuis le bord d'extrémité de plus grand diamètre (32) du corps annulaire tronconique (28). 13. Bague de synchronisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que la collerette (24) s'étend radialement vers I'intérieur depuis le bord d'extrémité de plus petit diamètre (30) du corps annulaire tronconique (28). 14. Bague de synchronisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite partie fonctionnelle comporte au moins une patte (48, 50) d'orientation sensiblement axiale. 15. Bague de synchronisation selon la revendication 14 prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisée en ce que ladite patte (48) s'étend axialement sensiblement le long de la face latérale tronconique externe (34) du corps en tôle (28) pour constituer un bossage d'appui et de positionnement axial de la bague (20). 16. Bague de synchronisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite partie fonctionnelle comporte au moins une patte (49) d'orientation radiale. 17. Bague de synchronisation selon la revendication 14 prise en combinaison avec les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la patte est une patte d'entraînement en rotation de la bague (20) qui s'étend depuis le bord d'extrémité (30) de plus petit diamètre du corps annulaire tronconique (28), en direction de l'axe (X-X) de révolution de la bague de synchronisation. 18. Bague de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps annulaire tronconique (28) est réalisé par découpe, emboutissage et/ou repoussage d'un flan de tôle d'acier. 19. Bague de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche (38) de matériau est une couche de matériau moulable de frottement susceptible de coopérer avec une surface de frottement en milieu liquide. Bague de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une couche d'adhésif ou de colle est interposée entre le corps annulaire tronconique (28) et la couche de matériau (38).