Brevet FR2768477A1 — publié le 19990319

EMBRAYAGE L'invention concerne un embrayage ayant les caractéristiques suivantes: un manchon coulissant est relié de façon non rotative, mais coulissant dans le sens axial, à un premier élément de la boîte de vitesses à coupler, - une première bague de synchronisation comportant un mécanisme d'arrêt et un cône de friction peut tourner de façon limitée par rapport au manchon coulissant, - une deuxième bague de synchronisation est fixée de façon non rotative à une deuxième élément de la boîte de vitesses à coupler et concourt, par l'intermédiaire de son cône de friction, avec le cône de friction de la première bague de synchronisation, - le manchon coulissant comporte une denture de commande avec des surfaces frontales évoluant dans le sens de la rotation, - un corps d'embrayage avec une denture d'embrayage correspondant à la denture de commande est relié de façon non rotative, mais flexible dans le sens axial, au deuxième élément de la boîte de vitesses. Dans les boîtes de vitesse qui sont commandées avec interruption de l'effort de traction, c'est-à-dire qu'un arbre d'entrée est séparé par un embrayage d'un moteur d'entraînement pendant l'opération du changement de vitesse, on peut enclencher la vitesse appropriée avec un embrayage du type mentionné ci-dessus du fait qu'une denture de commande d'un manchon coulissant s'engrène dans une denture d'embrayage d'un corps d'embrayage fixé aux éléments de l'engrenage à enclencher, par exemple à une roue dentée ou un carter de boîte de vitesses. Le couple de rotation est alors soit transmis en état enclenché de l'un des éléments de l'engrenage, par exemple une roue dentée ou un arbre, par l'intermédiaire du corps de l'embrayage, de la denture de l'embrayage, de la denture de commande et du manchon coulissant, soit en appui sur le carter de la boîte de vitesses. Le support du manchon peut être un corps de synchronisation situé à l'intérieur du manchon coulissant ou une bague de guidage externe. Le support de manchon est fixé à l'autre élément de l'engrenage. Le manchon coulissant est relié, de façon à pouvoir coulisser axialement, au support de manchon par l'intermédiaire d'une denture d'entraînement. La denture d'entraînement peut simultanément assurer une autre fonction, elle peut notamment être conçue comme denture de commande ou denture de marche. La vitesse enclenchée détermine le rapport des changements de vitesse, et de ce fait le rapport de la vitesse de rotation entre l'arbre d'entrée et un arbre de sortie de la boîte de vitesses. Les éléments de l'engrenage non embrayés des autres vitesses, par exemple les roues dentées tournant librement en prise constante, tournent à une vitesse différentielle correspondant à leur transmission par rapport aux éléments d'engrenage enclenchés. Lorsqu'on change d'une vitesse à une autre, les parties à enclencher durant l'opération du changement de vitesse devront être amenées à une vitesse de rotation approximativement identique avant que la denture de commande du manchon coulissant puisse s'engrener dans la denture du corps d'embrayage à commander. A cet effet est prévu un dispositif de synchronisation. Il possède géné- ralement des surfaces de friction, par exemple un cône de friction et un contre-cône de friction qui sont reliés de façon non rotative aux éléments de la boîte de vitesses et forment un accouplement à friction. Lors du dépla- cement axial du manchon coulissant, I'accouplement à friction est activé jusqu'à ce que soit atteint, au moins approximativement, un synchronisme des éléments de l'engrenage à embrayer. Un dispositif d'arrêt empêche que la denture du manchon coulissant puisse s'engrener dans la denture du corps d'embrayage avant que la synchronisation soit atteinte. Il possède géné- ralement des surfaces inclinées par rapport au sens du changement de vitesse, par exemple une denture d'arrêt sur une bague de synchronisation concourant avec des surfaces inclinées sur le manchon coulissant, par exemple sur la denture du changement de vitesse. Les surfaces inclinées sur la denture du changement de vitesse servent d'une part à débloquer le dispositif d'arrêt lors de synchronisation sous l'influence de la force de commande, et d'autre part à permettre l'engrènement dans la denture de l'embrayage en libérant le blocage entre les cônes à friction des bagues de synchronisation. De tels embrayages sont connus, notamment pour les boîtes de vitesses planétaires présentés par le DE 34 44 562 A1 et pour les boîtes de vitesses à renvoi présentées par le DE 34 44 670 A1. Le DE 43 24 814 A1 présente par ailleurs un embrayage craboté de ce genre, dont le manchon coulissant est monté de façon non rotative, mais axialement coulissant sur un corps de synchronisation. Le manchon coulissant porte une denture de commande qui concourt avec une denture de couplage sur un corps d'embrayage. Les faces des dents de la denture de commande et de la denture d'embrayage se situent dans le sens de la rotation de façon qu'elles se rencontrent bout à bout lors du mouvement de commande dans le sens axial. Le corps d'embrayage est relié de façon non rotative, mais flexible dans le sens axial grâce à une rondelle ondulée avec une roue dentée qui est montée de façon rotative sur un arbre de transmission. Une première bague de synchronisation ayant un cône de friction, pouvant coulisser axialement et pouvant tourner d'un angle prédefini sur le manchon, est reliée à ce manchon coulissant. Dans ce but, des languettes passent à travers des encoches du manchon coulissant, le jeu entre les encoches et les languettes étant choisi de telle manière que l'angle de rotation prédéfini soit atteint. Des surfaces d'arrêt aménagées aux languettes et aux encoches du manchon coulissant forment un dispositif d'arrêt qui empêche que le manchon coulissant puisse avancer dans le sens de la commande tant que la bague de synchronisation est pivotée par rapport au manchon coulissant. Elles produisent en même temps une force axiale dérivée de l'effort de commande avec laquelle le cône de friction de la première bague de synchronisation est poussé contre un contre-cône de friction de la deuxième bague de synchronisation, laquelle est reliée de façon non rotative avec une roue dentée montée de façon rotative sur un arbre de transmission. Lorsque le manchon coulissant est déplacé à partir d'une position neutre dans le sens de la commande, le dispositif d'arrêt est activé par l'intermédiaire de moyens d'arrêt de façon que la première bague de synchronisation se tourne de manière limitée par rapport au manchon coulissant et les surfaces d'arrêt entrent en contact. Du fait du moment de glissement entre le cône de friction et le contre-cône de friction, appelé aussi moment de synchronisation, on obtient une synchronisation entre la roue dentée et l'arbre de transmission. Cela se produit d'autant plus rapidement que le moment de synchronisation est grand. Avec la synchronisation, il est maintenant possible, par l'intermédiaire des surfaces d'arrêt inclinées, de tourner en arrière par rapport au manchon coulissant les bagues de synchronisation avec la roue dentée, de façon que le manchon coulissant peut avancer et rencontre bout à bout la denture de couplage avec sa denture de commande. La denture de couplage fléchit de manière élastique et ne s'engrène dans la denture de commande que lorsque, indépendamment de la force de commande suite à des moments d'inertie de la boîte de vitesses, des oscillations ou un couple moteur d'un embrayage de véhicule qui se ferme, le corps de l'embrayage est légèrement tourné par rapport au manchon coulissant. Afin d'atteindre rapidement une synchronisation des éléments d'embrayage à coupler, il est souhaitable de produire un important moment de synchro- nisation. Le moment de synchronisation dépend essentiellement du couple frottant des cônes de friction et de la force de la pression d'appui qui, de son côté, est fonction de la force de commande et de l'angle de cône des deux cônes de friction. Plus l'angle de cône est petit, plus la force de la pression d'appui est grande. Cependant, avec un petit angle de cône se produit un blocage automatique en fonction du coefficient de friction du couple frottant et cela réduit fortement le confort de conduite offert par les synchronisations habituelles. Pour cette raison, on choisit généralement des angles de cônes supérieurs ou égaux à 6,5 . Les grands angles de cônes entraînent en outre une moindre pression d'appui superficielle et donc une sollicitation de la garniture de friction. D'autre part, pour des raison géométriques, une plus petite réserve d'usure est nécessaire. L'invention a pour objectif d'augmenter le moment de synchronisation pour les embrayages sans réduire le confort de conduite et sans augmenter l'espace nécessaire pour le montage. L'objectif est atteint selon l'invention par un embrayage tel que défini en préambule et caractérisé en ce que le cône de friction et le contrecône de friction ont un angle de cône qui est dimensionné de façon à être plus petit que 1,1 fois la valeur de l'arc tangente du coefficient de friction. Le cône de friction, respectivement de contre-cône de friction, présentent avantageusement des surfaces de friction ou des garnitures de friction dont le couple frottant a des coefficients de friction supérieurs à 0,1. Selon une forme de réalisation préférée, la fibre de carbone est utilisée comme garniture de friction. L'embrayage est avantageusement conçu comme embrayage double avec deux premières bagues de synchronisation qui sont agencées sur les faces opposées du manchon coulissant et pénètrent par des languettes disposées dans le sens axial sur la circonférence, dans des encoches du manchon coulissant et s'appuient chaque fois sur l'autre bague de synchronisation. Selon un mode de réalisation avantageux, les languettes sont ajustées sur les évidement de telle façon qu'elles limitent la rotation de la première bague de synchronisation par rapport au manchon coulissant. Selon une forme de réalisation avantageuse, les languettes s'élargissent dans la direction de commande et présentent, à la transition entre la zone plus étroite et la zone plus large, des contre-surfaces d'arrêt qui concourent avec des surfaces d'arrêt des encoches du manchon coulissant. Les languettes sont de préférence étagées radialement sur leur côté frontal et pénètrent par leur étage saillant dans le sens axial, dans des évidements de l'autre bague de synchronisation. Des ressorts recourbés répartis sur la circonférence maintiennent avanta- geusement ensemble les premières bagues de synchronisation. Selon une forme de réalisation préférée, le ressort recourbé présente dans la zone centrale une empreinte évoluant dans le sens circonférentiel, dans laquelle le manchon coulissant s'encliquette dans la position neutre. Comme mentionné ci-dessus, le cône de friction et le contre-cône de friction présentent un angle de cône qui est inférieur à 1,1 fois la valeur de l'arc tangente du coefficient de friction g de ce couple frottant. De ce fait, la conception de l'angle de cône selon la présente invention diffère des angles coniques habituels. Un angle de cône plus petit, qui rentre dans le domaine des blocages automatiques, avec une marge de sécurité, a été choisi volon- tairement. L'invention se base sur la constatation que, pour un embrayage du même type, I'engrènement de la denture de couplage dans la denture de l'embrayage est effectué indépendamment de la force de commande et n'influence donc pas le confort de conduite. Il est donc possible d'optimiser l'angle de cône en tenant compte des autres facteurs, pression superficielle, réserve d'usure etc., pour permettre un grand moment de synchronisation, sans qu'il soit nécessaire de tenir compte du blocage automatique qui réduit le confort de conduite. Pour pouvoir choisir l'angle de cône assez grand, tout en tenant compte des autres facteurs, il est judicieux de prévoir pour le cône de friction, respecti- vement le contre-cône de friction, des surfaces de friction dont le couple frottant présente des coefficients de friction supérieurs à 0,1. Une garniture de friction en fibre de carbone avec laquelle on peut atteindre des coefficients de friction la allant jusqu'à 0,14 est particulièrement avantageuse. Avec un tel coefficient de friction, I'angle de cône auquel se produit le blocage auto- matique se situe autour de 8 . On peut ainsi réaliser des embrayages offrant un moment de synchronisation important tout en étant équivalents, en ce qui concerne la pression superficielle et la réserve d'usure, aux synchronisations habituelles. Dans de nombreuses applications, I'embrayage est réalisé comme un embrayage double. Il est alors judicieux que les deux premières bagues de synchronisation disposées des deux côtés du manchon coulissant passent par des languettes réparties sur la circonférence à travers des encoches agencées dans le manchon coulissant et s'appuient sur des surfaces frontales des autres bagues de synchronisation. Les encoches prévues dans le manchon coulissant sont affectées alternativement aux languettes de l'une ou de l'autre bague de synchronisation. Les languettes sont ajustées aux encoches dans le manchon coulissant de telle manière qu'elles limitent la rotation des premières bagues de synchronisation à un angle de rotation donné. D'autre part, elles présentent des contresurfaces de blocage qui concourent avec les surfaces de blocage sur les évidements du manchon coulissant. D'autres avantages découlent de la description du dessin ci-après. Dans le dessin est présenté un exemple de réalisation de l'invention. La description et les revendications comportent de nombreuses caractéristiques combinées. L'homme du métier considérera de préférence aussi les caractéristiques séparément et les réunira en d'autres combinaison judicieuses. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un mode de réalisation et aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle à travers un embrayage selon l'invention, - la figure 2 est une coupe partielle selon la ligne 11-11 de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en perspective d'un manchon coulissant avec deux premières bagues de synchronisation. Sur un arbre de transmission 1, comme premier élément d'engrenage à embrayer, sont montées deux roues dentées 2 et 3 en tant que deuxièmes éléments d'engrenage, au moyen de paliers 4, de préférence des roulements à aiguilles. Entre les roues dentées 2 et 3 est disposé l'embrayage. Il est conçu comme un embrayage double et donc essentiellement de construction symétrique. Pour la clarté de la description et de la présentation des dessins, les composants existants à plusieurs endroits sont désignés par la même référence, respectivement référencés une seule fois. L'embrayage comporte un manchon coulissant 9. Celui-ci est guidé sur un support de manchon, un corps de synchronisation 8, au moyen de sa denture de commande 10, de façon non rotative, mais coulissant dans le sens axial. Le corps de synchronisation 8 est fixe sur l'arbre de transmission 1. Dans le corps de synchronisation sont montés des boulons d'arrêt 11 qui sont poussés par un ressort 12 contre la denture de commande 10 et s'engrènent dans un rainure 13 lorsque le manchon de commande 9 est en positon neutre. Les boulons d'arrêt 11 assurent par ailleurs la positon du manchon coulissant 9 en état enclenché. La denture de commande 10 du manchon coulissant 9 concourt avec une denture d'embrayage 6 sur un corps d'embrayage 5 qui est relié par lI'intermédiaire d'une denture d'entraînement de façon non rotative, mais coulissant dans le sens axial avec la roue dentée 2, 3. Le corps d'embrayage s'appuie de façon flexible par l'intermédiaire d'une rondelle ondulée 14 directement ou indirectement sur une roue dentée 2, 3. Les faces des dents tournées l'une vers l'autre de la denture de commande 10 et de la denture d'embrayage 6 évoluent de façon tangentielle, de manière qu'elles se rencon- trent bout à bout lorsque le manchon coulissant 9 est déplacé dans le sens de l'entraînement 31. Au manchon coulissant 9 est relié une première bague de synchronisation 15, 25, comportant des languettes 23, 24 parmi lesquelles plusieurs d'entre elles sont réparties sur la circonférence et pénètrent à travers des encoches 21 dans le manchon coulissant 9 (figure 2, figure 3). Pour l'embrayage double représenté, les encoches 21 sont affectées alternativement aux languettes 23 d'une première bague de synchronisation 15 ou aux languettes 24 de l'autre première bague de synchronisation 25. Les languettes 23, 24 des bagues de synchronisation 15, 25 s'appuient toujours contre les surfaces frontales de l'autre bague de synchronisation 15, 25. Comme le montre la figure 3, les languettes 23, 24 sont étagées à leur côté frontal, un étage 29 saillant dans le sens axial s'engrenant dans des évidements correspondants 30 de l'autre bague de synchronisation 15, 25. De ce fait, les bagues de synchronisation , 25 peuvent être alignées l'une sur l'autre aussi bien dans le sens axial et radial que dans le sens circonférentiel. Des ressorts recourbés 19 passant également par les encoches 21 maintiennent les bagues de synchronisation , 25 ensembles. Les languettes 23, 24 s'élargissent dans le sens de lI'entraînement 31 et présentent dans les zones transitoires des surfaces d'arrêt 28 qui concourent avec des surfaces d'arrêt 27 agencées sur les encoches 21 du manchon coulissant 9. Les ressorts recourbés 19 possèdent, dans la zone médiane, une empreinte 20 dans le sens circonférentiel, dans laquelle s'enclenche le manchon coulissant 9 en position neutre par un épaulement d'arrêt 22. La première bague de synchronisation 15, 25 comporte un cône de friction 17 concourant avec un contre-cône de friction 18 d'une deuxième bague de synchronisation 16, 26. La deuxième bague de synchronisation 16, 26 est reliée de façon non rotative à la roue dentée 2, 3 dans laquelle elle s'engrène dans la denture d'entraînement 7 côté roue dentée du corps d'embrayage 5. Dans l'exemple de réalisation présenté, la rondelle ondulée 14 est disposée entre la deuxième bague de synchronisation 16, 26 et le corps d'embrayage 5. Le cône de friction 17 et le contre-cône de friction 18 ont un angle de cône y. Selon l'invention, y sera: y coulissant 9 puisse être déplacé plus loin dans le sens de l'entraînement 31. Lorsque le synchronisme entre la roue dentée 2, 3 et l'arbre de transmission 1 est atteint, la force de commande, par l'intermédiaire de la surface d'arrêt 27 et la contre-surface d'arrêt 28, produit comme effet que la première bague de synchronisation 15, 25 avec la deuxième bague de synchronisation 16, 26 et la roue dentée 2, 3 est tournée en arrière de façon à ce que le manchon de commande 9 puisse être commandé et arriver avec sa denture de commande bout en bout sur la denture de l'embrayage 6, laquelle s'écarte de manière flexible. Seulement lorsque, suite aux couples d'entraînement de la boîte de vitesses, à des oscillations ou à un couple moteur d'un embrayage qui se ferme, le contact par friction entre le cône de friction 17 et le contre-cône de friction 18 est annulé et que la denture de l'embrayage 6 a tournée d'un certain angle par rapport à la denture de commande, la denture de commande 10 peut s'engrener dans la denture d'embrayage 6 et l'opération du changement de vitesse est accomplie. REVENDICATIONS 1. Embrayage ayant les caractéristiques suivants: - un manchon coulissant (9) est relié de façon non rotative, mais coulissant dans le sens axial, à un premier élément (1) de la boîte de vitesses à coupler, - une première bague de synchronisation (15, 25) comportant un mécanisme d'arrêt (28) et un cône de friction (17) peut tourner de façon limitée par rapport au manchon coulissant (9), - une deuxième bague de synchronisation (16, 26) est fixée de façon non rotative à une deuxième élément (2, 3) de la boîte de vitesses à coupler et concourt par l'intermédiaire de son cône de friction (18) avec le cône de friction (17) de la première bague de synchronisation (15, 25), - le manchon coulissant (9) comporte une denture de commande (10) avec des surfaces frontales évoluant dans le sens de la rotation, - un corps d'embrayage (5) avec une denture d'embrayage (6) correspondant à la denture de commande (10) est relié de façon non rotative, mais flexible dans le sens axial, au deuxième élément (2, 3) de la boîte de vitesses, caractérisé en ce que le cône de friction (17) et le contre-cône de friction (18) ont un angle de cône (y) qui est dimensionné de façon à être plus petit que 1,1 fois la valeur de l'arc tangente du coefficient de friction (p). 2. Embrayage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cône de friction (17), respectivement de contre-cône de friction (18), présentent des surfaces de friction ou des garnitures de friction dont le couple frottant a des coefficients de friction (g) supérieurs à 0,1. 3. Embrayage selon la revendication 2, caractérisé en ce que de la fibre de carbone est utilisée comme garniture de friction. 4. Embrayage selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que l'embrayage est conçu comme embrayage double avec deux premières bagues de synchronisation (15, 25) qui sont agencées sur les faces opposées du manchon coulissant (9) et pénètrent par des languettes (23, 24) disposées dans le sens axial sur la circonférence dans des encoches (21) du manchon coulissant (9) et s'appuient chaque fois sur l'autre bague de synchronisation (15, 25). 5. Embrayage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les languettes (23, 24) sont ajustées sur les évidement (21) de telle façon qu'elles limitent la rotation de la première bague de synchronisation (15, 25) par rapport au manchon coulissant (9). 6. Embrayage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les languettes (23, 24) s'élargissent dans la direction de commande (31) et présentent, à la transition entre la zone plus étroite et la zone plus large, des contre-surfaces d'arrêt (28) qui concourent avec des surfaces d'arrêt (27) des encoches (21) du manchon coulissant (9). 7. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les languettes (23, 24) sont étagées radialement sur leur côté frontal et pénètrent par leur étage (29) saillant dans le sens axial, dans des évidements (30) de l'autre bague de synchronisation (15, 25). 8. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que des ressorts recourbés (19) répartis sur la circonférence main- tiennent ensemble les premières bagues de synchronisation (15, 25). 9. Embrayage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ressort recourbé (19) présente dans la zone centrale, une empreinte (20) évoluant dans le sens circonférentiel, dans laquelle le manchon coulissant (9) s'encliquette dans la position neutre.