Brevet FR2772442A1 — publié le 19990618

"Boîte de vitesses mécanique et transmission comportant une telle bolte" L'invention concerne une boîte de vitesses mécanique et une transmission comportant une telle boîte. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de filtrage des acyclismes dans une boîte de vitesses mécanique à au moins deux arbres parallèles primaire et secondaire, du type dans lequel l'arbre primaire est entraîné en rotation par un moteur par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement élastique en rotation amorti par frottement de friction. On connaît de nombreux dispositifs d'amortissement des vibrations de torsion pour boîtes de vitesses comportant des faibles raideurs de torsion. II s'agit de dispositifs comportant un accouplement élastique de faible raideur intercalé dans la chaîne de transmission de la puissance entre le moteur et la boîte de vitesses. Le document EP-B10.631.070 décrit un tel dispositif appliqué à un groupe motopropulseur comportant un moteur électrique et un réducteur. Lorsque la chaîne de transmission comporte un embrayage classique, les vibrations de torsion sont en partie amorties par la faible raideur des ressorts du mécanisme du moyeu et par la friction d'embrayage. II existe aussi des dispositifs plus élaborés, comprenant des faibles raideurs de torsion et des systèmes de masselottes destinés à accroître l'inertie de la boîte de vitesses afin de placer les régimes correspondant aux fréquences de résonance provoquées par l'excitation du moteur sous le régime de ralenti. Ces dispositifs sont par ailleurs conjugués avec des moyens d'amortissement par frottement de friction. C'est le cas du double volant amortisseur. Ces dispositifs sont très efficaces quant à la filtration des vibrations de torsion, mais posent d'une part un problème d'encombrement et, d'autre part, présentent la particularité de transférer l'inertie du moteur à la boîte de vitesses. Ainsi, un tel dispositif est applicable à un véhicule dans lequel les contraintes d'encombrement ne sont pas primordiales et permettent d'intercaler un double volant amortisseur entre le volant associé au le mécanisme d'embrayage et l'extrémité de l'arbre primaire de la boîte de vitesses. Par contre sur un petit véhicule dans lequel la place disponible pour la transmission répond à des critères de compacité stricts, cette solution n'est pas appropriée. Par ailleurs, un moteur de véhicule équipé d'un tel dispositif a, en fonctionnement, une inertie moindre que celle du moteur muni d'un embrayage classique. La conséquence en est une moindre stabilité des régimes moteur, ou acyclisme, se traduisant par des risques de défaillances des dispositifs d'entraînement des accessoires, notamment en ce qui concerne la distribution. Le coût des modifications à apporter pour parvenir à la fiabilité des moteurs, ajouté à celui du dispositif, devient hautement prohibitif, et ceci surtout dans le cas d'un petit véhicule. Les contraintes acoustiques rendent néanmoins indispensable l'utilisation d'un dispositif particulier permettant idéalement de placer les résonances de torsion hors de la plage des régimes d'utilisation du moteur afin de faire disparaître les bruits qui les accompagnent correspondant à trois régimes particuliers du moteur appelés "graillonnement", "creeping", et "bruit de batteuse". L'invention a pour but d'apporter une solution à ce problème en proposant une alternative au double volant amortisseur consistant en l'introduction d'une faible raideur entre le moteur et la boîte de vitesses, sans transfert de I'inertie du moteur à la boîte de vitesses. Les bruits de type graillonnement et bruit de batteuse en sont notablement diminués. Dans ce but, I'invention propose une boîte de vitesses du type décrit précédemment, caractérisée en ce que l'arbre primaire est accouplé en rotation au moteur par l'intermédiaire d'une barre de torsion coaxiale de la boîte de vitesses associée à un dispositif d'amortissement à friction coopérant avec l'arbre primaire. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - I'arbre primaire comporte un alésage débouchant qui reçoit la barre de torsion dont une extrémité avant fait saillie pour être accouplée au moteur - I'extrémité avant de la barre de torsion comporte des cannelures extérieures qui coopèrent avec des cannelures intérieures d'un moyeu d'accouplement, et une extrémité arrière de la barre de torsion comporte des cannelures extérieures qui coopèrent avec des cannelures intérieures de l'alésage de l'arbre primaire - le dispositif d'amortissement comporte un manchon de frottement qui est entraîné en rotation par une extrémité de la barre de torsion et qui présente une portée tronconique axiale coopérant avec une portée tronconique complémentaire de l'arbre primaire, et des moyens élastiques qui sollicitent axialement les portées tronconiques en contact mutuel - les moyens élastiques sont comprimés axialement entre un épaulement du manchon de frottement et un épaulement de l'extrémité de la barre de torsion, et la barre de torsion est immobilisée axialement par rapport à l'arbre primaire - le manchon présente une portée tronconique convexe et l'arbre primaire présente une portée tronconique concave - le manchon de frottement est lié en rotation à l'extrémité avant de la barre de torsion - l'arbre primaire comporte des moyens de butée limitant sa rotation par rapport à la barre de torsion - les moyens de butée sont constitués par trois ergots axiaux répartis angulairement à l'extrémité avant de l'arbre primaire qui sont reçus entre trois ergots axiaux répartis sur un épaulement du manchon de frottement - une paroi transversale du carter de la boîte de vitesses porte une douille disposée axialement qui recouvre d'une part la zone de contact entre l'arbre primaire et le manchon de frottement et, d'autre part, un joint d'étanchéité avant de l'arbre primaire - les moyens élastiques sont constitués par des rondelles élastiques comprimées axialement entre les deux épaulements - I'alésage de l'arbre primaire débouche à son extrémité arrière qui est fermée par un bouchon L'invention propose aussi une transmission associée à la boîte de vitesses, caractérisée en ce que l'arbre primaire de la boîte de vitesses est accouplé au moteur du véhicule par l'intermédiaire d'un embrayage et l'une des extrémités axiales de la barre de torsion est accouplée à un moyeu de l'embrayage. Selon une autre caractéristique, les cannelures extérieures de l'extrémité avant de la barre de torsion coopèrent avec des cannelures intérieures du manchon de frottement et des cannelures du moyeu de l'embrayage. 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 longitudinale développée en section axiale partielle d'une de boîte de vitesses représentant un mode de réalisation de l'invention appliquée à une boîte mécanique à cinq rapports de marche avant associée à un embrayage à friction. - la figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle de la figure 1 qui illustre notamment le dispositif d'amortissement par friction - la figure 3 est une vue en section selon la ligne 3-3 de la figure 2 - la figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle de la figure 1 qui illustre notamment l'arrêt axial de la barre de torsion dans l'alésage de l'arbre primaire. On voit sur la figure i une partie d'une boîte de vitesses 10 réalisée suivant l'invention. II s'agit d'une boîte de vitesses mécanique de véhicule automobile à cinq rapports associée à un embrayage à diaphragme 12. La boîte de vitesses comporte un arbre primaire 14 et un arbre secondaire parallèle 16. De manière connue, I'embrayage 12 comporte un plateau de pression 18 et un plateau de réaction 20. En position embrayée, un bord extérieur 19 du ressort à diaphragme 22 agit sur le plateau de pression 18 qui serre une garniture de friction 24 sur le plateau de réaction 20. La garniture de friction est répartie à la périphérie d'un disque d'embrayage 26 dont le moyeu central 28 est prévu pour être accouplé à l'arbre primaire 14 avec une possibilité de débattement axial. En position débrayée, un levier de commande 32 repousse une butée ( non représentée ) contre les bords intérieurs 21 des doigts 23 du diaphragme 22 qui relâche le plateau de pression 18 de la garniture de friction 24 et assure le débrayage. Conformément à l'invention, le moyeu 28 est accouplé à l'arbre primaire 14 par l'intermédiaire de la barre de torsion 38 qui permet de réaliser un accouplement de faible valeur torsionnelle dans un encombrement réduit. Comme on peut le voir sur la figure 4, L'arbre primaire 14 est, à cet effet , muni d'un alésage axial débouchant 36, obturé à son extrémité arrière 35 par un bouchon vissé 37, et qui reçoit une barre de torsion 38. Comme on peut le voir à la figure 2, une extrémité avant 40 de la barre de torsion 38 qui fait saillie axialement hors de l'alésage 36 au delà de l'extrémité avant 34 de l'arbre primaire 14 comporte des cannelures extérieures 42 qui coopèrent en rotation avec des cannelures intérieures 30 du moyeu 28 du disque d'embrayage 26.Comme on peut le voir à la figure 4, la barre de torsion 38 est liée en rotation à l'arbre primaire 14 par son extrémité arrière 39 par des cannelures extérieures 44 qui coopèrent en avec des cannelures intérieures 46 de l'alésage 36 de l'arbre primaire 14. La barre de torsion 38 est immobilisée axialement par rapport à l'arbre primaire 14 par une bille 48 reçue dans un perçage radial 50 de l'extrémité arrière 35 de l'arbre primaire 14,et dans une gorge radiale 52 de la barre de torsion 38. Cette disposition est particulièrement avantageuse car elle permet l'emploi d'une barre de torsion 38 de grande longueur pour introduire un ressort de torsion de faible raideur dans la chaîne de transmission de la puissance entre le moteur (non représenté) et l'arbre primaire 14 avec un encombrement minimal. La raideur de la barre de torsion intervient en effet entre ses deux extrémités menée 40,42 et menante 39,44 sur la presque totalité de la longueur de l'arbre primaire 14. Une telle conception permet de préserver la compacité axiale de la boîte de vitesses tout en disposant d'un amortisseur de faible raideur torsionnelle. Par ailleurs, le diamètre et la longueur de la barre de torsion 38 sont choisis de manière que le niveau maximal de contraintes que peut supporter la barre de torsion sans se déformer plastiquement soit légèrement supérieur au couple maximal que peut fournir le moteur. Conformément à l'invention, I'extrémité avant 40 de la barre de torsion 38 est amortie en rotation par rapport à l'arbre primaire 14 par un dispositif d'amortissement à friction 54. Comme on peut le voir à la figure 2 le dispositif 54 comporte un manchon étagé de frottement 56 entraîné en rotation par des cannelures 57 , formées à son extrémité avant tubulaire 59 de grand diamètre coopérant avec les cannelures 42 de l'extrémité avant 40 de la barre de torsion 38. La partie d'extrémité arrière du plus petit diamètre du manchon de frottement 56 comporte un alésage intérieur 58 pour le passage libre de la barre de torsion 38 et une surface extérieure de portée tronconique axiale convexe 60 qui coopère par frottement de friction avec une portée tronconique concave complémentaire 61 formée à l'extrémité avant de l'alésage 36 de l'arbre primaire 14. Les deux portées tronconiques complémentaires 60 et 61 sont sollicitées en contact mutuel par des rondelles élastiques 62 du type "Belleville". La barre de torsion 38 étant immobilisée axialement par rapport à l'arbre primaire 14 par la bille 48 précédemment décrite, les rondelles élastiques 62 du type "Belleville3 prennent appui axialement d'une part sur un épaulement arrière 67 de l'extrémité avant 40 de la barre de torsion 38 qui délimite les cannelures 42 et, d'autre part sur un épaulement radial avant 65 de l'alésage du manchon 56 qui délimite ses parties avant 59 et arrière 69 avec l'interposition d'une rondelle 63. Cette disposition est particulièrement avantageuse car elle permet de réaliser un amortissement en rotation de la barre de torsion dans un espace réduit. Le manchon de frottement 56 est en effet dimensionné et disposé à l'extrémité avant 34 de l'arbre primaire 14 de façon qu'il puisse s'étendre à l'intérieur du mécanisme d'embrayage. Notamment, le plus grand diamètre du manchon de frottement est sensiblement égal à celui de l'arbre primaire 14 pour s'étendre axialement entre les doigts 23 du diaphragme 22. Cette disposition permet d'éviter l'emploi d'un disque d'amortissement, encombrant axialement et radialement. Conformément à l'invention, la rotation relative de l'arbre primaire 14 par rapport à la barre de torsion 38 est limitée. Comme on peut le voir à la figure 3, L'arbre primaire 14 comporte en effet en son extrémité libre avant 34 trois ergots 64 répartis angulairement de manière régulière et reçus entre trois ergots 66 répartis angulairement qui s'étendent axialement vers l'arrière à partir d'un épaulement 73 du manchon 56. A titre de variante, le nombre d'ergots 64 et 66 peut être réduit à deux. Un telle disposition permet de limiter les débattements angulaires relatifs de l'arbre 14 et du manchon 56. Ainsi, lorsque les ergots respectifs de l'arbre primaire 14 et du manchon 56 sont en contact, la barre de torsion ne participe plus à la raideur du système qui est alors assimilable à une barre rigide, le but d'un tel système étant de protéger la barre de torsion des surcouples du moteur. Conformément à l'invention, une douille axiale 68 représentée sur la figure 1, est fixée par vissage sur une cloison transversale 70 du carter de boîte 10. La douille axiale 68 entoure d'une part la zone de contact entre l'arbre primaire 14 et le manchon 56 et, d'autre part, le joint d'étanchéité 71 d'un palier 72 de l'arbre primaire 14. Cette disposition permet de protéger ces éléments des poussières résultant de l'usure de la friction d'embrayage 24. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses (10) mécanique à au moins deux arbres parallèles primaire (14) et secondaire (16), du type dans lequel l'arbre primaire (14) est entraîné en rotation par un moteur par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement élastique en rotation amorti par frottement de friction, caractérisée en ce que l'arbre primaire (14) est accouplé en rotation au moteur par l'intermédiaire d'une barre de torsion (38) coaxiale de la boîte de vitesses (10), associée à un dispositif d'amortissement à friction (54) coopérant avec l'arbre primaire (14). 2. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arbre primaire (14) comporte un alésage débouchant (36) qui reçoit la barre de torsion (38) dont une extrémité avant (40) fait saillie pour être accouplée au moteur. 3. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité avant de la barre de torsion (40) comporte des cannelures extérieures (42) qui coopèrent avec des cannelures intérieures (30) d'un moyeu d'accouplement (28), et en ce que une extrémité arrière (39) de la barre de torsion (38) comporte des cannelures extérieures (44) qui coopèrent avec des cannelures intérieures (46) de l'alésage (36) de l'arbre primaire (14). 4. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif d'amortissement (54) comporte un manchon de frottement (56) qui est entraîné en rotation par une extrémité (40) de la barre de torsion (38) et qui présente une portée tronconique axiale (60) coopérant avec une portée tronconique complémentaire (61) de l'arbre primaire (14), et des moyens élastiques qui sollicitent axialement les portées tronconiques (60,61) en contact mutuel. 5. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens élastiques sont comprimés axialement entre un épaulement (65) du manchon de frottement (56) et un épaulement (67) de l'extrémité (40) de la barre de torsion (38), et en ce que la barre de torsion (38) est immobilisée axialement par rapport à l'arbre primaire (14). 6. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le manchon (56) présente une portée tronconique convexe (60) et en ce que l'arbre primaire présente une portée tronconique concave (61). 7. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 prise en combinaison avec l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le manchon de frottement (56) est lié en rotation à l'extrémité avant (40)de la barre de torsion(38). 8. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre primaire (14) comporte des moyens de butée limitant sa rotation par rapport à la barre de torsion (38). 9. Boîte de vitesses (10) selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de butée sont constitués par trois ergots axiaux (64) répartis angulairement à l'extrémité avant (34) de l'arbre primaire (14) qui sont reçus entre trois ergots axiaux (66) répartis sur un épaulement (73) du manchon de frottement. 10. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce que une paroi transversale (70) du carter de la boîte de vitesses (10) porte une douille (68) disposée axialement qui recouvre d'une part la zone de contact entre l'arbre primaire (14) et le manchon de frottement (56) et, d'autre part, un joint d'étanchéité (71) du palier avant (72) de l'arbre primaire (14). 11. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens élastiques sont constitués par des rondelles élastiques (62) comprimées axialement entre les deux épaulements (65,67). 12. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'alésage (36) de l'arbre primaire débouche à son extrémité arrière qui est fermée par un bouchon(37). 13. Transmission de véhicule automobile du type qui comporte une boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre primaire (14) de la boîte de vitesses (10) est accouplé au moteur du véhicule par l'intermédiaire d'un embrayage et en ce que l'une des extrémités axiales (40) de la barre de torsion (38) est accouplée à un moyeu (28) de l'embrayage. 14. Transmission de véhicule automobile selon la revendication 13 prise en combinaison avec les revendications 3, 4, et 7, caractérisée en ce que les cannelures extérieures (42) de l'extrémité avant (40) de la barre de torsion (38) coopèrent avec des cannelures intérieures (57) du manchon de frottement (56) et des cannelures (30) du moyeu (28) de l'embrayage.