Brevet FR2772451A1 — publié le 19990618

"Boîte de vitesses comportant un carter à trois paliers par arbre" L'invention concerne l'architecture d'une boîte de vitesses, notamment d'une boîte mécanique de véhicule automobile, comportant un carter à trois paliers par arbre. L'invention concerne plus particulièrement une boîte de vitesses à au moins deux arbres parallèles primaire et secondaire, dont chacun est guidé en rotation par deux paliers d'extrémité qui sont respectivement portés par deux parties avant et arrière d'un carter de boîte. On connaît de nombreuses boîtes de vitesses à au moins deux arbres, primaire et secondaire, qui comportent un carter d'embrayage et un carter de mécanisme, supportant les arbres par des roulements à billes ou à rouleaux. Le document EP-B1-0.224.407 décrit et représente un exemple de conception d'une telle boîte. L'ensemble des pignons portés par chaque arbre correspondant aux différents rapports est groupé entre les deux paliers d'extrémité qui sont ainsi nécessairement éloignés axialement. Les conditions de fiabilité et de fonctionnement silencieux des dentures nécessitent de minimiser le fléchissement des arbres, ce qui conduit, dans de telles boîtes, à un surdimensionnement diamétral important des arbres et des paliers. Une première conséquence en est la dégradation de la traînée de frottement en rotation, avec des effets néfastes sur les prestations de passage des vitesses et sur le rendement global de la boîte. Par ailleurs, le basculement d'un pignon fou sous charge dépend du rapport entre la longueur et le diamètre de son palier. Compte tenu des contraintes résultant de la longueur réduite de la boîte, et donc de la réduction des longueurs de palier, I'augmentation du diamètre du palier augmente le basculement du pignon fou sous charge. Afin de remédier à ces inconvénients, I'invention a pour but de proposer une architecture de boîte permettant d'éviter le surdimensionnement des paliers. Dans ce but, la présente invention propose une boîte de vitesses du type décrit précédemment, caractérisée en ce que chaque arbre est guidé en rotation par un troisième palier central, et en ce que les deux paliers centraux sont portés par une troisième partie centrale de carter. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les paliers d'extrémité des arbres primaire et secondaire sont portés par des parois transversales d'extrémité arrière des parties avant et arrière du carter, et les paliers centraux sont portés par une cloison transversale d'extrémité arrière de la partie centrale du carter - la cloison arriére de la partie centrale est réalisée venue de matière avec la partie centrale - la cloison arrière de la partie centrale peut, en variante, être une piéce rapportée fixée à la partie centrale - les parties centrale et arrière du carter sont réalisées en une seule pièce. - la boîte comporte un différentiel dont la couronne d'entrée est guidée en rotation par deux paliers d'extrémité qui sont portés par les parties avant et centrale du carter - la partie avant du carter est celle d'un embrayage associé à la boîte de vitesses, la partie centrale est celle des pignons associés aux premier et deuxième rapports de marche avant, et la partie arrière est celle des pignons associés aux rapports supérieurs de marche avant et au rapport de marche arrière ; - I'arbre secondaire porte, disposés axialement d'avant en arrière, le pignon fou de deuxième rapport de marche avant, le pignon fou de premier rapport de marche avant, le pignon fou du rapport de marche arrière, le pignon fixe de cinquième rapport de marche avant, le pignon fou de quatrième rapport de marche avant et le pignon fou de troisième rapport de marche avant, avec deux synchroniseurs doubles disposés respectivement entre les pignons fous de premier et deuxième rapports de marche avant et entre les pignons fous de troisième et quatrième rapports de marche avant, et l'arbre primaire porte le pignon fou de cinquième rapport de marche avant accolé à un synchroniseur simple - les paliers d'extrémité comportent des roulements à rouleaux cylindriques, les paliers centraux comportent des roulements à une rangée de billes à contact radial - les pignons fous de premier rapport de marche avant et du rapport de marche arrière sont situés à proximité immédiate du roulement central à billes, et les pignons fous de deuxième et troisième rapports de marche avant sont à proximité immédiate d'un roulement à rouleaux cylindriques - la partie centrale du carter comporte une patte extérieure de fixation, par exemple d'un élément de commande d'un 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 boite de vitesses représentant un premier mode de réalisation de l'invention qui comporte une cloison arrière venue de matière avec la partie centrale du carter - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 représentant un second mode de réalisation de l'invention qui comporte une cloison arrière constituée d'une pièce rapportée fixée à la partie centrale du carter ; et la figure 3 est une vue de face selon la flèche F3 de la figure 2 de la cloison rapportée de la partie centrale du carter. On voit sur la figure 1 I'ensemble d'une boîte de vitesses 10 réalisée suivant l'invention. II s'agit d'une boîte de vitesses à deux arbres parallèles, un arbre primaire 18 et un arbre secondaire 24 guidés en rotation dans trois parties, avant 16, centrale 14, arrière 12 du carter de boîte 10. Une cloison transversale 13 de la partie arrière 12 de carter de boîte porte un palier 20 d'extrémité arrière de l'arbre primaire 18 et un palier 26 d'extrémité arrière de l'arbre secondaire 24. Une cloison transversale 38 de la partie centrale de carter 14 porte un palier central 25 de l'arbre primaire 18 et un palier central 27 de l'arbre secondaire 24. Une cloison transversale 15 de la partie avant de carter de boîte 16 porte un palier d'extrémité avant 22 de l'arbre primaire 18 et un palier d'extrémité avant 28 de l'arbre secondaire 24. Conformément à l'invention, cette disposition est particulièrement avantageuse car elle permet de réduire la flexion des arbres primaire 18 et secondaire 24 en assurant pour chacun d'entre eux un guidage en rotation par trois paliers répartis axialement le long de chaque arbre et dont chacun est de diamètre réduit. Par ailleurs, la boîte de vitesses 10 comporte un différentiel 30 dont la couronne 32 est guidée en rotation par deux paliers d'extrémité 34 et 36 faisant respectivement partie des parties centrale 14 et avant 16 de carter de boîte 10. Dans L'exemple illustré sur les figures qui concerne une boîte mécanique à cinq rapports de marche avant et un rapport de marche arrière, la partie avant de carter de boîte 16 est celle de l'embrayage associé à la boîte de vitesses, la partie centrale 14 est celle des pignons associés aux premier et deuxième rapports de marche avant et la partie arrière 12 est celle des pignons associés aux rapports supérieurs de marche avant et au rapport de marche arrière. L'arbre secondaire porte ainsi le pignon fou 42 du second rapport de marche avant, le pignon fou 44 du premier rapport de marche avant, le pignon fou 46 du rapport de marche arrière, le pignon fixe 48 du cinquième rapport de marche avant, le pignon fou 50 du quatrième rapport de marche avant, le pignon fou 52 du troisième rapport de marche avant. II porte aussi deux synchroniseurs doubles 54 et 56 disposés respectivement entre les pignons fous 42 du second rapport de marche avant et 44 du premier rapport de marche avant, et entre le pignon fou 50 du quatrième rapport de marche avant et le pignon fou 52 du troisième rapport de marche avant. L'arbre primaire 18 porte le pignon fixe 58 du deuxième rapport de marche avant, le pignon fixe 60 du premier rapport de marche avant, le synchroniseur simple 66 du cinquième rapport de marche avant, le pignon fou 62 du cinquième rapport de marche avant, le pignon fixe 64 du quatrième rapport de marche avant et le pignon fixe 68 du troisième rapport de marche avant. Comme on peut le voir sur la figure 1, cette disposition est d'autant plus avantageuse que le pignon fou 42 du second rapport de marche avant, le pignon fou 44 du premier rapport de marche avant, le pignon fou 46 du rapport de marche arrière et le pignon fou 52 du troisième rapport de marche avant sont à proximité immédiate d'un palier, c'est à dire des paliers 28, 27,et 26 respectivement, ce qui réduit d'autant plus l'influence de la flexion de l'arbre secondaire sur l'engrènement, permet d'augmenter la durée de vie des dentures et améliore le silence de fonctionnement. Par ailleurs, cette réduction des risques de flexion est avantageusement assurée par le choix des roulements associés aux paliers. Ainsi, les paliers d'extrémité 26 et 28 de l'arbre secondaire qui comportent des roulements à rouleaux cylindriques 70 et 72 supportent une partie importante des efforts radiaux, tandis que le palier central 27, qui comporte un roulement à une rangée de billes à contact radial 78, assure la reprise des efforts axiaux et d'une partie des efforts radiaux. De même, les paliers d'extrémité 20 et 22 de l'arbre primaire comportent des roulements à rouleaux cylindriques 69 et 74 et le palier central 25 comporte un roulement à une rangée de billes à contact radial 76. Le découpage du carter de la boîte de vitesses 10 en trois parties 12, 14, et 16 de carter permet aussi la réalisation de formes moulées complexes, telles que par exemple une patte extérieure 80 qui permet de réaliser la fixation d'un élément de commande de l'embrayage. Enfin, cette conception simplifie le montage de la boîte de vitesses. Ainsi, le montage peut être réalisé de façon très simple en venant par exemple fixer, à la partie centrale de carter 14 équipée de l'arbre primaire 18 muni de ses pignons, de l'arbre secondaire 24 muni de ses pignons, et du différentiel, la partie arrière 12 du carter de boîte de vitesses par vissage et la partie avant 16 du carter de boîte de vitesses par vissage. On voit sur la figure 2 I'ensemble d'une boîte de vitesses réalisée suivant un second mode de l'invention. Sur cette figure, des éléments identiques, similaires ou analogues à ceux du premier mode de réalisation décrit en référence à la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Ce second mode de réalisation se caractérise en ce que la cloison transversale arrière 38 de la partie centrale de carter 14, portant le palier central 25 d'arbre primaire 18 et le palier central 27 d'arbre secondaire 24, est une pièce rapportée fixée à la partie centrale 14. Cette autre disposition est particulièrement avantageuse car elle permet de supprimer un angle de dépouille sur la partie centrale 14 lors de sa réalisation en fonderie, et permet par aussi l'emploi de nouveaux matériaux, par exemple du magnésium pour la partie centrale 14 et d'une plaque de tôle pour la réalisation de la cloison 38. On voit sur la figure 3 un exemple de réalisation de la cloison rapportée 38 de la partie centrale 14. On distingue les emplacements 21 et 23 des paliers 25 et 27, les trous de passage 31 des axes de fourchette, I'emplacement 33 du palier de l'arbre intermédiaire de marche arrière, et les trous 29 de fixation par vissage de la cloison 38 sur des bossages situés à l'extrémité arrière de la partie centrale 14. En variante, un troisième mode de réalisation (non représenté) peut être envisagé. Les parties centrale 14 et arrière 12 de carter 10 précédemment illustrées sur la figure 2 peuvent en effet être réalisées en une seule pièce, la cloison transversale rapportée 38 étant alors fixée par vissage à travers ses trous 29 sur des bossages internes situés dans la zone de raccordement des parties arrière 12 et centrale 14 de la pièce unique Cette nouvelle disposition est particulièrement avantageuse car elle permet de supprimer les plans de joint entre la partie centrale 14 et arrière 12 lors de sa réalisation en fonderie et permet donc ainsi de diminuer les coûts de fabrication tout en conservant les avantages inhérents à l'invention, c'est à dire la possibilité de supporter chaque arbre au moyen de trois paliers. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses (10) à au moins deux arbres parallèles primaire (18) et secondaire (24), dont chacun est guidé en rotation par deux paliers d'extrémité (28,22,20,26) qui sont respectivement portés par deux parties avant (16) et arrière (12) d'un carter de boite (10), caractérisée en ce que chaque arbre est guidé en rotation par un troisième palier central, et en ce que les deux paliers centraux (25,27) sont portés par une troisième partie centrale du carter (14). 2. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les paliers d'extrémité (20,22,26,28) des arbres primaire (18) et secondaire (24) sont portés par de parois transversales d'extrémité arrière (13,15) des parties avant et arrière du carter (12,16) et en ce que les paliers centraux (25,27) sont portés par une cloison transversale (38) d'extrémité arrière de la partie centrale du carter (14). 3. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cloison arrière (38) de la partie centrale (14) est réalisée venue de matière avec la partie centrale (14). 4. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cloison arrière de la partie centrale (14) est une pièce rapportée (38) fixée à la partie centrale(14). 5. Boîte de vitesses selon la revendication 4, caractérisée en ce que les parties centrale (14) et arrière (12) de carter (10) sont réalisées en une seule pièce. 6. Boîte de vitesses (10) selon les revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la boîte (10) comporte un différentiel (30) dont la couronne d'entrée (32) est guidée en rotation par deux paliers d'extrémité (34) et (36) qui sont portés par les parties avant (16) et centrale (14) du carter. 7. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie avant (16) du carter est celle d'un embrayage (82) associé à la boîte de vitesses (10), la partie centrale (14) est celle des pignons associés aux premier et deuxième rapports de marche avant et la partie arrière (12) est celle des pignons associés aux rapports supérieurs de marche avant et au rapport de marche arrière. 8. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'arbre secondaire (24) porte, disposés axialement d'avant en arrière, le pignon fou de deuxième rapport de marche avant (42), le pignon fou de premier rapport de marche avant (44), le pignon fou du rapport de marche arrière (46), le pignon fixe de cinquième rapport de marche avant (48), le pignon fou de quatrième rapport de marche avant (50) et le pignon fou de troisième rapport de marche avant (52), avec deux synchroniseurs doubles disposés respectivement entre les pignons fous de premier et deuxième rapports de marche avant (54) et entre les pignons fous de troisième et quatrième rapports de marche avant (56), et en ce que l'arbre primaire porte le pignon fou de cinquième rapport de marche avant (62) accolé à un synchroniseur simple (66) et les pignons fixes des autres rapports de marche avant (58,60,64,68). 9. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les paliers d'extrémité (20,22,26,28) comportent des roulements à rouleaux cylindriques (69,74,70,72), et en ce que les paliers centraux (25,27) comportent des roulements à une rangée de billes à contact radial (76,78). 10. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 9 prise en combinaison avec la revendication 7, caractérisée en ce que les pignons fous de premier rapport de marche avant (44) et du rapport de marche arrière (46) sont à proximité immédiate du roulement central à billes (78), et en ce que les pignons fous de deuxième (42) et troisième (52) rapports de marche avant sont à proximité immédiate d'un roulement à rouleaux cylindriques (72,70). 11. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie centrale (14) du carter comporte une patte extérieure de fixation (80), notamment d'un élément de commande d'un embrayage.