Brevet FR2787855A1 — publié le 20000630

i La présente invention concerne une boîte de vitesses pour véhicule automobile. En référence à la figure 1, qui illustre l'état de la technique, une boîte de vitesses pour véhicule automobile comporte classiquement: - un arbre d'entrée 50 pourvu d'un engrenage d'entrée 51, - un arbre intermédiaire 52 parallèle à l'arbre d'entrée 50 et pourvu d'un engrenage d'entraînement 53 engrenant avec l'engrenage d'entrée 51 de l'arbre d'entrée 50 et d'une série d'engrenages de changement de vitesse 54 à 58, et - un arbre de sortie 59 coaxial à l'arbre d'entrée 50, susceptible d'être accouplé à celui-ci par des moyens d'embrayages tels qu'un système à crabot 60 et pourvu d'une série d'engrenages de changement de vitesse 61 à 65 engrenant avec les engrenages de changement de vitesse 54 à 58 de l'arbre intermédiaire 52 et montés tournant sur l'arbre de sortie 59 avec des moyens d'embrayage tels que des systèmes à crabots 66 à 70 susceptibles d'assurer une liaison en rotation de chacun de ces engrenages avec l'arbre de sortie 59. Dans l'exemple illustré à la figure 1, les engrena- ges de changement de vitesse 54 à 58 et 61 à 65 forment cinq couples d'engrenages ayant chacun un rapport spécifique qui, combiné au rapport du couple formé par des engrenages d'entrée 51 et d'entraînement 53, réalisent un certain rapport de transmission entre l'arbre d'entrée 50 et l'arbre de sortie 59. Cinq rapports peuvent ainsi être obtenus en embrayant l'un des crabots 66 à 70 et en débrayant tous les autres crabots, y compris le crabot 60 de liaison entre l'arbre d'entrée 50 et l'arbre de sortie 59. Un sixième rapport, dit de prise directe, est obtenu en embrayant le crabot 60 pour accoupler directement l'arbre d'entrée 50 à l'arbre de sortie 59 et en débrayant tous les autres crabots 66 à 70 des engrenages de changement de vitesse. Le but de l'invention est de concevoir une boîte de vitesses de structure plus compacte et plus légère permettant d'obtenir, avec un poids et un encombrement réduits, un nombre au moins aussi important de rapports de transmission qu'une boîte classique du type précité. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention une boîte de vitesses comportant: - un premier arbre d'entrée pourvu d'un engre- nage d'entrée, - un arbre intermédiaire parallèle à l'arbre d'entrée et pourvu d'un engrenage d'entraînement engrenant avec l'engrenage d'entrée du premier arbre d'entrée et d'une série d'engrenages de changement de vitesse, et - un arbre de sortie coaxial au premier arbre d'entrée, susceptible d'être accouplé de façon débrayable à celui-ci et pourvu d'une série d'engrenages de changement de vitesse débrayables engrenant avec les engrenages de change- ment de vitesse de l'arbre intermédiaire, boîte dans laquelle l'engrenage d'entraînement de l'arbre intermédiaire est débrayable et dans laquelle l'accouplement débrayable de l'arbre de sortie avec le premier arbre d'entrée est réalisé par l'intermédiaire de l'engrenage de changement de vitesse de l'arbre de sortie qui est adjacent au premier arbre d'entrée et qui est pourvu de moyens de son embrayage avec le premier arbre d'entrée d'une part et avec l'arbre de sortie d'autre part. Ainsi, lorsque l'engrenage d'entraînement est embrayé avec l'arbre intermédiaire, la boîte de vitesses présente une configuration identique à celle d'une boîte classique. Chaque rapport de transmission est obtenu en embrayant l'un des engrenages de changement de vitesse de l'arbre de sortie et en débrayant les autres, l'accouplement de l'arbre de sortie avec le premier arbre d'entrée étant débrayé. Un rapport supplémentaire de prise directe est de plus classiquement obtenu en embrayant les moyens d'embraya- ges de l'arbre de sortie avec le premier arbre d'entrée et en débrayant tous les engrenages de changement de vitesse de5 l'arbre de sortie ainsi que l'agrenage d'entraînement de l'arbre intermédiaire. Outre ces rapports de transmission classiques, le débrayage de l'engrenage d'entraînement de l'arbre intermé- diaire et l'embrayage du premier arbre d'entrée avec l'engre- nage de changement de vitesse de l'arbre de sortie qui lui est adjacent permettent d'obtenir des rapports de transmis- sion supplémentaires en réalisant des combinaisons différen- tes d'engrenages. En effet, le couple d'engrenages constitué par l'engrenage d'entrée et l'engrenage d'entraînement est alors désactivé et est remplacé par le couple d'engrenages de changement de vitesse auquel appartient l'engrenage de l'arbre de sortie qui est adjacent à et en prise avec le premier arbre d'entrée (mais qui reste débrayé de l'arbre de sortie). Ce couple peut se combiner avec les autres couples d'engrenages de changement de vitesse pour réaliser de nouveaux rapports de transmission: il suffit pour cela d'embrayer l'un des autres engrenages de changement de vitesse de l'arbre de sortie. Il en résulte que le nombre de rapports de trans- mission n'est plus limité au nombre de couples d'engrenages de changement de vitesse. Il est possible de substituer au couple des engrenages d'entrée et d'entraînement le premier couple d'engrenages de changement de vitesse et de combiner ce couple avec les autres couples d'engrenages de changement de vitesse pour obtenir des rapports de transmission supplé- mentaires, différents de ceux obtenus par chacun de ces couples d'engrenages combinés au couple des engrenages d'entrée et d'entraînement. On obtient donc, pour un nombre de couples d'engrenages donné, un plus grand nombre de rapports de transmission qu'avec une boîte de vitesses classique utilisant pour chaque rapport de transmission un couple d'engrenages dédié unique. La boîte de vitesses obtenue est donc plus compacte et moins lourde qu'une boîte de vitesses classique réalisant le même nombre de rapports. C'est ainsi qu'en comparaison avec une boîte classique et pour le même nombre de rapports, l'encombrement et le poids de la boîte peuvent être diminués de moitié, voire davantage. Dans un mode de réalisation perfectionné, l'engre- nage d'entraînement est porté par un arbre d'entrée qui traverse axialement l'arbre intermédiaire en pouvant tourner librement à l'intérieur de celui-ci. On peut ainsi raccorder au moteur le premier ou le second arbre d'entrée. Il sera en particulier avantageux d'utiliser pour ce raccordement au moteur l'extrémité du second arbre d'entrée qui se trouve du même côté que l'arbre de sortie, ce qui correspond aux configurations les plus fréquemment rencontrées dans les véhicules légers. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple non limitatif. Il sera fait référence aux dessins en annexe, parmi lesquels: - la figure 2 est une vue schématique de la structure d'une boîte de vitesses conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 illustrant une variante de réalisation avantageuse d'une boîte de vitesse conforme à l'invention. En référence à la figure 2 une boîte de vitesse conforme à l'invention comporte un arbre d'entrée 1 pourvu d'un engrenage d'entrée 2 qui engrène de façon permanente avec un engrenage d'entraînement 3 monté tournant autour d'un axe parallèle à l'axe de l'arbre d'entrée 1. L'engrenage d'entraînement 3 peut être accouplé de façon débrayable à un arbre intermédiaire 4 de même axe parallèle à l'arbre d'entrée 1. L'accouplement débrayable de l'engrenage d'entraînement 3 avec l'arbre intermédiaire 4 peut par exemple être réalisé au moyen d'un système à crabot 5. L'arbre intermédiaire 4 est pourvu de trois engrenages de changement de vitesse 6,7,8 qui lui sont accouplés de façon permanente. Ces engrenages 6,7,8 engrènent de façon permanente avec trois engrenages de changement de vitesse correspondants 9,10,11 qui sont montés pour tourner librement autour de l'axe de l'arbre d'entrée 1 et qui sont susceptibles d'être accouplés de façon débrayable à un arbre de sortie 12 coaxial à l'arbre d'entrée 1. L'accouplement débrayable de chacun des engrenages de changement de vitesse 9,10,11 avec l'arbre de sortie 12 peut par exemple être réalisé au moyen de systèmes à crabot 13,14,15. L'engrenage de changement de vitesse 9, qui peut être qualifié de premier engrenage dans la mesure o il est adjacent à l'arbre d'entrée 1, peut être accouplé de façon débrayable à l'arbre d'entrée 1, indépendamment de son accouplement débrayable à l'arbre de sortie 12. L'accouple- ment débrayable du premier engrenage 9 avec l'arbre d'entrée 1 peut par exemple être réalisé au moyen d'un système à crabot 16. Les commandes des systèmes d'embrayage à crabot 5, 13,14,15,16 peuvent être réalisées au moyen de dispositif de commande classique de type mécanique, hydraulique, pneumati- que ou magnétique. En l'espèce, le dimensionnement des engrenages a été calculé de la manière suivante: - l'engrenage entrée 2 possède 28 dents; - l'engrenage d'entraînement 3 possède 22 dents; - le premier engrenage 9 de l'arbre de sortie 12 possède 22 dents; - le premier engrenage 6 de l'arbre intermédiaire 4 possède 28 dents; - le second engrenage de l'arbre de sortie 12 possède 32 dents; - le second engrenage de l'arbre intermédiaire 4 possède 18 dents; - le troisième engrenage de l'arbre de sortie 12 possède 19 dents; - le troisième engrenage de l'arbre intermédiaire 4 possède 31 dents. Avec la structure de boîte qui vient d'être décrite, il est possible d'obtenir six rapports de transmis- sion différents. Chacun des six rapports est obtenu de la manière suivante. Le premier rapport est obtenu en embrayant d'une part le crabot 16 pour accoupler l'engrenage 9 à l'arbre d'entrée 1 et d'autre part le crabot 14 pour accoupler l'engrenage 10 à l'arbre de sortie 12, tous les autres crabots étant débrayés. On réalise ainsi une réduction de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 par rapport à celle de l'arbre d'entrée 1 d'un coefficient de: 18 22 - x - = 0,442 32 28 Le second rapport de transmission est obtenu en embrayant d'une part le crabot 5 pour accoupler l'engrenage d'entraînement 3 à l'arbre intermédiaire 4 et d'autre part le crabot 14 pour accoupler l'engrenage 10 à l'arbre de sortie 12, tous les autres crabots étant débrayés. On réalise donc une réduction de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 par rapport à la vitesse de l'arbre d'entrée 1 d'un coefficient de: 18 28 ---x -- = 0,716 32 22 Le troisième rapport est obtenu en embrayant les crabots 13 et 16 pour accoupler l'arbre de sortie 12 directe- ment avec l'arbre d'entrée 1. Ce rapport, qui est dit de prise directe, possède un coefficient de 1 puisqu'il réalise un entraînement en rotation de l'arbre de sortie 12 à la même vitesse que l'arbre d'entrée 1. Le quatrième rapport est obtenu en embrayant d'une part le crabot 16 pour accoupler l'engrenage 9 à l'arbre d'entrée 1 (comme pour le premier rapport) et d'autre part le crabot 15 pour accoupler l'engrenage 11 avec l'arbre de sortie 12, tous les autres crabots étant débrayés. On réalise ainsi une démultiplication de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 par rapport à celle de l'arbre d'entrée 1 d'un coefficient de: 31 22 - x - = 1, 282 19 28 La cinquième vitesse est obtenue en embrayant d'une part le crabot 13 pour accoupler l'engrenage 9 avec l'arbre de sortie 12 et d'autre part le crabot 5 pour accoupler l'engrenage d'entraînement 3 avec l'arbre intermédiaire 4, tous les autres crabots étant débrayés. On réalise ainsi une démultiplication de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 par rapport à celle de l'arbre d'entrée 1 d'un coefficient de: 28 28 - x - = 1, 620 22 22 Enfin, le sixième rapport est obtenu en embrayant d'une part le crabot 5 pour accoupler l'engrenage d'entraîne- ment 3 avec l'arbre intermédiaire 4 et d'autre part le crabot pour accoupler l'engrenage 11 avec l'arbre de sortie 12. On réalise ainsi une démultiplication de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 par rapport à celle de l'arbre d'entrée 1 d'un coefficient de: 31 28 - x - = 2, 076 19 22 A la figure 3, on a représenté une variante de réalisation avantageuse d'une boîte de vitesse conforme à l'invention. Comme la boîte précédemment décrite en référence à la figure 2, cette boîte comporte un arbre premier d'entrée 21 pourvu d'un engrenage d'entrée 22 qui engrène de façon permanente avec un engrenage d'entraînement 23 monté tournant autour d'un axe parallèle à l'axe de l'arbre d'entrée 21. A la différence du mode de réalisation précédemment décrit en référence à la figure 2, l'engrenage d'entraînement 23 est porté par un second arbre d'entrée 37 parallèle au première arbre d'entrée 21. L'engrenage d'entraînement 23 est solidaire en rotation de ce second arbre d'entrée 37. L'engrenage d'entraînement 23 peut être accouplé de façon débrayable à un arbre intermédiaire 24 de même axe. Cet arbre intermédiaire 24 est creux et monté à rotation sur le second arbre d'entrée 37. L'accouplement débrayable de l'engrenage d'entraînement 23 avec l'arbre intermédiaire 24 peut par exemple être réalisé au moyen d'un système à crabot 25. Comme dans les modes réalisations précédemment décrit en référence à la figure 2, l'arbre intermédiaire 24 est pourvu de trois engrenages de changement de vitesse 26,27,28 qui lui sont accouplés de façon permanente. Ces engrenages 26,27,28 engrènent de façon perma- nente avec trois engrenages de changement de vitesse corres- pondant 29,30,31 qui sont montés pour tourner librement autour d'axe du premier arbre d'entrée 21 et qui sont suceptibles d'être accouplés de façon débrayable à un arbre de sortie 32 coaxial au premier arbre d'entrée 21. L'accou- plement débrayable de chacun des engrenages de changement de vitesse 29, 30,31 avec l'arbre de sortie 32 peut par exemple être réalisé au moyen de systèmes à crabot 33,34,35. L'engrenage de changement de vitesse 29, qui peut être qualifié de premier engrenage dans la mesure o il est adjacent à l'arbre d'entrée 21, peut être accouplé de façon débrayable à l'arbre d'entrée 21, indépendamment de son accouplement débrayable à l'arbre de sortie 32. L'accouple- ment débrayable du premier engrenage 29 avec l'arbre d'entrée 21 peut par exemple être réalisé au moyen d'un système à crabot 36. Avec cette structure de boîte, il est possible d'utiliser comme arbre d'entrée, soit le premier arbre d'entrée 21, soit le second arbre d'entrée 37. Lorsque l'on utilise le premier arbre d'entrée 21, on retrouve la configuration précédemment décrite en réfé- rence à la figure 2. Lorsque l'on utilise le second arbre d'entrée 37, on obtient les six rapports de transmision de la même manière que précédemment, les rapports précédemment calculés étant seulement multipliés par le rapport 22/28 réalisé par le couple des engrenages d'entrée 22 et d'entraînement 23. Selon la configuration d'implantation de la boîte de vitesse sur le véhicule on pourra prévoir de raccorder au moteur l'une ou l'autre des extrémités du second arbre de sortie 37. Le plus souvent, on retiendra l'extrémité du second arbre d'entrée 37 qui se trouve du même côté que l'arbre de sortie 32 (c'est-à-dire du côté droit dans la représentation de la figure 3). REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses comportant: - un premier arbre d'entrée (1;21) pourvu d'un engrenage d'entrée (2;22), - un arbre intermédiaire (4;24) parallèle à l'arbre d'entrée (1;21) et pourvu d'un engrenage d'entraîne- ment (3;23) engrenant avec l'engrenage d'entrée (2;22) du premier arbre d'entrée (1;21) et d'une série d'engrenages de changement de vitesse (6, 7,8;26,27,28), et - un arbre de sortie (12;32) coaxial au premier arbre d'entrée (1;21), susceptible d'être accouplé de façon débrayable à celui-ci et pourvu d'une série d'engrenages de changement de vitesse (9,10,11;29,30,31) débrayables engre- nant avec les engrenages de changement de vitesse (6,7,8;26, 27,28) de l'arbre intermédiaire (4;24), caractérisée en ce que l'engrenage d'entraînement (3;23) est débrayable de l'arbre intermédiaire (4;24) et en ce que l'accouplement débrayable de l'arbre de sortie (12;32) avec le premier arbre d'entrée (1;21) est réalisé par l'intermé- diaire de l'engrenage de changement de vitesse (9;29) de l'arbre de sortie (12;32) qui est adjacent au premier arbre d'entrée (1;21) et qui est pourvu de moyens de son embrayage avec le premier arbre d'entrée (1; 21) d'une part et avec l'arbre de sortie (12;32) d'autre part. 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'engrenage d'entraînement (23) est porté par un second arbre d'entrée (37) qui traverse axiale- ment l'arbre intermédiaire (24) en pouvant tourner librement à l'intérieur de celui-ci.