Brevet FR2805873A1 — publié le 20010907

INTRODUCTION. PREAMB ULE nikrab 2000 est un nouveau concept de boîte de vitesse qui, grâce à une conception originale et une réduction importante des pièces nécessaires au changement de rapport, permet à la fois une simplification de ce mécanisme ainsi qu'une amélioration de ses performances et une meilleure résistance mécanique. Les principes de base nécessaires au fonctionnement de ce concept s'appliqueront aux différentes étapes de son agencement. Son champ d'applications étant très vaste, il sera exposé à la rubrique revendications p. 48. Afin de faciliter la compréhension des différents systèmes, le livret Texte contient les diverses explications et le livret Schémas les illustrations : cela permet de suivre à la fois l'image et le texte. Q UALITES ET A VANTAGES DE CE CONCEPT: Schéma 1. 1) Sa compacité : intégration dans un même volume de l'embrayage, des pignons, du dispositif de changement de vitesse et du différentiel. a. disparition du système classique d'embrayage à sec. b. présence d'un embrayage à bain d'huile dont les disques sont étagés entre les pignons de boîte et servent également à les espacer. c. système compact de débrayage hydraulique. d. absence de fourchettes et de crabots classiques . e. engrènement permanent des différents pignons de boîte. f. système hydraulique de changement de rapport de boîte. g. Disparition des roulements (à billes, à rouleaux, ... ). 2) Sa simplicité d'assemblage. 3) Sa résistance aux contraintes mécaniques. 4) Ses caractéristiques générales. 5) ... Font de ce nouveau dispositif de boîte de vitesse, un système complexe mais complet permettant -@ une diminution des pièces en mouvement lors des changements de rapport et de ce fait une limitation de leur usure, -@ une diminution de poids notamment due à la disparition de l'ensemble du dispositif d'embrayage à sec, des fourchettes et des crabots classiques, -@ une simplification des commandes car les différents systèmes fonctionnent grâce à de l'huile sous pression (une seule et même pompe peut y suffire), -@ une possibilité de fonctionnement automatique grâce à un boîtier électronique (microprocesseur) pouvant actionner à la demande ou en mode totalement automatique les commandes d'embrayage, de changement de rapport et de différentiel. DESCRIPTION DES PIECES LE COMPOSANT. 1) Arbre primaire (AP) a. Caractéristiques : p. 7 b. Fonctionnement : p. 10. c. Applications : p. 11. 2) Dispositif d'embrayage cruciforme (DEC) a. Caractéristiques : p. 12. b. Fonctionnement : p. 13. c. Applications : p. 15. 3) Embrayage multi-disques étagés (EME) a. Caractéristiques : p. 16. b. Fonctionnement : p. 17. c. Applications : p. 18. 4) Arbre à crabots (AAC) a. Caractéristiques : p. 19. b. Fonctionnement : p. 20. c. Applications : p. 20. 5) Arbre secondaire (AS) a. Caractéristiques : p. 21. b. Fonctionnement : p. 23. c. Applications : p. 23. 6) AAC + AS + CIP a. Caractéristiques : p. 24. b. Principes : p. 25. c. Fonctionnement : p. 26. d. Applications : p. 27. 7) Dispositif de changement de vitesse (DCV) a. Caractéristiques : p. 28. b. Fonctionnement : p. 29. c. Applications : p. 30. 8) Différentiel à friction programmée (DFP) a. Caractéristiques : p. 31. b. Fonctionnement : p. 33. c. Historique : p. 35. d. Intérêts du DFP : p. 35. e. Applications : p. 36. 9) Levier de commande de changement de rapport de boite (PPL) a. Principes : p. 38. b. Démarrage et arrêt : p. 39. c. Marche arrière : p. 40. d. Passage des rapports : p. 41. e. Schémas : p. 41. f. Applications : p. 42. 10) Circulation interne des fluides hydrauliques (CIF) a. Principes : p. 43. b. Fonctionnement : p. 44. c. Applications : p. 44. ARBRE PRIMAIRE. (A.P.) CARACTERISTIOUES : Schémas 2 à 5. * L'arbre primaire se décompose en six parties, dont une correspond à un usinage interne _P 1 : Il s'agit de l'extrémité s'articulant avec l'élément moteur et son usinage permet la transmission du couple moteur. (de type axe cannelé) [--> C1] _P2 : Palier classique dans sa fonction, permettant une rotation à vitesse élevée avec contraintes transversales, il est également percé de plusieurs orifices (E2) permettant la circulation de fluide au centre de l'arbre primaire. De ce fait, l'étanchéité devra être suffisante pour que la pression nécessaire au fonctionnement du DEC soit maintenue ( ---> p. 12 à 15). [ ---> C2] _P3 : De surface parfaitement lisse en dehors des cannelures (E3), elle reçoit les différents pignons ainsi que les disques d'embrayage et d'épaisseur. Les pignons ainsi que les disques d'embrayage sont libres en rotation par rapport à P3. En outre, elle est parcourue en son centre par un chenal (E4) usiné dans la masse et dans lequel pourra circuler le fluide nécessaire au fonctionnement du DEC. [ ---> C3] _P4 : Prolongement de la précédente, elle est percée de quatre fentes recevant autant de lames rectangulaires réalisant le DEC. La longueur de ces fentes est supérieure à celle des lames, permettant un déplacement dans l'axe de l'arbre primaire afin de réaliser un débrayage dans un sens mais également le rattrapage de l'usure des disques d'embrayage dans l'autre sens. Un autre usinage (E5) permet de recevoir le piston E7 du DEC. [ --> C4] _P5 : Elle reçoit un palier fixé (par vissage ou par tout autre procédé) qui est donc solidaire de l'arbre primaire. [--> C5] P6: Fentes usinées dans l'arbre primaire recevant les lames rectangulaires du DEC et permettant leur déplacement dans l'axe de l'arbre primaire ainsi que le rattrapage de l'usure des disques d'embrayage. [-> Schéma 5] * Eléments particuliers de l'arbre primaire E1 : Butée de pignons fixe et solidaire de l'arbre primaire (rapportée ou usinée dans la masse). _E2 : Orifices percés depuis la surface du palier jusqu'au centre de l'arbre primaire, disposés en rayons de roue, et débouchant dans E4. E3 : Cannelures creusées le long de P3/P4 et permettant l'engagement des disques d'épaisseur afin de les rendre solidaires en rotation de l'arbre primaire. E4 : Chenal usiné au centre de l'arbre primaire et débouchant dans E5. _E5 : Cylindre usiné dans P4/P5 de l'arbre primaire et recevant le piston E7 du D.E.C. _E6 : Palier classique comportant une butée destinée au ressort d'embrayage (rapporté ou vissé). * Coupes : Schéma 3. C1 : détails de l'usinage de Pl. Cldd : détails de l'usinage de P1 en cas de double DEC . C2 : détails de l'usinage et de la disposition des conduits amenant au chenal E3. (nombre â déterminer) C3 : détails de la disposition de E3 et E4. C41: détails de l'usinage et de la disposition de E5. C5 : détails de l'assemblage de E6 sur P5, et de l'usinage de E5. * Double DEC : Schéma 4 Parties, éléments et coupes identiques mais disposition différente. (--> remarque n 5, p. 10) FONCTIONNEMENT 1) En dehors des disques d'épaisseur, la rotation des disques d'embrayage et des pignons est libre par rapport à l'arbre primaire. L'épaisseur de ces différentes pièces réalise un ajustement bien évidemment parfait. 2) Cet arbre primaire tourne sur deux ou trois paliers (si double DEC) lubrifiés par de l'huile sous pression normale. 3) Le calibrage des pièces nécessaires à la réalisation de ces paliers prendra en compte la pression indispensable à leur lubrification sans pour autant actionner le DEC ( ---> p. 12 à 15). Leur étanchéité sera suffisante pour permettre le fonctionnement de ce dernier lors d'une élévation importante de cette pression. 4) Le tarage du ressort du DEC sera calculé en fonction de ces caractéristiques. 5) L'avantage d'un éventuel troisième palier central (double DEC) est d'augmenter considérablement la résistance aux contraintes transversales et de diminuer le décalage du pignon accolé au DEC par rapport à son vis-à-vis de l'arbre secondaire à mesure que les disques d'embrayage s'usent. En revanche, cette disposition nécessite deux DEC (assemblage par les deux extrémités). [ ---> Schéma 4] 6) Les orifices E2 assurent le passage du fluide hydraulique vers E4 puis E5. [---> Schéma 5] 7) E6 est amovible afin de permettre l'assemblage des pièces nécessaires au EME et au DEC... (@ p. 12 & 16) APPLICA TIONS 1) Fonctionnement sur paliers et donc disparition des roulements (à billes, à rouleaux ou à aiguilles). 2) Usinage relativement simple. 3) Longueur de l'ensemble minorée par le fait que les disques d'embrayage sont disposés entre les pignons. DISPOSITIF D'EMBRA YA GE CR UCIFORME. (D.E.C.) CARACTERISTIQUES : Schémas 6 à 10. II est interne à la boîte de vitesses, incorporé dans l'extrémité de l'arbre primaire ; son fonctionnement est hydraulique et il se décompose en * Déments : Schéma 6. E7: piston d'embrayage. E8 : lames rectangulaires disposées de façon cruciforme. _E9 : disque s'imbriquant dans E10 et fixe par rapport à lui (crans). Il est solidaire de l'arbre primaire grâce aux cannelures E3. E10 : cloche recouvrant E8 et s'imbriquant dans E9, solidaire de l'arbre primaire grâce aux cannelures E3. E9 et El 0 sont solidaires entre eux grâce à des crans usinés au niveau de leurs surfaces de contact respectives : aucun glissement possible entre ces deux pièces. * Coupes C6 : permet de visualiser l'usinage de E7 (fentes recevant E8). [ ---> Schéma 6] C7 : détails de l'assemblage E7/E8/AP. [@ Schéma 9] C8: détails de l'assemblage E7/E8/E10/AP. [---> Schéma 9] Coupe axiale: Schéma 10. FONCTIONNEMENT: Schéma 7. Le DEC comprend 1) Un ressort de type hélicoïdal apposé entre la butée d'arbre primaire (E6) et le dispositif d'embrayage. [@ Schéma 8] 2) Un dispositif de débrayage actionné par un piston (E7) coulissant au centre de l'extrémité de l'arbre primaire (E5). 3) La transmission du mouvement entre le piston et la cloche de débrayage est assurée par des lames métalliques rectangulaires (E8) traversant l'arbre primaire grâce à un usinage adéquat. [ ---> Fig.a du Schéma 8] 4) L'ajustement E8/E10 sera d'une grande précision afin d'empêcher une rotation des lames rectangulaires sur elles-mêmes, ce qui occasionnerait rapidement un dysfonctionnement du dispositif. 5) Le déplacement de ce piston est assuré par l'arrivée de fluide hydraulique sous pression. 6) Le circuit hydraulique passe au travers des orifices E2 du palier d'arbre primaire, gagne son centre par E4/E5 et agit plus ou moins sur E7 en fonction de la pression imposée, réalisant un débrayage plus ou moins complet par compression du ressort (diminution de la contrainte sur les disques et les pignons). [@ Fig.b du Schéma 8] 7) La douceur ou la rudesse de l'embrayage est fonction de la variation de pression exercée sur le dispositif et/ou de la fuite progressive du fluide au travers du piston. 8) En effet, ce procédé fonctionne en flux continu et non pas de façon étanche a. selon la qualité d'embrayage désirée, l'équilibre entre l'importance du flux et sa fuite au travers du piston sera facilement déterminée. b. de plus, le palier P2 étant sous pression continuellement (lubrification), cette fuite peut être utilisée afin d'assurer une lubrification interne des pièces du DEC. c. en cas de dysfonctionnement du circuit hydraulique, cette caractéristique empêche au mécanisme de rester débrayé. d. enfin, cela limite le coût de fabrication (usinage de moindre précision). 9) La commande d'embrayage sera, de par ces caractéristiques, remarquablement douce quel que soit le véhicule ou l'engin l'utilisant car elle agit sur une vanne de fluide hydraulique et non pas directement sur le mécanisme. APPLICATIONS 1) Fonctionnement totalement hydraulique. 2) Utilisation du même circuit et du même fluide pour la lubrification et le fonctionnement du DEC. 3) Caractéristiques facilement modulables (rapidité de fonctionnement, douceur des commandes, ...). 4) Usinage simple. DISPOSITIF D'EMBRA YAGE MUTI-DISO UES ETA GES (E.M.E.) CARACTERISTIQUES : Schéma 1l. * Parties _P7 : elle est usinée dans la masse (ou rapportée) et solidaire de l'arbre Primaire ; elle fait également office de butée. (correspond à E 1 de l'arbre primaire) [--> El, Schéma 2] _P8 : elle reçoit l'ensemble des disques et des pignons de l'arbre primaire. (correspond à P3 de l'arbre primaire) P9 : elle reçoit le DEC. (correspond à P4 de l'arbre primaire) * Eléments E11 : disques d'embrayage. E12 : disques d'épaisseur. E13 : pignons. FONCTIONNEMENT 0,:> Utilisation d'un embrayage multi-disques à bain d'huile d'un type particulier. 1) En effet, il reprend le principe des embrayages de motocyclettes à la différence près que les disques ne sont pas compris dans un dispositif individualisé mais répartis entre les pignons de boite de vitesse, diminuant d'autant le nombre de pièces nécessaires à sa réalisation. Une disposition classique reste évidemment possible. [--> Schéma 10] 2) La friction nécessaire à l'embrayage s'effectue entre les pignons et les différents disques (d'embrayage et d'épaisseur). 3) L'épaisseur de ceux-ci permet un ajustement idoine entre les pignons des arbres primaire et secondaire. 4) Les disques d'épaisseur sont solidaires en rotation de l'arbre primaire par des cannelures E3 usinées dans ce dernier afin d'empêcher tout glissement intempestif : il est en effet illusoire d'imaginer une absence de glissement entre ces différentes pièces sur la longueur totale du mécanisme. Ces disques restent mobiles dans l'axe de l'arbre primaire (le long des cannelures). 5) Le choix des matériaux utilisés pour ces disques d'embrayage limitera leur changement éventuel à une utilisation intensive ou erronée. En effet, en cas d'usure importante de ces disques, on observerait un décalage portant essentiellement sur le pignon de l'arbre primaire accolé au DEC (celui de 6è' dans les schémas) par rapport à son vis-à-vis de l'arbre secondaire, entraînant par là même une usure irrégulière de ces pignons. (phénomène allant décrescendo à mesure que l'on s'éloigne du DEC) 6) Ce procédé couplé au fait que les pignons sont libres par rapport à l'axe de l'arbre primaire (sans usinage particulier) entraîne une diminution importante de l'effet d'inertie lors du débrayage et du coût de fabrication. 7) On remarquera sur le Schéma 11 que les disques et pignons sont empilés vers El (P7) et qu'après assemblage du DEC, E6 vient contraindre le ressort d'embrayage sur ces différentes pièces. 8) La longueur de ce ressort tiendra également compte de l'usure des disques d'embrayage. Son tarage évitera tout glissement intempestif de ces différentes pièces entre elles. APPLICATIONS 1) Montage simple par l'extrémité de l'arbre primaire en alternant a. disque d'épaisseur. b. disque d'embrayage. c. pignon. d. disque d'embrayage. e. disque d'épaisseur. f. etc ... g. puis E9, E7, E8 (x4), El 0. h. ressort d'embrayage. i. enfin E6. [@ Schéma 11] 2) Dispositif applicable à toute boîte de vitesse. ARBRE A CRABOTS. (A.A.C.) CARA CTERISTIQ UE,S * Il se décompose en trois parties : Schéma 12. P10 : introduite dans le DCV ( --> p 28), elle permet le déplacement de l'arbre à crabots à l'intérieur de l'arbre secondaire. P11 : coulissant à l'intérieur de l'arbre secondaire, elle possède un usinage circulaire à intervalle régulier dans lequel peut se loger une bille (ou tout autre procédé) permettant de verrouiller son déplacement latéral mais aussi de renseigner les capteurs du DCV. P12 : faisant suite à P11, elle porte le double crabot. * Eléments particuliers : Schéma 12. 1 E 14 : vis de fixation } E15 : il s'encastre dans P11 et est fixé par vissage (ou par tout autre procédé). E16 : crabots à proprement parler, seuls éléments faisant saillie hors de l'arbre secondaire. On remarquera qu'une arête relie les deux crabots afin d'augmenter la résistance aux contraintes mécaniques. [--> C 10] * Coupes : Schéma 13. C9 : détails de la disposition et de l'usinage des crabots. C10 : détails de l'usinage de l'arête reliant les crabots. FONCTIONNEMENT De section cylindrique, il comporte deux crabots à quatre dents chacun (nombre exact à déterminer). Son déplacement à l'intérieur de l'arbre secondaire est assuré par le DCV. L'usinage de ces crabots (ainsi que celui de la couronne interne des pignons) permet un passage sans difficulté d'un pignon à un autre. [@ Schéma 13] (Pour plus de détail, ---> p. 24.) APPLICA TIONS 1) Dispositif permettant la disparition des fourchettes et des crabots classiques. 2) Fonctionnement par fluide hydraulique sous pression agissant sur El 5 de l'arbre à crabots (DC V). 3) L'arête reliant les deux crabots améliore la résistance de l'ensemble aux contraintes de torsion inhérentes à ce concept (l'arbre secondaire est fendu sur la longueur recevant l'arbre à crabots). ARBRE SECONDAIRE. (A.S.) CARACTERISTIQCES : Schéma 14 à 17. * L'arbre secondaire se décompose en cinq parties différentes P13 : Pièce fixée (par vissage ou par tout autre procédé), solidaire de l'arbre secondaire, elle fait également office de palier, comme E6. Elle est creuse en son centre afin de permettre le déplacement de l'arbre à crabots. C11] Sa particularité consiste en l'usinage de sa face interne s'engrenant avec l'arbre primaire et qui limitera au maximum le travail du métal inhérent à tout engrenage. [--> Schéma 15] P14 : Parfaitement lisse, elle est parcourue sur toute sa longueur de plusieurs fentes (quatre à priori) permettant le déplacement de l'AAC. P15 et P17 : paliers classiques (P17 est facultatif : son rôle est d'assurer une résistance maximum aux contraintes). P16 : partie dentée, entraînant le différentiel ou le DFP. * Eléments particuliers E17 : correspond au cylindre usiné dans P13 et P14 et permet le déplacement de l'arbre à crabots. E18 : plusieurs larges fentes (quatre à priori) sont usinées dans P 14 afin de permettre la saillie et le déplacement des crabots. C12] E19 : Butée de pignon. E20 : palier classique. C13] E21 : partie dentée, entraînant le différentiel ou le DFP. C 14] E22 : palier classique. C13] * Coupes : Schéma 16. C11 : détails de l'usinage de P13. C12 : détails de l'usinage de P14. C13 : coupe passant par le palier P15. C14 : coupe passant par P16 (partie dentée). FONCTIONNEMENT: ,Schéma 17. 1) Les usinages réalisés dans sa longueur (E 18) et en son centre (E 17) permettent le glissement de l'arbre à crabots. [-> Schéma 15] 2) Après introduction de l'arbre à crabots au centre de l'arbre secondaire, P13 est vissée ou fixée à son extrémité ; son rôle est double : augmenter la résistance à l'écrasement de l'ensemble AAC+AS et faire office de palier. 3) Après assemblage, le jeu entre les différentes pièces de l'arbre secondaire est virtuel. 4) Ensuite, E15 est fixé à l'extrémité de l'arbre à crabots. 5) L'autre extrémité de l'arbre secondaire transmet le mouvement rotatif à un différentiel classique ou DFP (ou tout autre procédé mécanique). [DFP : ---> p. 31 ] APPLICA TIONS 1) L'ensemble arbre à crabots et arbre secondaire entraîne la disparition des fourchettes et crabots classiques mais également de tous les réglages indispensables à leur bon fonctionnement. 2) Paliers classiques pour l'arbre secondaire (pas de roulement). 3) Usinage simple. ASSEMBLAGE ARBRE A CRABOTS ARBRE SECONDAIRE PIGNONS: [Schémas 18 à 231 CARACTERISTIQUES : Schéma 18. * Parties P18 : couronne externe des pignons (CEP). P19 : gorge usinée dans les faces latérales des pignons et recevant E23 et E24. P20 : correspond à la couronne interne des pignons et est usinée de façon à rendre possible le passage ou l'agencement parfait avec les crabots El 6, lorsque le rapport est enclenché. P21 : arbre à crabots + arbre secondaire. * Eléments E23 : couronnes d'espacement. E24 : disques de glissement. PRINCIPES 1) Les changements de rapport se font par translation de l'arbre portant le double crabot (AAC) glissant à l'intérieur de l'arbre secondaire (AS). [ ---> Schéma 17] 2) De ce fait, les pignons des arbres primaire et secondaire restent parfaitement en vis-à-vis ce qui entraîne une usure minime de la denture. 3) Les seules parties de l'arbre à crabots émergeant de l'arbre secondaire sont les crabots El 6. [ ---> Schéma 19] 4) Seule la couronne interne des pignons (CIP) est sollicitée lors du changement de rapport son usinage ainsi que celui des crabots permet aux deux pièces de s'enclencher facilement et sans heurt, et de transmettre le couple moteur. [@ Schéma 20] 5) Les différents pignons tournent librement sur l'axe secondaire (hormis le rapport enclenché) et donc à des vitesses de rotation différentes, puisque les diamètres des pignons sont par nature différents. 6) L'espacement entre les pignons de l'arbre secondaire est assuré par des couronnes métalliques E23 s'imbriquant dans une gorge aménagée sur chaque face latérale des pignons. Le diamètre interne de ces couronnes est supérieur au diamètre des crabots (réalisant une sorte de tunnel) permettant leur translation tout le long de l'arbre secondaire. Leur largeur est supérieure à celle des crabots afin de permettre le fonctionnement alternatif de ceux-ci sans à-coup. L'engagement de deux rapports en même temps est rendu impossible par le DCV (-> p. 28). [ ---> Schémas 18 & 22] 7) Afin d'optimiser le glissement nécessaire entre les pignons et ces couronnes E23, de fins disques E24 de largeur identique à la hauteur des gorges pourront être intercalés. [--> Schémas 18 & 22] FONCTIONNEMENT: Schémas 21 & 22. La couronne interne des pignons de l'arbre secondaire 1) Est usinée de façon à ce qu'ils comportent une surface de contact la plus grande possible avec l'axe secondaire (usure). 2) Possède un nombre identique ou deux fois supérieur (par rapport aux crabots eux-mêmes) de découpes à bords mousses afin de produire un passage de vitesse facile et sans à-coups. 3) N'est aucunement sollicitée au point mort ou quand le pignon n'est pas enclenché. L'ensemble AAC+AS+CIP : Schémas 21 & 22. 1) Lorsqu'un rapport est en engagé, l'ensemble pignon - arbre secondaire - arbre â crabots est parfaitement engrené et tourne à la même vitesse. 2) L'ajustement de l'arbre à crabots avec l'arbre secondaire est optimal afin d'assurer un glissement parfait et une absence de jeu entre ces deux pièces. 3) Quel que soit le couple subi par cet ensemble, la résistance à l'effet de torsion et à l'écrasement est assurée par l'ajustement des différentes pièces, par l'arête reliant les crabots (affleurant la surface de l'arbre secondaire) et par la couronne interne du pignon. APPLICATIONS 1) Usinage assez simple. 2) Le changement de rapport se fait par déplacement interne de l'arbre à crabots, sans fourchettes ni crabots multiples. 3) Ce mécanisme est invisible car masqué par les pignons et les couronnes d'espacement. 4) L'usinage des crabots El 6 est à préciser afin d'assurer un compromis idéal entre douceur des changements de rapport et résistance mécanique maximale. 5) A priori, une forme triangulaire à bords d'attaque évasés (à la fois sur les crabots et sur la CIP) afin de permettre une introduction facile du crabot, semble être la plus appropriée. [--> Fig.b Schéma 23] DISPOSITIF DE CHANGEMENT DE VITESSE HYDRA ULIOUE. (D.C.V.) Plus classique, elle permet la chronologie classique de changement de vitesse : R-N-1-2-3-4-5 ... CARACTERISTIQUES : Schémas 24 & 25. 1) Le DCV est composé de deux parties s'imbriquant parfaitement et permettant l'introduction et le déplacement interne de E I 5. L'usinage de ces différentes pièces (El 5 & faces internes du DCV) est réalisé de telle façon que E l 5 se comporte comme un piston à l'intérieur du DCV. 2) Il utilise P l l de l'arbre à crabots et un système de capteurs et de verrouillage mécanique disposés dans E25. 3) Le dispositif se trouve à l'extrémité de l'arbre à crabots (AAC) et fonctionne lui aussi grâce au fluide sous pression. 4) On peut noter que le crabot double permet de diminuer de moitié le déplacement latéral de cet arbre, et par conséquent limite l'encombrement du DCV. 5) Le déplacement doit être d'une grande précision (afin d'empêcher tout chevauchement entre deux pignons) aussi la partie P l l de l'AAC est parcourue à intervalle régulier d'usinages circulaires {USIC@ permettant un verrouillage par des billes insérées dans E25 (et par conséquent un parfait positionnement par rapport aux pignons) tout en autorisant un mouvement rotatif de P 11. 6) Les contacteurs logés dans E25 utilisent également ces USIC afin de renseigner le microprocesseur gérant le DCV du déplacement de l'arbre à crabots FONCTIONNEMENT: Schémas 24 & 25. 1) Les contacteurs électroniques contenus dans E25 renseignent le microprocesseur gérant le DCV ; celui-ci contrôle la centrale hydraulique (interruption du flux lorsque le changement de rapport est effectué) et empêche le fonctionnement de l'embrayage tant que le rapport n'est pas complètement enclenché. 2) Les systèmes E25 pourront être multiples et fonctionner de façon parallèle afin d'éliminer une information erronée de l'un d'entre eux (sécurité). 3) Les séquences électroniques de montée ou de descente des rapports données par ces mêmes contacteurs permettent au système d'anticiper le moment d'interrompre le flux Ordre de montée: 010-100-000-001-010. Ordre de descente: 010-001-000-100-010. 4) Il est à noter que El 5 tourne à la même vitesse que l'AS + AAC (bien que l'on puisse sans difficulté envisager un mécanisme permettant une rotation libre de El 5 par rapport à P 11). 5) L'étanchéité de ce système peut être de moyenne qualité car il fonctionne dans un carter étanche (coût de construction). APPLICATIONS 1) Conception simple et construction peu coûteuse. 2) Fonctionne grâce au même circuit hydraulique que pour le DEC, les DFP, ... 3) Contrôle électronique indispensable afin d'empêcher que deux rapports puissent être enclenchés en même temps. 4) Les Schémas 26 à 34 précisent le fonctionnement du DCV et le déplacement de l'arbre à crabots par rapport aux pignons de l'arbre secondaire. [Exemple choisi : boîte de vitesse à 6 rapports] DIFFÉRENTIEL A FRICTION PROGRAMMÉE. (D.F.P.) CARACTÉRISTIQUES : Schémas 35 à 39. * Parties : Schémas 35 & 39. P22 : à la manière de P3, elle est parfaitement lisse mais parcourue en son centre par un chenal communiquant avec l'extérieur par de multiples orifices percés de manière radiaire (selon le même principe que pour le DEC). P23 : elle est cannelée et reçoit l'ensemble des disques à usinage externe ou interne. Seuls ces derniers en sont solidaires en rotation. P24 : palier servant également à l'arrivée de liquide sous pression destiné au fonctionnement du dispositif (comme P2 de l'AP). P25 : carter ajouré sur l'ensemble de sa surface, accueillant les deux dispositifs DFP. P26 : palier classique (facultatif). P27 : roue dentée ou conique selon le mécanisme choisi. * Eléments particuliers : Schémas 35 & 36. E26 : partie s'emboîtant dans P22 et sur laquelle se fixe l'arbre de roue ou tout autre procédé destiné à transmettre un mouvement rotatif. E26 et P22 sont totalement solidaires. E27 : butée fixe (par tout procédé existant) par rapport à P22123. E28 : piston du DFP, finement percé en son centre afin de permettre une lubrification de son extrémité conique. E29 : disques à usinage interne solidaires de P23 (libres par rapport à P25). E30 : disques à usinage externe solidaires de P25. (libres par rapport à P23). E31 : dernier élément venant terminer l'assemblage d'un DFP, comprimant le ressort et fixé (par vissage ou tout autre procédé) à P25 dont il est parfaitement solidaire. * Coupes C15 : voir C3, Schéma 3. (sans les cannelures) C16 : détails de l'usinage externe et interne de P23. [ --> Schéma 36] C17 : détails de l'usinage externe de P23 et du logement de E28. [@ Schéma 36] C18 : coupe passant par P25. [--> Schéma 37] C19 : coupe passant par P24. [@ Schéma 38] FONCTIONNEMENT I#> D'une conception toute nouvelle, le DFP utilise essentiellement des disques de friction et peut être couplé avantageusement à des capteurs de type ABS. L'ensemble du différentiel classique avec ces satellites disparaît au profit d'un cylindre (P25), cloisonné en son centre, le divisant en deux parties droite et gauche 1) Ce cylindre est entraîné par un moteur ou une boite de vitesse au moyen d'une couronne dentée P27 (centrale ou excentrée). 2) Les deux pièces E26 recevant les demi-arbres de roue (ou équivalents) sont solidaires du cylindre par l'intermédiaire de disques de friction, une moitié de ces disques étant solidaire du cylindre P25 et l'autre de P23 et donc de E26. 3) Un ressort de type hélicoïdal, au tarage prédéterminé (en fonction de la puissance et du couple moteur ainsi que du poids du véhicule ou de l'engin), génère une pression constante et suffisante à l'entraînement des arbres de roue sans perte de couple (absence de glissement entre les disques). 4) Des pistons hydrauliques E28 diminuent cette contrainte par compression des ressorts afin de réaliser un glissement contrôlé des disques entre eux et donc de permettre une diminution du couple transmis à la roue concernée. 5) Afin d'assurer un fonctionnement optimal de ce système, E28 est finement percé en son centre afin de permettre une lubrification de son extrémité conique. 6) Le jeu qui pourrait exister entre le piston E28 et son réceptacle dans P25 (ce qui entraînerait un fonctionnement erratique du DFP) est annihilé par le fait que le système est constamment sous pression (lubrification du palier) entraînant un rattrapage constant de ce jeu, à la façon des poussoirs hydraulique de soupapes. 7) Le très discret recul de l'ensemble P22/P23/E26 par rapport à P25 pourrait poser deux problèmes a. perte de l'alignement des orifices de P22 par rapport au palier, empêchant la circulation du fluide. b. augmentation des contraintes sur l'arbre de roue (ou tout autre système) due au recul de E26. En réalité, ce déplacement est presque virtuel puisque le DFP jouera essentiellement sur la contrainte exercée par les ressorts et non pas sur le recul éventuel de P22/P23. De plus, s'il s'agit d'un arbre de roue, le mouvement des suspensions rend obligatoire un système d'adaptation de la longueur totale de cet arbre (généralement par les cardans) il suffira d'en tenir compte. De la même manière, l'ajustement nécessaire au bon fonctionnement du circuit hydraulique n'en sera pas perturbé. HISTORIQUE Afin de bien assimiler l'intérêt du DFP, il faut rappeler brièvement le fonctionnement du différentiel classique à satellites Celui-ci permet aux roues, intérieure ou extérieure à un virage, de tourner à des vitesses de rotation différentes (rayons de courbures différents) et de ce fait limite l'usure des pneumatiques et surtout des transmissions, tout en améliorant la tenue de route. En revanche, il possède certains effets pernicieux a. il ne diminue pas le sous-virage en utilisation courante. b. sur les véhicules à propulsion, il peut entraîner un violent sur- virage en cas d'excès d'optimisme du conducteur (patinage de la roue intérieure). c. ce mécanisme est relativement lourd et fragile car doté d'un jeu assez important entre ses différents constituants. INTERÊTS D U DFP : Schéma 38. 1) En ligne droite, ce dispositif ne fonctionne pas ou à peine (larges courbes). 2) En virage, il diminue le couple moteur imposé à la roue interne par glissement des disques entre eux, et son action est variable selon le rayon de courbure : plus le rayon est petit et plus la diminution de couple transmis sera importante. 3) Sur terrain glissant, il peut déconnecter une roue ou à la demande, la rendre solidaire du cylindre réalisant ainsi un blocage de différentiel . 4) L'effet de sous-virage peut être variablement contrecarré en diminuant de façon importante la traction de la roue interne au virage (aspect totalement programmable). 5) Les informations fournies par des capteurs de type ABS sont nécessaires au fonctionnement optimal de ce système. 6) Le tarage des ressorts de ce système est à déterminer selon chaque type d'utilisation. 7) Montage simple: Schéma 39. a. E28 dans P23. b. empilage de E29 et de E30 en alternance. c. introduction de cet ensemble dans P25. d. fixation de E31 puis de E26. e. dépose et fixation du DFP complet sur ses paliers. Au total , de par sa conception, le DFP a. ne possède aucun jeu intrinsèque. b. est doté d'une grande résistance mécanique. c. améliore la tenue de route. APPLICATIONS En imaginant un fonctionnement élaboré de ce système, il peut permettre une aide non négligeable à la conduite (citadine ou sportive) 1) Action sur les deux pistons E28 si le terrain est glissant ou en cas de démarrage trop violent : il réalise conséquemment un antipatinage. Fonction pouvant être couplée à celle jouant sur la gestion moteur (coupure d'allumage et/ou d'alimentation). 2) Action sur la roue interne au virage en phase d'accélération le couple étant diminué ou supprimé de ce côté, la traction effectuée par la roue externe entraîne une diminution du sous-virage. 3) Action sur la roue externe au virage en phase de décélération le couple étant diminué ou supprimé de ce côté, le frein moteur exercé sur la roue interne entraîne également une diminution du sous-virage. 4) En utilisation intensive, une programmation des DFP variable selon l'angle de braquage du volant, de la vitesse et de la position de l'accélérateur offrira une aide non négligeable au conducteur ou au pilote. En résumé, il s'agit d'un système totalement modulable et très probablement doté d'une grande résistance. LEVIER DE CHANGEMENT DE VITESSE ET D'EMBRA YA GE CO UPLES. (P.P.L.) Le principe de ce levier repose sur un couplage sur la même commande â la fois du changement de vitesse et de l'embrayage. [--> Schéma p. 41 ] 1) Le changement de vitesse est de type séquentiel (déplacement postérieur pour monter les rapports - déplacement antérieur pour les descendre). 2) Après chaque manoeuvre, ce levier revient systématiquement en position intermédiaire. 3) En outre, en position intermédiaire, deux possibilités s'offrent au conducteur a. une pression simple et brève, antérieure ou postérieure, sur le levier déclenche respectivement le passage du rapport inférieur ou supérieur. b. une pression continue et plus ferme vers l'arrière entraîne un recul plus important du levier et donne la possibilité d'actionner l'embrayage. 4) Cette fonction de débrayage ou d'embrayage volontaire selon que l'on tire ou que l'on relâche le levier, est inopérante une fois que le véhicule a atteint une vitesse suffisante. DÉMARRAGE 1) Après passage du N en 1 ère (une impulsion postérieure), on applique une pression postérieure et constante sur le levier. 2) Tant que la pression exercée vers l'arrière n'est pas relâchée, le débrayage est complet. 3) A mesure que la pression sur le levier est relâchée, le levier se dirige lentement vers l'avant entraînant un embrayage progressif la manoeuvre est simple et facilement contrôlée par la main du conducteur. 4) Si le conducteur décide à tout moment de ne pas démarrer, il lâchera le levier qui reviendra en position intermédiaire et il effectuera une poussée vers la gauche et se retrouvera au point mort (le débrayage reste effectif tant que le véhicule ne se déplace pas). 5) Le passage au N ne peut se faire qu'après déplacement du levier sur la gauche (de façon volontaire) et en agissant sur une sécurité afin d'éviter un passage intempestif sur ce même rapport lors d'un rétrogradage ou lors d'une manoeuvre intempestive. Même si le conducteur insiste , le dernier rapport enclenché par les impulsions antérieures sera la 1 ère. ARRÊT Dans le cas où le véhicule roule et que son conducteur désire s'arrêter, une fois les rétrogradages d'usage effectués, une pression en arrière permettra le fonctionnement du débrayage permettant l'arrêt complet. Trois points sont à souligner a) l'arrêt peut se faire sans rétrogradage en utilisant le passage au N automatique : levier déplacé vers la gauche. b) une sécurité contenue dans le boîtier électronique assure un arrêt avec omission de débrayage sans pour autant caler le moteur: en effet, à partir d'une vitesse et d'un régime moteur minimum, le débrayage s'effectue automatiquement. c) ce même boîtier gèrera la pression exercée sur le dispositif d'embrayage afin d'éviter tout calage ou toute secousse intempestive. Cette commande d'embrayage est donc pilotée électroniquement. MARCHE ARRIERE 1) On procèdera de la même manière pour effectuer une marche arrière : les possibilités d'embrayage et les sécurités sont identiques. 2) En revanche, il faudra guider le levier vers la gauche et en arrière, et non pas dans l'axe du levier. 3) Dans ce cas, le levier reste bloqué dans cette position afin d'éviter toute fausse manoeuvre : une fois dans cette position, il suffit d'attirer le levier vers l'arrière pour actionner le débrayage. Le reste de la manoeuvre est superposable au démarrage. 4) Le retour en position intermédiaire entraîne automatiquement le passage en N . PASSAGE DES RAPPORTS; VÉHICULE EN CIRCULATION 1) Les impulsions antérieures ou postérieures entraînent le passage du rapport inférieur ou supérieur automatiquement par action sur le DEC et le DCV : le contrôle est entièrement géré par un boitier électronique. (sans aucune manoeuvre de débrayage) 2) Une possibilité de fonctionnement automatique peut être offerte : il suffira de déplacer le levier vers la droite (logement adéquat) afin de rendre l'ensemble Unikrab 2000 totalement automatique . SCHÉMAS A.: Position intermédiaire. B : Descente des rapports. C : Montée des rapports. D : Passage au N . E : Passage en R . (le débrayage n'est possible que dans les positions C & E ) APPLICATIONS 1) Mécanisme de changement de rapport de boîte quelle qu'en soit la nature. 2) Disparition de la pédale d'embrayage. 3) Choix entre commande volontaire (décrite ci-dessus) et automatisme complet (levier positionné à droite). 0 "Y 11 D CULA TION INTERNE DES FL UIDES. (CIE) PRINCIPES Le fonctionnement de ce concept nécessite deux types de paliers --> L'un est semblable à ceux utilisés pour les vilebrequins de moteur. @ L'autre fonctionne sous deux régimes de pression bien différents afin de transmettre cette élévation de pression à un système hydraulique. PNP : palier à pression normale. PHP : palier à haute pression. PHP : il assure deux fonctions. a. Lubrification en régime de pression normale. b. Transmission de l'augmentation de pression à des dispositifs de type DEC ou DFP ... en régime de haute pression, tout en maintenant la lubrification. {Le calibrage des pièces nécessaires à la réalisation de ces paliers prendra en compte ces caractéristiques } [@ remarque n 5, p. 10] PNP : semblable à ceux utilisés pour les paliers de vilebrequins. FONCTIONNEMENT: Schéma 40. 1) AP : un PNP (côté DEC) et un PHP (côté moteur) permettant d'actionner le DEC. (deux PNP, un PHP si double DEC) 2) AS: deux PNP, bien que l'on puisse l'envisager avec un PHP dans le but de générer une lubrification interne des pièces 3) DFP : deux PHP (au niveau de P24) pour son fonctionnement et éventuellement deux PNP (P26) facultatifs pour une résistance accrue. APPLICATIONS 1) Usinage assez simple. 2) Utilisation de la même huile que pour le moteur a. simplicité d'entretien. b. mise en température de la boite de vitesse rapide. c. augmentation de la surface de refroidissement : moteur et boîte. 3) Récupération de cette huile de façon habituelle, par gravité, puis réintroduction dans la pompe hydraulique, via un filtre évidemment. CONCLUSIONS. On peut très facilement imaginer un fonctionnement complètement automatique du concept Unikrab 2000 , le levier PPL n'en étant que l'aboutissement 1) Au démarrage, la pression exercée sur les disques d'embrayage étant fonction de la position d'ouverture des gaz a. friction très progressive générant un démarrage en douceur si l'accélérateur est peu sollicité. b. friction importante générant un démarrage en force si l'accélérateur est fort sollicité. 2) Passage des rapports plus ou moins rapide et à plus ou moins haut régime moteur selon la position de l'accélérateur, de la vitesse ou de la pression exercée sur les freins. 3) Rétrogradage automatique en 1ere à mesure que le véhicule ralentit jusqu'à l'arrêt (le régime de passage des rapports étant fonction de la vitesse de décélération) avec une sécurité empêchant tout sur- régime lors d'un rétrogradage rapide. 4) Rétrogradage complet au N (quel que soit le rapport enclenché) en déplaçant le levier sur la gauche. 5) Affichage clair du rapport engagé de type LED . 6) A l'arrêt, une pression suffisante sur la pédale des freins entraîne un débrayage complet qui va s'amenuiser à mesure que cette pression diminue, réalisant un démarrage en souplesse, pour peu que le couple moteur soit suffisant, ou après sollicitation de l'accélérateur. Là encore, une sécurité permet d'éviter tout calage intempestif. 7) Enfin, différents programmes peuvent être proposés en fonction de l'état de la route ou du style de conduite : ils influeront sur la douceur des commandes, la rapidité de passage des rapports de boite et de débrayage, l'efficacité des différentiels DFP ... Unikrab 2000 peut donc apporter une aide non négligeable à la conduite I. Embrayage automatique (disparition de la pédale). Il. Passage automatique des rapports : avantages de la boîte automatique et de la boîte mécanique réunis. III. Possibilité de commande au volant. IV. Rapidité de ces mécanismes selon la programmation choisie. V. Antipatinage. VI. Blocage de différentiel en terrain glissant (sur commande). VII. Diminution du sous-virage (programmation des DFP). Deux conditions techniques , simples à réunir, sont nécessaires à son fonctionnement A. Une gestion électronique de ces systèmes, de programmation à priori moins pointue que celle nécessaire à une gestion moteur. B. Un circuit d'huile dont la pression est modulable. VENDICATIONS l' 1) Nouveau concept de boîte de vitesses utilisable sur tout type de véhicules (au sens exhaustif du terme), qu'il soit civil ou militaire, de tourisme ou de compétition. Son champ d'application est vaste puisqu'il s'étend aussi bien aux véhicules qu'aux engins et machines, dès lors qu'une variation de vitesse et de couple est nécessaire. 2) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 1, Original en ce que sont intégrés dans un même espace : l'embrayage au complet, le dispositif de changement de rapport et les habituels pignons... 3) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 2, Novateur en ce qu'il entraîne les disparitions : du classique embrayage à sec et de son mécanisme de débrayage, des fourchettes, des crabots habituels, des multiples roulements (à billes ou à rouleaux ... ) et de la tringlerie nécessaire au changement de rapport. 4) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 2, Ayant pour caractéristique un engrènement permanent entre les pignons des arbres primaire et secondaire et surtout une liberté de rotation de ces mêmes pignons par rapport à leur arbre, qu'il soit primaire ou secondaire. 5) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 4, Bénéficiant au niveau de l'arbre primaire d'une liaison avec l'élément moteur se faisant par compression entre les différents pignons et les différents disques d'embrayage, grâce au mécanisme d'embrayage intégré (voir revendication 7). 6) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 4, Bénéficiant au niveau de l'arbre secondaire d'une liaison avec l'arbre primaire (et conséquemment avec l'élément moteur) se faisant par le seul pignon de vitesse engagé, devenu de ce fait solidaire de l'arbre secondaire par l'intermédiaire de l'arbre à crabots. Les autres pignons restent engrenés mais ne sont pas sollicités :ils sont fibres autour de leur axc. 7) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 2, Caractérisé par le fait que le dispositif d'embrayage (de type multi-disques à bain d'huile) est réparti entre chaque pignon de l'arbre primaire et que le mécanisme de débrayage est situé en bout d'arbre, agissant par l'intermédiaire d'un nouveau système hydraulique. 8) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 7, Inédit en ce que le passage d'un rapport de boîte à un autre s'effectue par translation de l'arbre à crabots coulissant à l'intérieur de l'arbre secondaire et dont les crabots font saillie à l'extérieur de cet arbre secondaire. 9) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 2, Particulier en ce que l'ensemble des systèmes le composant ne nécessite, une fois assemblé, aucun réglage grâce à sa conception et au fonctionnement entièrement hydraulique. Seul un usinage de qualité est requis. 10) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 9, Remarquable en ce que l'ensemble des systèmes fonctionne grâce à des fluides sous pression : leurs commandes n'en seront que plus douces. 11) Dispositif de boîte de vitesses selon la revendication 10, Autorisant, grâce à une gestion électronique, un fonctionnement entièrement automatique avec les avantages cumulés des boîtes automatique et mécanique. Cela apporterait une aide à la conduite non négligeable.