Brevet FR2810714A1 — publié le 20011228

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 'un pignon entrée 51, - un arbre intermédiaire 52 parallèle à l'arbre entrée 50 et pourvu d'un pignon d'entraînement 53 engrenant avec le pignon d'entrée 51 de l'arbre d'entrée 50 d'une série de pignons de changement de vitesse 54 à 58, - un arbre de sortie 59 coaxial à l'arbre 'entrée 50, susceptible d'être accouplé à celui-ci par moyens d'embrayages tels qu'un système à crabot 60 et pourvu d'une série de pignons de changement vitesse 61 a 65 engrenant avec les pignons 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 pignons avec arbre de sortie 59. Dans l'exemple illustré à la figure 1, les pignons de changement de vitesse 54 à 58 61 à 65 forment cinq engrenages (couples de pignons en prise) ayant chacun un rapport spécifique qui, combiné au rapport du couple formé par les pignons d'entrée 51 et 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 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 entrée 50 à l'arbre de sortie 59 et en débrayant tous les autres crabots 66 à 70 des engrenages de changement de vitesse. Dans une telle structure, existe une grande liberté pour assurer un étagement harmonieux des rapports de vitesse puisque chaque couple de pignons n'influence d'aucune manière le rapport de transmission des autres couples de pignons (à l'exception couple 51-53 qui définit un rapport de transmission constant s'appliquant en multiplicateur de tous autres rapports indépendants). La figure 2 représente un faisceau de droites ayant une origine commune les rapports de transmission d'une boîte de vitesses ici à six vitesses (abscisse . échelle proportionnelle au nombre de tours d'entrée de la boîte ; ordonnée : échelle proportionnelle au nombre de tours de sortie de la boite). Il est connu de l'homme de métier d'organiser les rapports entre eux pour obtenir un étagement harmonieux de ceux-ci. Cette harmonie qui conduit à l'obtention d'une boîte de vitesse souple se traduit par la courbe C représentée à la figure 2, courbe qui relie les points de passage d'un rapport rapport adjacent pour un nombre de tours déterminé à l'entrée de la boîte. La courbe C' est, cette figure, l'illustration d'un étagement de rapport qui ne convient pas pour une boîte de vitesses de véhicule automobile. Les rapports en question sont représentés par le faisceau de droite en trait mixte. On comprend ainsi que la liberté dans le choix des rapports qui permet la structure d'une boîte de vitesses conforme à la figure 1, permet d'obtenir aisément un étagement qui satisfait à la forme de la courbe C. Lorsqu'on veut augmenter nombre de rapports d'une boîte de vitesses, la solution la plus simple est d'augmenter, dans l'architecture de boîte représentée à la figure 1, le nombre de couples de pignons. Cette modification présente cependant l'inconvénient majeur d'augmenter l'encombrement axial de la boîte si bien qu'il devient impossible de l'utiliser, associée à un moteur transversal dans un petit véhicule à traction avant où le critère d'encombrement est primordial puisque la place disponible pour l'ensemble moteur - embrayage boîte de vitesses est tributaire de la largeur du train avant. C'est pourquoi on ne trouve jamais de boîtes de vitesses à six rapports telles que celles représentées à la figure 1 sur de tels véhicules. I1 existe d'autres architectures possibles pour une boîte de vitesses, par exemple à six rapports (de marche avant). La figure 3 en est un exemple. Ainsi, un pignon d'entrée 23 est porté par un arbre d'entrée 37 et en est solidaire en rotation. Ce pignon engrène en permanence avec un pignon 22 qui est calé en rotation sur un arbre 21 secondaire parallèle à l'arbre 37. Le pignon d'entrée 23 peut être accouplé de façon débrayable à un arbre intermédiaire 24 de même axe. Cet arbre intermédiaire 24 est creux et monté libre en rotation sur le second arbre d'entrée 37. L'accouplement débrayable du pignon 23 avec l'arbre intermédiaire 24 peut être par exemple réalisé au moyen d'un système à crabots 25. L'arbre intermédiaire 24 est pourvu de trois pignons de changement de vitesses 26, 27 et 28 qui lui sont accouplés de façon permanente. Ces pignons 26, 27, 28 engrènent de façon permanente avec trois pignons de changement de vitesses correspondants 29, 30 et 31 qui sont montés pour tourner librement autour de l'axe de l'arbre 21 et qui sont susceptibles d'être accouplés de façon débrayable à un arbre de sortie 32 coaxial à l'arbre 21. L'accouplement débrayable de chacun des pignons des changements de vitesses 30, 31 avec l'arbre de sortie 32 peut par exemple être réalisé au moyen d'accouplements à crabots 33, 34, Le pignon de changement de vitesses 29 peut etre accouplé façon débrayable à l'arbre 21, indépendamment de son accouplement - débrayage à l'arbre de sortie 32. L'accouplement - débrayage du pignon 29 avec l'arbre 21 peut par exemple être réalisé au moyen d'un système à crabots 3 . Avec cette structure de boîte, il est possible d'utiliser comme arbre d'entrée soit un prolongement extérieur de l'arbre 21, soit l'arbre 37. Lorsque l'on utilise l'arbre 37 comme arbre d'entrée situé du même côté que l'arbre de sortie 3 ce qui est généralement la disposition la plus favorable dans le cas d'un véhicule à moteur transversal à traction avant, on obtient six rapports de transmission qui sont illustrés par les schémas 4A à 4F. Pour raisons de clarté des schémas, qui sont autant de reproductions de la figure 3, on n'a pas repris les références de cette figure 3. Chacun de ces schémas présente en trait gras la chaîne de transmission correspondant au rapport particulier qu'il illustre. Ainsi, à la figure 4A, la chaîne de transmission est formée entre les arbres 37 et 32 par la succession des éléments en prise suivants : 37, 23, 22, 21, 36, 29, 26, 24, 27, 30, 34 et 32, ces références étant celles portées à la figure 3. La chaîne de transmission de la figure 4B est formée par les éléments suivants . 37, 25, 24, 27, 30, 34, 32, Celles de la figure 4C, par : 37, 23, 22, 21, 36, 29, 32, Celles de la figure 4D par : 37, 23, 22, 21, 36, 29, 26, 28, 31, 35, 32, Celles de la figure 4E par : 37, 25, 24, , 29, 32, Et enfin celles de la figure 4F par . , 25, 28, 31, 35, 32. On comprend que dans une telle structure, contrairement à une boite de vitesses conforme à la figure 1, les couples de pignons ne définissent un seul rapport mais sont impliqués dans la définition de plusieurs d'entre eux. Ainsi, le couple de pignons , 31 definit le rapport de la figure 4F et intervient dans la définition du rapport de la figure 4D. De même, le couple pignons 26, 29, par exemple définit le rapport de la figure 4E et intervient dans la définition des rapports figures 4D et 4A. La présente invention a pour objet une boîte à six vitesses obtenue par diverses combinaisons de couples de pignons qui soient harmonieuses au sens de l'homme de metier tel que rappelé ci-dessus. A cet effet la boîte de vitesse à six rapports transmission selon l'invention comporte un arbre d'entrée, un pignon solidaire de l'arbre d'entrée et engrénant en permanence avec un pignon calé sur un arbre secondaire parallèle à l'arbre d'entrée, un arbre intermédiaire parallèle à l'arbre d'entrée sur lequel sont calés trois pignons, un arbre de sortie coaxial à l'arbre secondaire et pourvu de trois pignons, chacun de ces pignons engrénant en permanence avec le pignon correspondant de l'arbre intermédiaire et des moyens d'accouplement débrayables prévus entre l'arbre d'entrée et l'arbre intermédiaire, entre chaque pignon de l'arbre de sortie et ce dernier, et entre l'un des pignons de l'arbre de sortie et l'arbre secondaire, permettant ainsi de réaliser entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, six chaînes de transmission de rapports différents. Selon une caractéristique principale de l'invention, pour un facteur de progression déterminé entre rapport de transmission le plus faible et celui immédiatement supérieur, la progression rapports à partir troisième dans l'ordre croissant, est une progression géométrique de raison sensiblement égale à la racine carrée du facteur de progression susdit. Grâce à cette caractéristique, boîte de vitesses a un comportement harmonieux au moins entre ses deux rapports les plus bas et ses quatre rapports les plus élevés, la progression entre le deuxième et le troisième rapport étant laissée au choix constructeur de la boîte mais étant d'un facteur compris entre le facteur de progression du premier vers deuxième rapport sa racine carrée. Ce facteur ainsi borné détermine position des points et A2 de la figure 2 sur la courbe C et donc les deux segments inférieurs de cette courbe, l'angle qu'ils forment entre eux et qu'ils forment avec la partie sensiblement verticale de la courbe C correspondant à la progression géométrique des rapports supérieurs. Alors que . - 1a figure 1 représente une boîte de vitesses à six rapports avec six couples de pignons à décrites, - la figure 2 est une représentation graphique d'un étagement harmonieux et d'un étagement non satisfaisant de ces rapports de vitesses comme expliqué ci-dessus, - la figure 3 représente une boite de vitesses à six rapports quatre couples de pignons, - les figures 4A à 4F sont des schémas relatifs aux chaines de transmission de la boîte de figure 3, - la figure 5 est une représentation graphique de deux exemples particuliers de l'étagement des rapports obtenus en application des caractéristiques de l'invention. Pour établir ces deux exemples, on est parti d'une boîte à cinq vitesses d'un véhicule du marché dans laquelle le premier rapport de transmission égal à environ 0,3 et le second rapport égal à environ ,53. On s'est fixé comme objectif d'être au plus près cette boîte connue, ce qui a conduit à choisir un nombre de dents par couple de pignons égal à 51 dans le premier exemple et à 50 dans un second exemple (on rappellera que dans une boîte de vitesses, la somme des dents portées par deux pignons en prise est constante pour chaque couple de pignons). A partir de ces hypothèses, et de règle d'étagement de l'invention, on est parvenu aux données suivantes pour les pignons de chacune des deux boîtes de vitesses ces pignons portant les références de la figure 3. Réf. Pignon 22 23 29 26 30 27 28 (Fig. 3) Nombre de dents 30 21 24 27 34 17 30 (Boite 1) Nombre de dents 28 22 22 28 32 18 31 (Boite 2) i Ceci conduit à l'obtention des rapports suivants (le plus petit rapport correspond à la chaîne de transmission de la figure 4A et le plus grand à celle de la figure 4F) . 1 2 3 4 5 6 RAPPORT Boîte 1 I 0,31 1 0,5 0,7 0,889 1,125 ,429 (51 dents) i Boite 2 0,347 % 0,562 0,785 1 1, I 1,631 (50 dents) i courbes C1 et C2 de la figure sont les images de ces étagements, la courbe C1 correspondant a la boîte 51 dents et la courbe C2 correspondant à la boîte à 50 dents, et on constate qu'elles sont de la forme de la courbe C de la figure 2 représentative d'un étagement harmonieux des rapports d'une boîte à six vitesses. Le facteur de progression entre les deux premiers rapports a pour valeur 1,612 dans la boîte de vitesses à couples de pignons à 51 dents, et 1,619 dans la boîte de vitesses à couples de pignons à 50 dents. Sa racine est donc sensiblement égale à 1,27 pour les deux boîtes. Alors que pour la boîte à 51 dents, le choix du nombre total de dents par couple de pignons a permis de respecter de manière précise la règle d'étagement (la raison de la progression est bien de 1,27 entre les quatre derniers rapports), pour la boîte à 50 dents, la raison de la progression entre les rapports 5 et 6 est de 1, 28, ce qui reste acceptable dans ce type de boîte de vitesses. On notera enfin que le facteur de progression entre le deuxième et le troisième rapport (entre 0,5 et 0,7) est de 1,4 pour la boîte à 51 dents, c'est-à-dire compris entre 1,612 et 1,27 alors que le facteur de progression entre ces mêmes rapports pour la boîte à 50 dents est de 1,39. Ainsi, pour construire une boîte de vitesses harmonieuse ayant six vitesses d'avancement obtenues par quatre couples de pignons comme illustré à la figure 3, l'invention propose de choisir le premier rapport de transmission, de choisir un facteur de progression entre ce premier rapport et le second rapport de transmission, d'en extraire la racine carrée ce qui détermine la raison de la progression géométrique des quatre derniers rapports et de choisir un facteur de progression entre le second et le troisième rapport compris entre la valeur de ce premier facteur de progression et de sa racine carrée. En d'autres termes et de manière plus générale, avec la boîte de vitesses de la figure 3, en appelant R1 le rapport de transmission entre les pignons 22 et 23 (22/23), R2 le rapport de transmission entre les pignons 29 et 26 (29/26), R3 le rapport de transmission entre les pignons 30 et 27 (30/27), R4 le rapport de transmission entre les pignons 31 et 28 (31/28), une boîte de vitesse conforme à l'invention est celle qui satisfait les relations suivantes R2 = R4 x n ; R1 = R2 x n2 ; R3 = R1 x m dans lesquels n2 est le facteur de progression entre le premier et le second rapport de transmission de la boîte de vitesses correspondant respectivement aux schémas 4A et 4B et m, le facteur de progression entre le second et le troisième rapport de transmission de cette boîte (respectivement schéma 4B et schéma 4C) compris entre n et n2. On obtient ainsi des valeurs théoriques de rapports de transmission qu'il convient de convertir en nombre de dents sur les pignons dont on aura déterminé par ailleurs le module en fonction de l'entraxe des arbres de la boîte de vitesse et de la puissance à passer au travers des pignons. Bien entendu, plus le nombre de dents mis en oeuvre sera important dans chaque couple de pignons, plus on s'approchera avec précision de la valeur théorique des rapports déterminés mais à l'inverse plus on augmentera, pour un module déterminé, la distance entre les deux arbres de la boîte de vitesse. La détermination des rapports de cette boîte et des pignons qui les assurent sera donc un compromis entre la précision de ces rapports par rapport à leur valeur théorique et l'encombrement de la boîte de vitesse dicté par l'entraxe de ses deux arbres. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesse à six rapports de transmission comportant un arbre d'entrée (37), un pignon (23) solidaire de l'arbre d'entrée (37) et engrenant en permanence avec un pignon (22) calé sur un arbre secondaire (21) parallèle à l'arbre d'entrée un arbre intermédiaire (24) parallèle à l'arbre d'entree (37) sur lequel sont calés trois pignons (26, 27, 28), arbre de sortie (32) coaxial à l'arbre secondaire (21) est pourvu trois pignons (29, 30, 31), chacun de pignons engrénant en permanence avec le pignon correspondant (26, 28) de l'arbre intermédiaire et des moyens accouplement débrayables (25, 36, 33, 34, 5), prévus entre l'arbre d'entrée (37) et l'arbre intermédiaire ), entre chaque pignon (29, 30, 31) de 'arbre de sortie (32) et ce dernier, et entre l'un des pignons (29) l'arbre de sortie (32) et l'arbre secondaire (21) permettant ainsi de réaliser entre l'arbre d'entrée (37) l'arbre de sortie (32) six transmissions rapports différents, caractérisée en ce que pour un facteur de progression (n2) déterminé entre le rapport de transmission le plus faible et celui immédiatement supérieur, la progression des rapports à partir du troisième dans l'ordre croissant est une progression géométrique de raison sensiblement égale à la racine carrée (n) du facteur de progression (n2) susdite. 2. Boîte de vitesse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le facteur de progression (m) entre le second et le troisième rapport de transmission dans l'ordre croissant est compris entre le facteur de progression précédent (n2) et la raison de la progression géométrique susdite. 3. Boîte de vitesse selon la revendication 2, caractérisée en ce que R1 étant le rapport de transmission entre les pignons (22) de l'arbre secondaire le pignon d'entrée (23), R2 étant rapport de transmission entre le premier pignon de sortie (29) et le premier pignon intermédiaire (26), R3 étant rapport de transmission entre le second pignon de sortie (30) et le second pignon intermédiaire (27), R4 étant rapport de transmission entre le troisième pignon de sortie (31) et troisième pignon intermédiaire (28), rapports susdits satisfont à la règle d'étagement théorique suivante R2 = R4 x n R1 = R2 x n 2 = R4 x n3 R3 = R1 x m avec (n) et (m) ayant la définition des revendications précédentes.