Brevet FR2821652A1 — publié le 20020906

DISPOSITIF DE COUPLAGE PAR CONE DE FRICTION POUR BOITE DE VITESSES La présente invention se rapporte aux synchroniseurs de boîte de vitesses mécaniques. Plus précisément, elle concerne un dispositif de couplage d'un pignon fou avec un arbre de boîte de vitesses comportant un moyeu fixe sur ledit arbre, un baladeur libre en rotation sur le moyeu, des moyens de couplage entre le baladeur et le pignon, propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre et du pignon et à transformer le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale sur le pignon de façon à transmettre eux-mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon. Les synchroniseurs équipant les boîtes de vitesses mécaniques présentent généralement des cônes de friction assurant l'égalisation par frottement, des vitesses d'un arbre de boîte et d'un pignon fou. Selon une disposition habituelle dans ce domaine, les synchroniseurs comportent un manchon baladeur, se déplaçant sous la commande d'une fourchette le long d'un moyeu claveté sur un arbre de boîte. Ce baladeur est muni de dents venant craboter la denture d'un pignon fou après avoir traversé celle d'un anneau de synchronisation. Par la publication FR 2764956, on connaît un synchroniseur de type particulier, dit à cônes de frottement auto-bloquants , où le baladeur ne présente pas de denture de crabotage, mais où les anneaux de synchronisation transforment le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale contre un pignon, de façon à transmettre eux-mêmes le couple moteur entre le moyeu et le pignon, en exerçant sur celui-ci une pression constante. Une telle disposition permet notamment de réduire la longueur totale réservée, sur l'arbre primaire de la boîte, au déplacement des baladeurs, et de supprimer les croquement dans la commande de passage des vitesses, qui sont très critiquées par les utilisateurs. Toutefois le synchroniseur décrit dans cette publication conserve un encombrement relativement important dès lors que les surfaces de frottement sont dimensionnées pour faire passer des couptes é ! evés. La présente invention vise a augmenter la capacité en couple d'un synchroniseur ci baladeur dans lequel les moyens de synchronisation transforment le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale sur le pignon de façon à transmettre eux- mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon. Dans ce but elle propose que les moyens de couplage disposés entre le baladeur et le pignon soient constitués par un ensemble de synchronisation multi-cônes dont un anneau supérieur est solidaire du moyeu, un premier anneau intermédiaire est solidaire du pignon, un second anneau intermédiaire est solidaire du moyeu et enfin un anneau inférieure est solidaire du pignon. L'anneau supérieur est solidaire du moyeu par l'intermédiaire de dents à flancs inclinés en forme de dièdre qui permettent la transformation du couple transmis entre le moyeu et l'anneau supérieur en poussée axiale sur l'anneau. Le deuxième anneau intermédiaire est solidaire du moyeu par l'intermédiaire de dents à flancs parallèles à l'axe de rotation et ne créent pas de poussée axiale induite sur l'anneau. De même, le premier anneau intermédiaire ainsi que l'anneau inférieur sont solidaires du pignon fou par l'intermédiaire de dents à flancs parallèles. Les contacts coniques entre les différents anneaux sont indépendants et peuvent être différents. Notamment l'angle de cône de contact de l'anneau supérieur et du premier anneau intermédiaire est choisi de manière à optimiser la transformation du couple transmis en poussée axiale. Pour améliorer les performances d'un tel dispositif de couplage, et diminuer les dissipations d'énergie par frottement entre les cônes de synchronisation non sollicités (qui ont une incidence non négligeable sur le couple de traînée global de la transmission par l'effet d'auto engagement), l'invention prévoit également que l'anneau supérieur au repos soit repoussé vers le moyeu, pour offrir un maximum d'espace aux interfaces des anneaux. 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 coupe axiale du dispositif de synchronisation et de couplage en position repos ; - la figure 2 est une coupe axiale du dispositif de synchronisation et de couplage en position accouplée ; - la figure 2A est une coupe selon A-A de la figure 2 - la figure 2B est une coupe selon B-B de la figure 2 - ! a figure 3 est une vue de face du moyeu seul ; - ! a figure 3A est une coupe selon A-A de la vue 3 - ta figure 3B est une coupe selon B-B de la vue 3 et, - ! a figure 4 représente une rondelle mentionnée sur la figure 1 et 2 On voit sur la figure 1 l'ensemble d'un dispositif 10 pour la synchronisation et le couplage en rotation d'un pignon fou 20 à rotation sur un arbre 30 d'une boîte de vitesses de véhicule automobile (non représentée). Dans la description qui va suivre, le dispositif 10 présente une symétrie de conception par rapport à un plan vertical médian qui permet la synchronisation et le couplage d'un deuxième pignon fou 20. Il ne sera par conséquent décrit que la partie du dispositif permettant la synchronisation et le couplage du pignon fou situé à droite. Conventionnellement, en ce qui concerne la partie du dispositif qui est décrite en référence à la partie droite de la figure 1, l'arbre 30 comporte un épaulement 31 qui forme une butée axiale pour le pignon fou. Par symétrie le dispositif 10 possède une deuxième moyen d'arrêt axial qui est constitué par exemple d'une rondelle d'appui 32 et d'un jonc d'arrêt 33. De manière connue, le moyeu fixe 40 est entraîné en rotation par l'arbre 30 de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un jeu de cannelures intérieures 41. Il est retenu axialement par rapport à l'arbre 30 par des anneaux élastiques 35 qui sont reçus dans des gorges complémentaires de l'arbre 30. Le moyeu comporte deux séries d'évidements 42 et 43 a gauche et à droite dans sa périphérie, mis en évidence sur les figures 2A et 2B, qui sont destinés à transmettre le couple de synchronisation ou d'entraînement au moyen de couplage 100. Le pignon 20 est constitué d'un fût 21 guide du pignon sur l'arbre, d'une denture extérieure 22 d'engrènement avec un autre pignon fixe porté par un autre arbre (non représenté) et de cannelures 23 de liaison avec les moyens de couplage. Le moyen de couplage 100 est constitué d'un anneau conique supérieur 110 de deux anneaux coniques intermédiaires 120 et 130, d'un anneau conique inférieur 140, et d'un flasque 150 rapporté sur le pignon 20. Ce dernier est solidaire en rotation du pignon par les cannelures 151 coopérant avec les cannelures 23 du pignon, et possède a sa périphérie des évidements 152 destinés à assurer une liaison en rotation avec l'anneau intermédiaire 120 et l'anneau inférieur 140. Ces évidements coopèrent avec un nombre égal d'ergots de forme adapté 121 pour l'anneau intermédiaire 120 et 141 pour l'anneau inférieur 140. L'anneau supérieur 110 comporte un cône femelle 111 coopérant avec un cône ma ! e 121 du premier anneau intermédiaire 120. L'anneau supérieur possède dans sa partie centrale des crans à flancs inclinés 113 d'entraînement avec le moyeu 40, qui transmettent la totalité du coup le transitant dans cet anneau et permettent, par ! eur inchnaison adaptée, de transformer le couple en poussée axiale de l'anneau supérieur sur les autres anneaux. Le moyeu a une première série d'évidements 42 de forme conjuguée aux dents 113 de l'anneau supérieur. L'anneau de couplage intermédiaire 120 possède un deuxième cône femelle 123 en regard du cône male 131 du deuxième anneau intermédiaire 130, et des ergots 122 pénétrant dans les évidements 152 du flasque 150. L'anneau 130, comme dit précédemment, a une surface conique mâle extérieure 131 en vis-à-vis de la surface conique femelle 123 de l'anneau intermédiaire 120, et possède dans sa partie centrale des crans 133 à flancs parallèles d'entraînement avec le moyeu 40, qui transmettent la totalité du couple transitant dans cet anneau. Le moyeu a une seconde série d'évidements 43 de forme conjuguée aux dents 133 de l'anneau intermédiaire 130. Enfin, l'anneau inférieur 140, possède une surface conique ma ! e 142 en vis-à-vis de la surface conique femelle 134 de l'anneau intermédiaire 130 et des ergots 141 de couplage avec le flasque 150 dont les faces de contact sont parallèles a l'axe de l'arbre 30. Les surfaces coniques en vis-a-vis ont le même angle. De préférence, entre l'anneau inférieur 140 et l'anneau intermédiaire 130 d'une part et les anneaux intermédiaires 120 et 130 d'autre part, on choisira un angle donnant le plus de capacité en transmission de couple ; on choisira entre l'anneau supérieur 110 et l'anneau intermédiaire 120 un angle assurant le meilleur compromis entre le couple à transmettre et le taux conversion de couple en poussée axiale, autrement dit le taux d'assistance. Le dispositif décrit de façon non limitative comprend donc quatre anneaux indépendants dit non couplés qui participent en parallèle à la transmission globale du couple. La mise en service du dispositif de couplage, illustrée par la figure 2, est réalisée par le déplacement axial des anneaux et par la mise en contact des surfaces coniques en vis-à-vis à l'aide d'un baladeur 170 de type roulement à billes ou à rouleaux dont le déplacement axial est obtenu par la mouvement axial d'une fourchette (non représentée) qui encercle le roulement. Cette fourchette est mise en mouvement par un dispositif de commande qui la met en liaison avec des moyens de poussée quelconque (non représentés). Durant toute la phase de synchronisation et ensuite pendant la transmission du couple moteur, la poussée du baladeur doit être maintenue. C'est pourquoi le baladeur est du type roulement. Pour remettre au repos le dispositif il suffit d'annuler la poussée axiale du baladeur. Le dispositif de répulsion prend le relais pour le rendre amorphe. Ce dispositif est composé d'une rondelle ondulée 160 insérée entre deux rondelles plates 161, l'un prend appui sur le cône supérieur 110 et l'autre sur le moyeu par l'intermédiaire de l'anneau d'arrêt 162. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage (10) d'un pignon fou (20) avec un arbre 30 de boîte de vitesses comportant un moyeu (40) fixé sur ledit arbre, un baladeur (170) libre en rotation sur le moyeu (40), des moyens de couplage (110,120, 130,140 et 150) disposés entre le baladeur (170) et le pignon (20) propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre (30) et du pignon (20) et a transformer le couple transmis au moyeu (40) par l'anneau supérieur (110) en poussée axiale induite répercutée sur l'ensemble des anneaux de façon à coupler eux-mêmes par friction le moyeu et le pignon, caractérisé en ce que les moyens de couplage sont constitués par un ensemble de synchronisation multi-cônes (110,120 , 130, 140), dont l'anneau supérieur (110) est solidaire en rotation du moyeu (40) par l'intermédiaire de crans à flancs inclinés, dont l'anneau intermédiaire (130) est solidaire en rotation du moyeu (40) par l'intermédiaire de crans à flancs parallèles à l'axe de rotation, et dont l'anneau intermédiaire et l'anneau sont solidaires en rotation du pignon (20) par l'intermédiaire de du flasque (150). 2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise au repos du coupleur par un moyen d'écartement (160) 3. Dispositif (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce que entre l'anneau supérieur (110) et le moyeu (40) est disposé un moyen de répulsion composé d'un ressort type rondelle élastique (160) insérée entre deux rondelles plates (161), dont l'une prend appui sur le cône supérieur (110) et l'autre sur le moyeu par l'intermédiaire de l'anneau d'arrêt (162).