Brevet FR2831627A1 — publié le 20030502

L'invention concerne de manière générale les boîtes de vitesses pour véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne les boîtes de vitesses pour véhicule automobile comprenant un arbre primaire, un premier arbre secondaire, un premier pignon monté fou sur le premier arbre secondaire et entraîné en rotation par l'arbre primaire, et un premier synchroniseur permettant de synchroniser la vitesse de rotation du premier pignon avec la vitesse de rotation du premier arbre secondaire, ce premier synchroniseur comprenant un premier manchon de crabotage présentant la forme générale d'un cylindre de premier axe X-X', mobile en translation entre une position de repos dans laquelle le premier pignon et le premier arbre secondaire ne sont pas synchronisés et une position d'engagement dans laquelle le premier pignon et le premier arbre secondaire sont synchronisés. De nombreuses boîtes de vitesses de ce type comprennent des synchroniseurs doubles, dans lesquels deux pignons sont montés fous sur un arbre secondaire unique, chacun d'un côté d'un moyeu solidaire de cet arbre secondaire, le manchon de crabotage venant synchroniser l'arbre secondaire soit avec un pignon soit avec l'autre en se déplaçant d'un côté ou de l'autre du moyeu sous l'action d'une fourchette. Dans cette configuration, on trouve en général deux bagues de synchronisation, une de chaque côté du moyeu. La distance totale séparant les pignons ne peut donc pas être facilement raccourcie car elle est entre autre commandée par l'empilement des encombrements axiaux du moyeu et des bagues de synchronisation. Dans ce contexte, le but de l'invention est de rendre les boîtes de vitesses plus compactes en proposant un dispositif de synchronisation double d'encombrement réduit. A cette fin, l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci- dessus, est principalement caractérisée en ce que la boîte de vitesses comprend un second arbre secondaire, un second synchroniseur permettant de synchroniser la vitesse de rotation du premier pignon avec la vitesse de rotation du second arbre secondaire, ce second synchroniseur comprenant un second manchon de crabotage présentant la forme générale d'un cylindre de premier axe X-X', mobile en translation entre une position de repos dans laquelle le premier pignon et le second arbre secondaire ne sont pas synchronisés et une position d'engagement dans laquelle le premier pignon et le second arbre secondaire sont synchronisés, le premier manchon de crabotage étant lié en translation au second manchon de crabotage. Dans un mode de réalisation possible de l'invention, les premier et second arbres secondaires peuvent être coaxiaux et de premier axe X-X', le premier arbre secondaire, dit intérieur, traversant sur au moins une partie de sa longueur le second arbre secondaire, dit extérieur. De préférence, le premier synchroniseur, dit intérieur, peut être situé à l'intérieur du second synchroniseur, dit extérieur. Par exemple, le premier synchroniseur, dit intérieur, peut comprendre un moyeu intérieur solidaire de l'arbre secondaire intérieur, une bague de synchronisation intérieure solidaire en rotation du moyeu intérieur et axialement mobile par l'intermédiaire du premier manchon, dit intérieur, entre le moyeu intérieur et le premier pignon, le second synchroniseur, dit extérieur, comprenant une couronne à crabot, un moyeu extérieur solidaire du premier pignon, une bague de synchronisation extérieure solidaire en rotation du moyeu extérieur et axialement mobile par l'intermédiaire du second manchon, dit extérieur, entre le moyeu extérieur et la couronne à crabot, la couronne à crabot étant solidaire de l'axe secondaire extérieur. Avantageusement, le premier pignon et la couronne à crabot peuvent être disposés le long de l'arbre secondaire intérieur de chaque côté du moyeu intérieur. De préférence, le moyeu extérieur peut présenter la forme générale d'un cylindre creux de premier axe X-X' traversant le manchon extérieur, le synchroniseur intérieur étant logé à l'intérieur de ce cylindre. Par exemple, le moyeu extérieur peut comprendre au moins une encoche axiale du côté de la couronne à crabot. Avantageusement, le manchon extérieur peut porter sur une face radiale interne au moins un bec de fourchette d'orientation radiale, ce bec de fourchette traversant l'encoche axiale pour s'engager dans une gorge de fourchette portée par une face radiale externe du manchon intérieur. De préférence, le moyeu extérieur peut être venu de matière avec le premier pignon. Par exemple, la couronne à crabot peut porter un second pignon, le second pignon entraînant sélectivement en rotation l'arbre secondaire intérieur par l'intermédiaire d'un arbre de renvoi. Avantageusement, le synchroniseur intérieur peut être de type connu sous la dénomination anglo-saxonne New Process. De préférence, le synchroniseur extérieur peut être de type Borg Warner. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue éclatée en perspective d'un dispositif de synchronisation de la boîte de vitesses selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie du dispositif de synchronisation de la figure 1, et la figure 3 est une représentation schématique de la cinématique d'un mode de réalisation de boîte de vitesses incluant le dispositif de la figure 1. L'invention concerne une boîte de vitesses pour véhicule automobile comprenant un arbre primaire 2, un premier arbre secondaire 4 de premier axe X-X', un premier pignon 6 monté fou sur le premier arbre secondaire 4 et entraîné en rotation par l'arbre primaire 2, et un premier synchroniseur 20. De manière connue de l'homme du métier, ce premier synchroniseur 20 permet de synchroniser la vitesse de rotation du premier pignon 6 avec la vitesse de rotation du premier arbre secondaire 4. Ce premier synchroniseur 20 comprend un premier manchon de crabotage 22 présentant la forme générale d'un cylindre de premier axe X-X', mobile en translation entre une position de repos dans laquelle le premier pignon 6 et le premier arbre secondaire 4 ne sont pas synchronisés et une position d'engagement dans laquelle le premier pignon 6 et le premier arbre secondaire 4 sont synchronisés. Une description plus complète de ce premier synchroniseur sera donnée plus loin. Selon l'invention, la boîte de vitesses comprend également un second arbre secondaire 8 et un second synchroniseur 40 permettant de synchroniser la vitesse de rotation du premier pignon 6 avec la vitesse de rotation du second arbre secondaire 8. Les premier et second arbres secondaires 4 et 8 sont coaxiaux et s'étendent suivant le premier axe X-X'. Le premier arbre secondaire 4, dit intérieur, traverse sur au moins une partie de sa longueur le second arbre secondaire 8, dit extérieur. Le premier synchroniseur 20, dit intérieur, est situé à l'intérieur du second synchroniseur 40, dit extérieur. Cette disposition permet de réduire l'encombrement des synchroniseurs, mais empêche de déplacer le premier manchon de crabotage 22, dit intérieur, de façon classique, c'est-à-dire à l'aide d'une fourchette engagée dans une gorge périphérique du manchon 22. Ce problème est résolu de la façon indiquée cidessous. Le synchroniseur extérieur 40 comprend un manchon de crabotage extérieur 42 présentant la forme générale d'un cylindre de premier axe X-X', mobile en translation entre une position de repos dans laquelle le premier pignon 6 et l'arbre secondaire extérieur 8 ne sont pas synchronisés et une position d'engagement dans laquelle le premier pignon 6 et l'arbre secondaire extérieur 8 sont synchronisés. Ce manchon extérieur 42 est déplacé de manière classique par une fourchette, non représentée sur les figures. Le manchon de crabotage intérieur 22 est lié en translation au manchon de crabotage extérieur 42, par un moyen qui sera décrit plus bas. La même fourchette permet donc de déplacer les manchons de crabotages intérieur et extérieur 22 et 42 des synchroniseurs intérieur et extérieur 20 et 40. On va maintenant, en référence à la figure 1, décrire plus en détail la structure des premiers et second synchroniseurs 20 et 40. Le premier synchroniseur 20 est du type connu sous la dénomination anglo-saxonne New Process, bien connu de l'homme du métier. On en trouve une description par exemple dans le fascicule B 5 660 en date d'août 89 des Techniques de l'Ingénieur. Ce synchroniseur intérieur 20 comprend un moyeu intérieur 24 solidaire de l'arbre secondaire intérieur 4, une bague de synchronisation intérieure 26 solidaire en rotation du moyeu intérieur 24 et axialement mobile par l'intermédiaire du manchon intérieur 22 entre le moyeu intérieur 24 et le premier pignon 6. Le moyeu intérieur 24 comprend une partie en forme de disque 242 d'axe X-X'portant sur sa face radiale extérieure une denture de crabotage mâle 244. Le moyeu intérieur 24 est lié en rotation par des cannelures à l'arbre secondaire intérieur 4. Le manchon intérieur 22 porte sur une face radiale intérieure 222 une denture de crabotage femelle non représentée coopérant avec la denture de crabotage mâle 244 du moyeu intérieur 24. Le manchon intérieur 22 porte également sur une face radiale extérieure une gorge périphérique 228. La bague de synchronisation intérieure 26, en forme générale d'anneau d'axe X-X', est liée à une face axiale 230 du manchon intérieur 22 par l'intermédiaire d'une pluralité de barreaux d'armement 28 axiaux. Cette face axiale 230 est située en regard du premier pignon 6. La bague de synchronisation intérieure 26 porte une rampe de synchronisation 262 qui vient au contact d'une rampe de synchronisation complémentaire 62 portée par le pignon 6 quand la bague de synchronisation intérieure 26 est déplacée vers le pignon 6 par l'intermédiaire du manchon intérieur 22. Sous l'action du frottement entre les rampes de synchronisation 262 et 62, les vitesses de rotation d'une part du pignon 6 et d'autre part de l'ensemble formé par le moyeu 24, le manchon 22 et la bague de synchronisation 26, vont s'égaliser. Le manchon 22 est alors déplacé axialement jusqu'à sa position d'engagement par action de la fourchette sur le manchon extérieur 42 dont le manchon intérieur 22 est solidaire. Dans cette position, la denture de crabotage femelle du manchon intérieur est engagée avec une denture de crabotage mâle non représentée portée par le premier pignon 6, solidarisant en rotation le premier pignon 6 et le manchon intérieur 22, lui-même solidaire du moyeu 24. La désolidarisation du premier pignon 6 et du manchon intérieur 22 est effectuée selon le processus inverse, par action de la fourchette sur le manchon extérieur 42. Le synchroniseur extérieur 40 est du type Borg Warner, également bien connu de l'homme du métier, dont on peut trouver aussi une description dans le fascicule B 5 660 en date d'août 89 des Techniques de l'Ingénieur. Ce synchroniseur extérieur 40 comprend une couronne à crabot 44, un moyeu extérieur 46 solidaire du premier pignon 6, une bague de synchronisation extérieure 48 solidaire en rotation du moyeu extérieur 46 et axialement mobile par l'intermédiaire du manchon extérieur 42 entre le moyeu extérieur 46 et la couronne à crabot 44, la couronne à crabot 44 étant solidaire de l'axe secondaire extérieur 8. Le moyeu extérieur 46 est venu de matière avec le pignon 6. Dans une variante de réalisation, le moyeu extérieur 46 et le pignon 6 sont deux pièces distinctes, solidarisées de manière classique, par exemple par soudage, vissage, rivetage ou tout autre moyen. Le premier pignon 6 et la couronne à crabot 44 sont disposés chacun d'un côté axial opposé du moyeu intérieur 24. La bague de synchronisation extérieure 48 est disposée axialement par rapport au manchon extérieur 42 du côté de la couronne à crabot 44. Le moyeu extérieur 46 présente la forme générale d'un cylindre creux d'axe X-X'traversant le manchon extérieur 42, le synchroniseur intérieur 20 étant logé à l'intérieur de ce cylindre. Le moyeu extérieur 46 porte une denture mâle radiale 461 sur une face radiale extérieure, et une face intérieure 422 du manchon extérieur 42 porte une denture de crabotage femelle 424, engagée en permanence avec la denture mâle radiale 461 du moyeu extérieur 46, solidarisant ainsi en rotation le moyeu extérieur 46 et le manchon extérieur 42. La bague de synchronisation extérieure 48 comporte une rampe de synchronisation non représentée qui vient au contact d'une rampe complémentaire non représentée solidaire de la couronne à crabot 44 lorsque la bague de synchronisation extérieure 48 est poussée par le manchon extérieur 42. Sous l'action du frottement entre les rampes de synchronisation, les vitesses de rotation d'une part de la couronne à crabot 44 et d'autre part de l'ensemble formé par le moyeu extérieur 46, le manchon extérieur 42 et la bague de synchronisation extérieure 48, vont s'égaliser. Le manchon extérieur 42 est alors déplacé axialement par la fourchette, non représentée, engagée dans une gorge de fourchette 426, jusqu'à sa position d'engagement. Dans cette position, la denture de crabotage femelle 424 du manchon extérieur 42 est engagée avec une denture de crabotage mâle non représentée portée par la couronne à crabot 44, solidarisant en rotation la couronne à crabot 44 et le manchon extérieur 42, lui-même solidaire du moyeu extérieur 46 et du premier pignon 6. La désolidarisation de la couronne à crabot 44 et du manchon extérieur 42 est effectuée selon le processus inverse, par action de la fourchette sur le manchon extérieur 42. Il est important de souligner que la combinaison d'un synchroniseur intérieur 20 de type New Process et d'un synchroniseur extérieur de type Borg Warner offre des avantages. L'efficacité d'un synchroniseur dépend en grande partie de la surface de frottement des rampes de synchronisation. Une rampe de plus grand diamètre sera donc toujours meilleure qu'une rampe de même type mais de diamètre plus petit. Le synchroniseur intérieur étant forcément plus petit que le synchroniseur extérieur, le choix d'un modèle de synchroniseur intérieur possédant une bonne efficacité intrinsèque est bien adapté dans le contexte de l'invention. C'est bien le cas du synchroniseur New Process, dont le diamètre de surface de frottement est maximal, la bague de synchronisation étant située à l'extérieur de la denture de crabotage. Pour le synchroniseur extérieur, le choix d'un type Borg Warner est bien adapté, ce synchroniseur permettant un crabotage plus facile mais offrant une surface de frottement moins grande qu'un type New Process, ce dernier point étant compensé dans le cas de l'invention par le diamètre important du synchroniseur extérieur. Pour permettre de solidariser en translation les manchons de crabotage intérieur et extérieur 22 et 42, le moyeu extérieur 46 comprend plusieurs encoches d'orientations axiales 464 s'ouvrant du côté de la couronne à crabot 44. Le manchon extérieur 42 porte sur sa face radiale interne 422 un même nombre de becs de fourchette 428 d'orientations radiales, ces becs de fourchette 428 traversant chacun une encoche axiale 464 pour s'engager dans la gorge de fourchette 228 portée par la face radiale externe 226 du manchon intérieur 22. Ces becs de fourchettes 428 sont typiquement des ergots de section rectangulaire. On en compte typiquement trois, répartis de façon régulière sur la périphérie intérieure du manchon extérieur 42, mais rien n'empêche d'en prévoir plus. Comme on peut le voir sur la figure 2, les encoches axiales 464 s'étendent sur environ trois quart de la longueur axiale du moyeu 46. Elles présentent deux bords axiaux 465 et 466 opposés sensiblement parallèles. Grâce à cette disposition, quand on déplace le manchon extérieur 42 par l'intermédiaire de la fourchette dans la direction du premier pignon 6, la bague de synchronisation extérieure 48 ne bouge pas car elle est placée du côté opposé, mais le manchon intérieur 22 est entraîné par les becs de fourchette 428 vers le premier pignon 6. La synchronisation entre le premier pignon 6 et l'arbre secondaire intérieur 4 peut alors se faire. Quand on déplace le manchon extérieur 42 par l'intermédiaire de la fourchette dans la direction opposée, c'est-à-dire vers la couronne à crabot 44, l'ensemble constitué par le manchon extérieur 42, la bague de synchronisation extérieure 48, le manchon intérieur 22 et la bague de synchronisation intérieure 26 effectue une translation axiale vers la couronne à crabot 44. Un jeu suffisant est laissé entre le synchroniseur intérieur 20 et la couronne à crabot 44 pour qu'il n'y ait pas d'interférence entre ces deux pièces quand la bague de synchronisation extérieure 48 vient au contact de la rampe de synchronisation portée par la couronne à crabot 44. La synchronisation entre le premier pignon 6 et l'arbre secondaire extérieur 8 peut alors se faire. Comme on peut le voir sur la figure 3, cet agencement des synchroniseurs intérieur et extérieur 20 et 40 permet d'effectuer deux démultiplications avec un seul pignon 6, correspondant à deux rapports de la boîte de vitesses. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse pour des boîtes à six rapports et plus car elle permet de passer un nombre de rapports plus grand qu'une boîte traditionnelle sans augmenter l'encombrement. La figure 3 représente la cinématique d'un mode de réalisation d'une boîte de vitesses selon l'invention comprenant six rapports. On peut voir que l'arbre primaire 2 entraîne le premier pignon 6 à l'aide du pignon intermédiaire 7. Le dispositif de synchronisation référencé 90 sur la figure 3 comprend en fait les synchroniseurs intérieur 20 et extérieur 40 décrits ci-dessus. Ce dispositif de synchronisation 90, quand il est déplacé d'un premier côté, permet de transmettre le mouvement du premier pignon 6 directement à l'arbre de sortie 4, qui est l'arbre secondaire intérieur décrit plus haut. Quand le dispositif de synchronisation 90 est déplacé d'un côté opposé, il permet de transmettre le mouvement du premier pignon 6 à l'arbre secondaire extérieur 8. Un second pignon 9 est solidaire de la couronne à crabot 44 et de l'arbre secondaire extérieur 8. Ce second pignon 9 entraîne un premier pignon de renvoi 70, luimême solidaire d'un arbre de renvoi 72. Un second pignon de renvoi 74, également solidaire de l'axe de renvoi 72, entraîne un second pignon intermédiaire 76 solidaire de l'arbre de sortie 4. Un pignon de sortie 78 transmet le mouvement de rotation de l'arbre de sortie 4 à un pont 80. Cette chaîne cinématique permet donc au premier pignon 6 d'entraîner l'arbre de sortie 4 suivant deux chemins de passage différents. Comme le montre la figure 3, la boîte de vitesses peut également comprendre un deuxième dispositif de synchronisation 92, identique au dispositif de synchronisation 90, correspondant à deux autres rapports. Ce deuxième dispositif de synchronisation 92 peut également entraîner sélectivement l'arbre secondaire intérieur 4 ou l'arbre secondaire extérieur 8. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses pour véhicule automobile comprenant un arbre primaire (2), un premier arbre secondaire (4), un premier pignon (6) monté fou sur le premier arbre secondaire (4) et entraîné en rotation par l'arbre primaire (2), et un premier synchroniseur (20) permettant de synchroniser la vitesse de rotation du premier pignon (6) avec la vitesse de rotation du premier arbre secondaire (4), ce premier synchroniseur (20) comprenant un premier manchon de crabotage (22) présentant la forme générale d'un cylindre de premier axe X-X', mobile en translation entre une position de repos dans laquelle le premier pignon (6) et le premier arbre secondaire (4) ne sont pas synchronisés et une position d'engagement dans laquelle le premier pignon (6) et le premier arbre secondaire (4) sont synchronisés, caractérisée en ce que cette boîte de vitesses comprend un second arbre secondaire (8), un second synchroniseur (40) permettant de synchroniser la vitesse de rotation du premier pignon (6) avec la vitesse de rotation du second arbre secondaire (8), ce second synchroniseur (40) comprenant un second manchon de crabotage (42) présentant la forme générale d'un cylindre de premier axe X-X', mobile en translation entre une position de repos dans laquelle le premier pignon (6) et le second arbre secondaire (8) ne sont pas synchronisés et une position d'engagement dans laquelle le premier pignon (6) et le second arbre secondaire (8) sont synchronisés, le premier manchon de crabotage (22) étant lié en translation au second manchon de crabotage (42). 2. Boîte de vitesses suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les premier et second arbres secondaires (4) et (8) sont coaxiaux et de premier axe XX', le premier arbre secondaire (4), dit intérieur, traversant sur au moins une partie de sa longueur le second arbre secondaire (8), dit extérieur. 3. Boîte de vitesses suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le premier synchroniseur (20), dit intérieur, est situé à l'intérieur du second synchroniseur (40), dit extérieur. 4. Boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le premier synchroniseur (20), dit intérieur, comprend un moyeu intérieur (24) solidaire de l'arbre secondaire intérieur (4), une bague de synchronisation intérieure (26) solidaire en rotation du moyeu intérieur (24) et axialement mobile par l'intermédiaire du premier manchon (22), dit intérieur, entre le moyeu intérieur (24) et le premier pignon (6), le second synchroniseur (40), dit extérieur, comprenant une couronne à crabot (44), un moyeu extérieur (46) solidaire du premier pignon (6), une bague de synchronisation extérieure (48) solidaire en rotation du moyeu extérieur (46) et axialement mobile par l'intermédiaire du second manchon (42), dit extérieur, entre le moyeu extérieur (46) et la couronne à crabot (44), la couronne à crabot (44) étant solidaire de l'axe secondaire extérieur (8). 5. Boîte de vitesses suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le premier pignon (6) et la couronne à crabot (44) sont disposés le long de l'arbre secondaire intérieur (4) de chaque côté du moyeu intérieur (24). 6. Boîte de vitesses suivant la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le moyeu extérieur (46) présente la forme générale d'un cylindre creux de premier axe X-X'traversant le manchon extérieur (42), le synchroniseur intérieur (20) étant logé à l'intérieur de ce cylindre. 7. Boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le moyeu extérieur (46) comprend au moins une encoche axiale (464) du côté de la couronne à crabot (44). 8. Boîte de vitesses suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le manchon extérieur (42) porte sur une face radiale interne (422) au moins un bec de fourchette (428) d'orientation radiale, ce bec de fourchette (428) traversant l'encoche axiale (464) pour s'engager dans une gorge de fourchette (228) portée par une face radiale externe du manchon intérieur (22). 9. Boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que le moyeu extérieur (46) est venu de matière avec le premier pignon (6). 10. Boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisée en ce que la couronne à crabot (44) porte un second pignon (9), le second pignon (9) entraînant sélectivement en rotation l'arbre secondaire intérieur (4) par l'intermédiaire d'un arbre de renvoi (72). 11. Boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le synchroniseur intérieur (20) est de type connu sous la dénomination anglo-saxonne New Process. 12. Boîte de vitesses suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le synchroniseur extérieur (40) est de type Borg Warner.