Brevet FR2859004A1 — publié le 20050225

BOITE DE VITESSES COMPACTE A SEPT RAPPORTS DE MARCHE AVANT L'invention concerne une boîte de vitesses de véhicule 5 automobile, permettant notamment d'obtenir sept rapports de marche avant. Elle a pour objet une boîte de vitesses à arbres parallèles et à engrenages comportant un arbre primaire plein et un arbre primaire creux concentriques portant respectivement trois dentures fixes et deux dentures fixes, ainsi que deux arbres secondaires portant des pignons fous. Par la publication FR 2 802 600, on connaît une boîte de vitesses à deux embrayages qui peuvent être actionnés simultanément, en passant par un état où ils transmettent tous les deux le couple pour permettre les changements de rapports sans discontinuité du couple transmis aux roues du véhicule. Selon cette publication, les pignons fixes des rapports impairs sont portés par l'arbre primaire plein et les pignons fixes des rapports pairs sont portés par l'arbre primaire creux. Par ailleurs, les embrayages d'entrée habituellement associés à ce type d'architecture sont des embrayages dits humides nécessitant un distributeur hydraulique et une pompe à huile. Ces dispositions posent un problème global d'encombrement axial de la boîte. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose que le premier arbre secondaire soit muni d'un pignon d'attaque d'une couronne de pont et que le deuxième arbre secondaire soit relié à la couronne de pont par l'intermédiaire d'un organe flexible. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe flexible est une chaîne. De façon avantageuse, cette chaîne relie alors deux roues dentées portées respectivement par le premier et par le deuxième arbre secondaire. Cette disposition permet de faire varier le rapport de démultiplication entre les arbres secondaires indépendamment de la démultiplication du pignon d'attaque de l'arbre secondaire principal avec la couronne de pont, dont la dimension peut également être adaptée en fonction des rapports souhaités. Un autre inconvénient de l'architecture connue réside dans ses faibles possibilités d'adaptation aux motorisations associées, notamment pour obtenir une démultiplication importante sur le rapport de première et pour obtenir une démultiplication du rapport de marche arrière cohérente avec celle du rapport de première. Pour y remédier, l'invention prévoit que l'arbre primaire plein porte trois dentures fixes engrenant respectivement avec un seul pignon fou porté par le premier arbre secondaire, avec un seul pignon fou porté par le second arbre secondaire et avec deux pignons fous portés respectivement par le premier et par le second arbre secondaire. Elle prévoit également que l'arbre primaire creux l'arbre primaire creux porte deux dentures fixes engrenant respectivement avec deux pignons fous portés respectivement par le premier et par le second arbre secondaire, et avec un seul pignon fou porté par l'arbre secondaire et un pignon fixe porté par un axe intermédiaire. Cet ensemble de pignons permet avantageusement 5 d'obtenir un rapport de marche arrière et sept rapports de marche arrière. Enfin, l'architecture connue présente l'inconvénient que l'un des arbres secondaire se situe en bas de la boîte, et que les pignons, en barbotant dans l'huile créent des émulsions d'huile qui risquent de perturber gravement le fonctionnement de la pompe à huile et du distributeur hydraulique associés aux embrayages humides. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention prévoit que le premier arbre secondaire soit disposé au-dessus du plan défini par les axes respectifs des arbres primaires et de la couronne du pont, et que les deux arbres secondaires soient symétriques par rapport à l'axe des arbres primaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en se référant aux dessins annexés sur lesquels les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe à plans rabattus passant respectivement par les axes des arbres primaires et secondaires, et par les axes des arbres primaires, secondaires et intermédiaire de marche arrière, et - les figures 3 à 10 montrent respectivement le cheminement du couple en marche arrière, en première, en deuxième, en troisième, en quatrième, en cinquième, en sixième et en septième. La boîte de vitesses 10 illustrée par les figures, comporte un premier arbre primaire plein 20 qui est monté coaxialement à un second arbre primaire creux 30. Ces deux arbres sont montés à rotation dans un carter (non représenté) et entraînés par un moteur, respectivement par l'intermédiaire d'un premier embrayage 40 et d'un second embrayage 41, qui sont à titre d'exemple, et de façon non limitative, des embrayages multidisques humides. La boîte de vitesses comporte aussi un premier arbre secondaire 50 dit principal et un deuxième arbre secondaire 60 dit auxiliaire, également montés à rotation dans le carter. Ces arbres secondaires sont agencés, comme le montre la figure 3, de manière symétrique par rapport aux axes des arbres primaires 20 et 30 Des engrenages sont agencés entre les arbres primaires 20 et 30 et les arbres secondaires 50 et 60 de manière à transmettre le couple du véhicule à un couronne 70 (représentée sur les figures 3 à 10) d'un différentiel d'un pont (non représenté) entraînant les roues d'un véhicule. A cet effet, seul l'arbre secondaire principal 50 comporte un pignon d'attaque 51 qui engrène avec la couronne 70 du différentiel et l'arbre secondaire auxiliaire 60 est lié en rotation à l'arbre secondaire par une chaîne 75 et des roues dentées 52 et 62 portées respectivement par les arbres secondaires 50 et 60. Les engrenages sont constitués de dentures fixes portées par les premier et second arbres primaires 20 et 30, et qui engrènent avec des pignons fous portés par les arbres secondaires 50 et 60. Les pignons fous peuvent être sélectivement liés en rotation aux premier et second arbres secondaires 50 et 60 par des moyens de crabotage indépendants pour réaliser des engrenages indépendants correspondant sélectivement à au moins deux rapports de marche avant et un rapport de marche arrière. Les deux embrayages 40 du premier arbre primaire 20 et 41 du deuxième arbre primaire 30 peuvent par ailleurs être actionnés alternativement, en passant par un état où ils transmettent tous les deux le couple par glissement de l'un d'eux, pour permettre au moins un changement de rapport sans discontinuité de couple transmis aux roues. Le premier arbre primaire 20 porte trois dentures fixes, 21, 22, 23. La première denture 21 engrène avec un seul pignon fou 81, porté par le premier arbre secondaire 50, pour constituer le rapport de première. La seconde denture fixe 22 engrène avec un pignon fou 82 porté par le second arbre secondaire 60 pour constituer le rapport de troisième. La troisième denture fixe 23 engrène avec deux pignons fous 83 et 84, respectivement portés par le premier arbre secondaire 50 pour constituer le rapport de septième et par le second arbre secondaire 60 pour constituer le rapport de cinquième. L'arbre primaire creux 30 porte seulement deux dentures fixes 31 et 32. La première denture fixe engrène avec deux pignons fous 85 et 86, respectivement portés par le premier arbre secondaire 50 pour constituer le rapport de sixième, et par le second arbre secondaire 60 pour constituer le rapport de quatrième. La seconde denture fixe 32 d'entre eux engrène avec un pignon fou 87 porté par le premier arbre secondaire 50 pour constituer le rapport de deuxième, et avec le premier pignon fixe 92 intermédiaire de marche arrière. Le rapport de marche arrière a son propre pignon fou 88, porté par le second arbre secondaire 60, qui engrène avec un second pignon intermédiaire 91, porté par un arbre intermédiaire 90, lié en rotation avec un premier pignon intermédiaire. Ce dernier engrène avec la denture fixe 32 de l'arbre primaire 30. Conformément à l'invention, les sept rapports de marche avant et le rapport de marche arrière sont obtenus avec seulement trois dentures fixes 21, 22 et 23 sur l'arbre primaire plein 20 et deux pignons fixes 31 et 32 sur l'arbre primaire creux 30. Les dentures fixes de l'arbre primaire plein donnent les rapports impairs et celles de l'arbre primaire creux donnent les rapports pairs et la marche arrière. Les dentures fixes 23, 31, et 32 engrènent chacun avec deux pignons, le premier avec les pignons fous 83 et 84, le second avec les pignons fous 85 et 86, le troisième avec le pignon fou 87 et le pignon intermédiaire de marche arrière 92. Comme indiqué sur la figure 2, le pignon fou de marche arrière 87 et le pignon intermédiaire de marche arrière 91 sont disposés dans la même tranche axiale que le pignon d'attaque 51. Cette disposition, particulièrement compacte, permet d'obtenir sept rapports de marche avant dans un encombrement comparable à celui d'une boîte six. Les arbres secondaires 50, 60 peuvent avantageusement être équidistants des arbres primaires 20, 30. Cette disposition, non obligatoire, permet utiliser des pignons fous, à condition toutefois d'adopter également des dispositifs de crabotage identiques. Conformément à l'invention, les pignons 84 du rapport de cinquième et 83 du rapport de septième peuvent ainsi être identiques, de même que les pignons 85 du rapport de sixième et le pignon 86 du rapport de quatrième. Pour obtenir des rapports différents à partir d'une même denture fixe engrenant avec deux pignons fous identiques, il faut choisir pour les roues dentées 52, 62, des deux arbres secondaires 50, 60, un rapport de nombre de dents approprié. Pour obtenir les rapports de cinquième et de septième à partir de la même denture fixe 23 et des pignons fous identiques 84 et 83, il faut notamment que le nombre de dents de la roue dentée 62 de l'arbre secondaire 60 portant le pignon fou 84 de cinquième soit sensiblement inférieur à celui de la roue dentée 52 de l'arbre secondaire 50 portant le pignon fou 83 de septième. Il en est de même pour l'obtention de rapports de sixième et de quatrième à partir de la même denture fixe 31 et des pignons fous identiques 85 et 86. Enfin pour obtenir un étagement satisfaisant des rapports de quatrième à septième, il est avantageux de choisir un rapport de dents entre les dentures fixes 23 et 31, te! que les ratios entre les démultiplications de quatrième sur cinquième, de cinquième sur sixième et de sixième sur septième soient identiques ou sensiblement identiques. Les premier et second embrayages 40 et 41 permettent de lier sélectivement au moteur le premier arbre primaire plein 20 portant les dentures fixes 21, 22 et 23 des, rapports impairs et le second arbre primaire creux 30 qui portent les dentures fixes 31 et 32 des rapports pairs. Tous les pignons fous peuvent être sélectivement liés aux arbres secondaires qui les portent par des dispositifs de crabotage simple ou double. Les pignons fous 81, 83, 85, 87 peuvent ainsi être liés sélectivement à l'arbre secondaire 50 qui les porte, de même que les pignons fous 82, 84, 86 88 peuvent être sélectivement liés à l'arbre secondaire 60 qui les porte. Un premier dispositif de crabotage double 100 permet par exemple de lier sélectivement en rotation à l'arbre secondaire 50 le pignon fou 81 pour obtenir le rapport de première ou le pignon fou 83 pour obtenir le rapport de septième. Un second dispositif de crabotage double 101 permet par exemple de lier en rotation à l'arbre secondaire 50 le pignon fou 85 pour obtenir le rapport de sixième ou le pignon fou 87 pour obtenir le rapport de deuxième. Un troisième dispositif de crabotage double 102 permet par exemple de lier sélectivement en rotation à l'arbre secondaire 60 le pignon fou 86 pour obtenir le rapport de quatrième ou le pignon fou 88 pour obtenir le rapport de marche arrière. Enfin, un quatrième dispositif de crabotage double 103 permet de lier sélectivement en rotation à l'arbre secondaire 60 le pignon fou 82 pour obtenir le rapport de troisième et le pignon fou 84 pour obtenir le rapport de cinquième. Sur la figure 3, illustrant le cheminement du couple en marche arrière, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 30 par l'embrayage 41 fermé, puis du pignon fixe 32 au premier pignon intermédiaire de marche arrière 92, puis à l'axe intermédiaire de marche arrière 90, puis du second pignon intermédiaire de marche arrière 91 au pignon fou 88 de marche arrière, puis du pignon fou 88 à l'arbre secondaire 60 par le crabot double 102 en position craboté sur le pignon 88, puis de l'arbre secondaire 60 à la roue dentée 62 qui transmet le mouvement, par l'intermédiaire de la chaîne 75, à la roue dentée 52, puis à l'arbre secondaire 50 qui le transmet, par l'intermédiaire du pignon d'attaque 51 à la couronne 70. Sur la figure 4, illustrant le cheminement du couple en première, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé, puis du pignon fixe 21 au pignon fou 81, puis du pignon fou 81 à l'arbre secondaire 50 par le crabot double 100 en position craboté sur le pignon 81, puis de l'arbre secondaire 50 au pignon fixe 51 qui le transmet à la couronne 70. - 10 - Sur la figure 5, illustrant le cheminement du couple en deuxième, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 30 par l'embrayage 41 fermé, puis du pignon fixe 32 au pignon fou 87, puis du pignon fou 87 à l'arbre secondaire 50 par le crabot double 101 en position craboté sur le pignon 87, puis de l'arbre secondaire 50 au pignon fixe 51 qui le transmet à la couronne 70. Sur la figure 6, illustrant le cheminement du couple en troisième, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé, puis du pignon fixe 22 au pignon fou 82, puis du pignon fou 82 à l'arbre secondaire 60 par le crabot double 103 en position craboté sur le pignon 82, puis de l'arbre secondaire 60 à la roue dentée 62 qui transmet le mouvement, par l'intermédiaire de la chaîne 75, à la roue dentée 52, puis à l'arbre secondaire 50 qui le transmet, par l'intermédiaire du pignon d'attaque 51 à la couronne 70. Sur la figure 7, illustrant le cheminement du couple en quatrième, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 30 par l'embrayage 41 fermé, puis du pignon fixe 31 au pignon fou 86, puis du pignon fou 86 à l'arbre secondaire 60 par le crabot simple 102 en position craboté sur le pignon 86, puis de l'arbre secondaire 60 à la roue dentée 62 qui transmet le mouvement, par l'intermédiaire de la chaîne 75, à la roue dentée 52, puis à l'arbre secondaire 50 qui le transmet, par l'intermédiaire du pignon d'attaque 51 à la couronne 70. Sur la figure 8, illustrant le cheminement du couple en cinquième, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé, puis du pignon fixe 23 au pignon - 11 - fou 84, puis du pignon fou 84 à l'arbre secondaire 60 par le crabot simple 103 en position craboté sur le pignon 84, puis de l'arbre secondaire 60 à la roue dentée 62 qui le transmet le mouvement, par l'intermédiaire de la chaîne 75, à la roue dentée 52, puis à l'arbre secondaire 50 qui le transmet, par l'intermédiaire du pignon d'attaque 51 à la couronne 70. Sur la figure 9, illustrant le cheminement du couple en sixième, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 30 par l'embrayage 41 fermé, puis du pignon fixe 31 au pignon fou 85, puis du pignon fou 85 à l'arbre secondaire 50 par le crabot double 101 en position craboté sur le pignon 85, puis de l'arbre secondaire 50 au pignon fixe 51 qui le transmet à la couronne 70. Enfin, sur la figure 10, illustrant le cheminement du couple en septième, le couple est transmis du moteur à l'arbre primaire 20 par l'embrayage 40 fermé, puis du pignon fixe 23 au pignon fou 83, puis du pignon fou 83 à l'arbre secondaire 50 par le crabot double 100 en position craboté sur le pignon 83, puis de l'arbre secondaire 50 au pignon fixe 51 qui le transmet à la couronne 70. Conformément à l'invention, les changements de rapport de rangs contigus font intervenir un changement d'embrayage et d'arbre primaire, sans discontinuité du couple moteur, par actionnement simultané des deux embrayages. - 12 - REVENbICATIONS 1. Boîte de vitesses (10) à arbres parallèles et à engrenages comportant un arbre primaire plein (20) et un arbre primaire creux (30) concentriques portant respectivement trois dentures fixes (21, 22, 23) et deux dentures fixes (31, 32), ainsi que deux arbres secondaires (50, 60) portant des pignons fous (81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88), caractérisée en ce que le premier arbre secondaire (50) est muni d'un pignon d'attaque (51) d'une couronne de pont (70) et en ce que le deuxième arbre secondaire (60) est relié à la couronne de pont (70) par l'intermédiaire d'un organe flexible (75). 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe flexible (75) est une chaîne. 3. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce la chaîne (75) relie deux roues dentées (52, 62) portées respectivement par le premier et par le deuxième arbre secondaire (50, 60). 4. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le premier arbre secondaire (50) est disposé au-dessus du plan défini par les axes respectifs des arbres primaires (20, 30) et de la couronne du pont (70). 5. Boîte de vitesses (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux arbres secondaires (50, 60) sont sensiblement symétriques par rapport à l'axe des arbres primaires (20, 30). - 13 - 6. Boîte de vitesses (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre primaire plein (20) porte trois dentures fixes (21, 22, 23) engrenant respectivement avec un seul pignon fou (81) porté par le premier arbre secondaire (50), avec un seul pignon fou (82) porté par le second arbre secondaire (60) et avec deux pignons fous (83, 84) portés respectivement par le premier et par le second arbre secondaire (50, 60). 7. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre primaire creux (30) porte deux dentures fixes (31, 32) engrenant respectivement avec deux pignons fous (85, 86) portés respectivement par le premier et par le second arbre secondaire (50, 60), et avec un seul pignon fou (87) porté par l'arbre secondaire (50) et un pignon fixe (92) porté par un axe intermédiaire (90). 8. Boîte de vitesses (10) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une denture fixe (23) de l'arbre plein (20) engrène avec un pignon fou (83) porté par l'arbre secondaire (50) et avec un pignon fou (84) porté par l'arbre secondaire (60), pour constituer respectivement les rapports de septième et de cinquième. 9. Boîte de vitesses selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une denture fixe (31) de l'arbre primaire creux (30) engrène avec un pignon fou (85) porté par l'arbre secondaire (50) et avec un pignon fou (86) porté par l'arbre secondaire (60) pour constituer respectivement les rapports de sixième et de quatrième. - 14 - 10. Boîte de vitesses (10) selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que le rapport du nombre de dents des deux roues dentées (52, 62) reliées par la chaîne (75) correspond au ratio du rapport de quatrième sur le rapport de sixième, et du rapport de cinquième sur le rapport de septième. 11. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les ratios du rapport de quatrième sur le rapport de cinquième, du rapport de cinquième sur le rapport de sixième et du rapport de sixième sur le rapport de septième sont égaux. 12. Boîte de vitesses (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pignon fou de marche arrière (88) engrène avec un pignon fixe intermédiaire (91), et en ce que ces deux pignons sont disposés dans la même tranche axiale que le pignon d'attaque (51). 13. Boîte de vitesses selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'encombrement axial du pignon fou de marche arrière (88) et du pignon fixe intermédiaire (91) ne précédentes, caractérisée en ce que le premier arbre secondaire (50) porte les pignons fous (81, 83, 85, 87) des rapports de première, septième, sixième et deuxième, et en ce que le deuxième arbre secondaire (60) porte les pignons fous (82, 84, 86, 88) des rapports de troisième, cinquième, quatrième et marche arrière. dépasse pas celui du pignon d'attaque (51) de la couronne (70). 14. Boîte de vitesses selon l'une des revendications - 15 - 15. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier arbre secondaire (50) porte la roue dentée qui a le plus grand nombre de dents, et en ce que le second arbre secondaire porte la roue dentée qui a le plus petit nombre de dents. 16. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pignon fou (83) du rapport de septième est identique à celui (84) du rapport de cinquième, et en ce que la denture du pignon fou du rapport de quatrième (86) est identique à celui du rapport de sixième (85). 17. Boîte de vitesses caractérisée en ce qu'elle comprend quatre groupes de crabotage doubles (100, 101, 102, 103), permettant respectivement de craboter les rapports de première et de septième, les rapports de sixième et de deuxième, les rapports de quatrième et de marche arrière, et les rapports de troisième et de cinquième.