Brevet FR2861450A1 — publié le 20050429

L'invention a trait à un mécanisme de boîte de vitesses pour véhicule automobile et, plus particulièrement, à un mécanisme dit à crabot, c'est à dire du type comprenant au moins un crabot, pourvu d'au moins une surface d'attaque adaptée pour venir en prise avec une surface complémentaire ménagée dans un pignon monté fou sur un arbre de la boite de vitesses. L'arbre en question peut notamment être l'arbre primaire ou l'arbre secondaire de la boîte de vitesses. Dans de nombreux véhicules automobiles, le moteur est monté transversalement dans le compartiment moteur c'est-à-dire orienté selon une direction globalement parallèle à un essieu du véhicule. Dans cette configuration, la boîte de vitesses est souvent située dans le prolongement du moteur, à une de ses extrémités. La longueur hors-tout de l'ensemble, moteur et boîte de vitesses, est limitée, d'un côté, par l'enveloppe du passage des roues et, de l'autre côté, par un brancard de renfort assurant la rigidité du compartiment moteur. Afin d'améliorer la sécurité passive du véhicule, il convient de pouvoir augmenter les dimensions du brancard. De même, la manoeuvrabilité du véhicule peut être améliorée en augmentant le rayon de braquage, c'est-à-dire notamment en équipant le véhicule d'une enveloppe du passage des roues plus importante. Cependant, cette faculté est limitée par la longueur hors tout de l'ensemble moteur et boîte de vitesses. C'est à cet inconvénient qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une architecture de boîte de vitesses lui permettant d'être positionnée dans le prolongement d'un moteur, logé dans un compartiment moteur normal, tout en autorisant l'augmentation des dimensions de l'enveloppe du passage des roues et du brancard. A cet effet l'invention a pour objet un mécanisme de boîte de vitesses du type précité, caractérisé en ce que l'arbre est tubulaire et équipé d'une fente longitudinale qui traverse sa paroi, en ce que le crabot est guidé en translation, dans l'espace intérieur de l'arbre et est équipé d'un bras qui traverse la fente et dont la partie d'extrémité libre comporte la surface d'attaque, la surface complémentaire du pignon étant ménagée dans une encoche de l'orifice central de celui-ci, et en ce que la boite de vitesses comporte un mécanisme d'entraînement en translation du crabot le long de l'arbre tubulaire. Grâce à l'invention on réalise une boîte de vitesses où la prise des crabots, sur les différents pignons portés par un arbre, se fait dans un encombrement minimal. En position active, le crabot se situe dans le logement ménagé dans le pignon, en conséquence, l'encombrement de l'ensemble pignon-crabot est globalement voisin de l'encombrement du pignon seul. L'invention permet un gain de place (gain de longueur) pour l'implantation de la boîte de vitesses. L'invention permet en outre un gain de temps pour le passage des vitesses. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, la boîte de vitesses incorpore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'arbre est équipé de plusieurs fentes régulièrement réparties, le crabot ayant un nombre correspondant de bras; - le pignon est muni, sur au moins une face frontale, d'un lamage central. Avantageusement, l'arbre porte plusieurs pignons adjacents les uns aux autres et les faces en regard des pignons adjacents comportent dés lamages dont les profondeurs sont choisies de manière à recevoir un crabot hors de prise avec l'un ou l'autre pignon. La somme des profondeurs des lamages de deux faces en regard est légèrement supérieure à la dimension axiale de l'extrémité en saillie d'un bras du crabot; - le crabot est monté sur un écrou de façon à être libre en rotation par rapport à ce dernier, cet écrou étant monté sur une vis insérée dans l'arbre et étant bloqué en rotation par une pièce reliée à une partie fixe, notamment le carter, de la boîte de vitesses; - l'arbre tubulaire porte au moins deux pignons fous et deux crabots, le mécanisme d'entraînement étant commun aux deux crabots. Avantageusement, l'arbre tubulaire comprend deux demi-arbres coaxiaux ayant un décalage angulaire entre leurs fentes respectives. Les deux demi-arbres sont emmanchés l'un dans l'autre par leurs extrémités adjacentes; et - l'orifice central de chaque pignon comporte un nombre d'encoches au moins égal à la somme des nombres de bras des deux crabots. L'invention a également pour objet une boîte de vitesses équipée d'un 15 mécanisme tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un mécanisme de boîte de vitesses conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale schématique en perspective d'un arbre d'une boîte de vitesses, équipé, conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, d'un crabot, d'un pignon et d'un moyen d'entraînement du crabot, - la figure 2 est une vue générale schématique d'une partie de l'arbre représenté à la figure 1, formant le logement de réception du crabot, - la figure 3 est une vue générale schématique d'un crabot, conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, équipant l'arbre représenté à la figure 2, la figure 4 est une vue générale schématique d'un pignon, conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, équipant l'arbre représenté à la figure 2, - la figure 5 est une vue générale schématique de l'organe de commande en translation du crabot à l'intérieur du logement ménagé dans l'arbre, représenté à la figure 2, le pignon et l'arbre n'étant pas représentés pour plus de lisibilité, - la figure 6 est une coupe, selon la ligne VI-VI de la figure 7, de l'arbre représenté à la figure 1, le crabot étant en prise dans un pignon, 1Q - la figure 7 est une coupe longitudinale selon la ligne VII-VII de la figure 6, - la figure 8 est une coupe longitudinale selon la ligne VIII-VIII de la figure 6, - la figure 9 est une représentation schématique en perspective éclatée d'un second mode de réalisation d'une boîte de vitesses conforme à l'invention, à partir de deux demi-arbres, de deux crabots et de deux pignons, les différents éléments étant en position de pré-montage, - la figure 10 est une vue en bout selon la flèche X de la figure 11, de l'arbre de la figure 9, les différents éléments étant montés, - la figure 11 est une vue de côté de l'arbre représenté à la figure 10, - la figure 12 est une coupe longitudinale selon la ligne XII-XII de la figure 10 et, - la figure 13 est une coupe, selon la ligne XIII-XIII de la figure 10. Le mécanisme de boîte de vitesses représenté schématiquement à la figure 1, comprend un arbre tubulaire 1 sur lequel est monté un pignon 2 libre en rotation dit pignon fou. A une de ses extrémités, l'arbre 1 est relié à un dispositif 3 de commande et d'entraînement comprenant, par exemple un moteur électrique M. Ce moteur assure la mise en rotation d'un organe d'entraînement du crabot, à savoir une vis 4 disposée coaxialement dans l'arbre tubulaire 1. Cette vis 4 est d'une longueur suffisante pour occuper, au minimum, toute la longueur de la partie de l'arbre 1 correspondant à la course du crabot, cela tout en étant reliée au dispositif de commande 3. Sur cette vis, un écrou 5, visible notamment aux figures 1 et 5, est monté. Cet écrou 5 porte un crabot 6. L'écrou 5 a globalement une forme cylindrique. Il est pourvu, à chacune de ses extrémités, d'une collerette 50 s'étendant radialement vers l'extérieur. Ces collerettes assurent le maintien du crabot 6 autour de cet écrou 5 en permettant la libre rotation du crabot autour de ce dernier tout en bloquant sa translation. Le crabot 6, représenté à la figure 3, comprend un moyeu 60, de forme cylindrique tubulaire, de faible longueur. Ce moyeu 60 porte quatre bras radiaux 61. Ces bras 61 présentent, à leur extrémité libre, un relief 62 globalement pentagonal. Les bras 61 sont reliés au corps principal 60 sur toute la longueur de ce dernier. Par leur disposition régulière sur le corps 60, les bras 61 et les reliefs 62 confèrent au crabot 6 une forme de croix de Malte. L'arbre 1 présente sur une partie de sa longueur à partir d'une extrémité, une paroi discontinue. Cette discontinuité est réalisée par quatre fentes 7 traversantes, longitudinales. Chaque fente 7 a une section en T, avec une partie élargie 70 au voisinage de la surface extérieure de l'arbre 1. Chaque partie 70 reçoit la partie radialement intérieure d'un relief 62. Le pignon 2, tel que représenté à la figure 4, est une pièce en forme de disque. Il est muni d'un orifice central 8 traversant. Cet orifice 8 est ménagé dans le pignon 2 à partir d'un lamage circulaire 9, lui aussi central, qui est creusé sur une partie de l'épaisseur du pignon 8, à partir de chaque face de celui-ci. L'orifice 8 a globalement une forme circulaire et il présente, dans sa paroi périphérique, quatre encoches 10 de forme complémentaire à celle de la partie radialement extérieure des reliefs 62. Chaque encoche 10 a une largeur légèrement supérieure à la largeur du relief 62 qu'elle reçoit, le jeu ainsi ménagé pouvant être nécessaire au bon fonctionnement de la synchronisation des vitesses. Ces encoches 10 sont réparties de façon à former quatre logements pour recevoir, simultanément et de manière amovible, les quatre reliefs 62 d'un crabot 6. Chaque relief comporte deux surfaces d'attaque 620 adaptées pour coopérer avec les faces latérales complémentaires des encoches 10. Le pignon 2 possède, sur sa circonférence, des dents 20 lui permettant d'engrener avec au moins un autre pignon de la boîte de vitesses. A la vis 4 (figure 5) est associée, sur toute sa longueur, une pièce fixe 11 de guidage de l'écrou 5. Cette pièce 11 est de forme tubulaire, et pourvue, sur toute sa longueur, de trois larges fentes 110 régulièrement réparties. La largeur de ces fentes 110 est sensiblement supérieure à la largeur d'une zone de matière 111 située entre deux fentes voisines. Cette pièce 11 est solidaire, à une extrémité, d'un flasque 112 relié à une partie fixe de la boîte de vitesses, par exemple le carter Ca (figures 7 et 8). La pièce 11 est de faible épaisseur et traverse trois lumières arquées 51 prévues dans le moyeu de l'écrou 5. De cette manière, l'écrou 5 ne peut se déplacer qu'en translation le long de la vis 4 lorsque celle-ci est mise en rotation. La répartition régulière des parties pleines 111 de la pièce 11, assure un guidage efficace en translation de l'écrou 5 lors de son déplacement. Dans une variante non représentée, l'axe de la vis 4 est décentré par rapport à celui de l'écrou 5. L'écrou 5 étant inséré coaxialement dans le moyeu circulaire de 25 l'arbre, il est ainsi bloqué en rotation. L'ensemble vis 4, pièce de guidage Il, écrou et crabot, est inséré à l'intérieur de l'arbre 1, à partir d'une extrémité de ce dernier, de manière à ce que l'axe BB' de la vis 4 et l'axe longitudinal CC' de l'arbre soient confondus, comme représenté aux figures 6 à 8. Lors de cette insertion, on positionne les bras 61 du crabot dans les fentes 7 de l'arbre 1. Ainsi positionné, le crabot 6 est inséré, pour sa plus grande partie, dans l'arbre 1, seules les surfaces d'extrémité 620 des reliefs 62 dépassant de la surface externe de l'arbre. De cette manière, en manoeuvrant la vis 4, on déplace en translation l'écrou 5, celui-ci entraînant en translation le crabot 6. Ce dernier ne peut se déplacer en rotation par rapport à l'arbre 1, ses bras 61 étant bloqués dans les fentes 7. L'écrou 5 est bloqué en rotation par rapport au carter Ca de la boîte de vitesses par la pièce 11 insérée dans les lumières 50. Ainsi, par rotation de la vis 4, on amène le crabot 6 à l'intérieur du pignon 2. Les dimensions de l'orifice 8 du pignon assurent un contact glissant, d'une part, des surfaces 620 des reliefs 62 dans les encoches 10, d'autre part, de la surface externe de l'arbre 1 sur la paroi interne de l'orifice 8, entre les encoches 10. Lorsque le pignon 2 est en prise avec le crabot 6, ces deux pièces sont solidarisées en rotation. Le crabot 6 étant libre en rotation autour de l'écrou 5, il peut tourner sans entraîner en translation l'écrou 5 et donc sans se déplacer en translation, c'est-à-dire sans se dégager de la prise avec le pignon. Les rotations de la vis 4 et de l'arbre 1 s'effectuent à des vitesses différentes. Il est donc nécessaire de prévoir plusieurs roulements à chaque extrémité de ces pièces. Un roulement RI, par exemple à roulements à aiguilles, est monté entre la vis 4 et la pièce 11, au niveau de l'extrémité de celle-ci raccordée au flasque 112. Un roulement R2, par exemple un roulement à aiguilles, est prévu entre la surface interne de l'arbre 1 et la pièce 11 dans la même région que le roulement Ri. Un roulement R3, par exemple à roulements à billes, situé entre la surface externe de l'arbre 1 et le carter Ca de la boîte de vitesses, complète le dispositif. On retrouve, de façon similaire, cet agencement de roulements à billes et/ou à aiguilles à l'autre extrémité des pièces. Lorsque le crabot 6 est en prise avec le pignon 2, il se trouve logé, en totalité, à l'intérieur de l'orifice 8 du pignon. Dans cette position, l'encombrement du crabot 6 engrenant avec le pignon 2 est inférieur à l'encombrement du pignon seul. II est aisé d'accoler, sur un même arbre 1, les différents pignons 2, ce qui permet de gagner sur 1Q la longueur hors tout de la boîte de vitesses, comme représenté aux figures 7 et 8. La présence d'un lamage 9 dans chacune des faces non dentées de chaque pignon 2, permet d'éviter que le crabot 6 soit en prise, avec deux pignons adjacents lors d'un changement de vitesses. Cette architecture des pignons 2 permet d'optimiser la forme et les dimensions de la denture de chaque pignon 2. Avec un tel montage, le gain de longueur envisagé, pour l'ensemble de la boîte de vitesses, est compris entre environ 40 et 70 mm. Pour le montage de l'ensemble vis-écrou-crabot à l'intérieur de l'arbre, il est nécessaire de prévoir un moyen d'obturation de l'extrémité de l'arbre par laquelle on a inséré le dispositif. Ce moyen d'obturation, fixe ou amovible, peut être une pièce soudée ou vissée en bout d'arbre. Par exemple, comme illustré à la figure 5, on peut prévoir une bague 12 formant un palier pour l'extrémité intérieure de la vis 4 et, à son autre extrémité, une autre bague palier 13 abritant le roulement à aiguilles Ri. Un second mode de réalisation de l'invention est représenté aux figures 9 à 13. Le second mode de réalisation utilise deux demi-arbres tubulaires 14, 15. Chaque demi-arbre reçoit un crabot 6' conforme à l'invention. Dans l'exemple représenté, chaque crabot 6' comprend trois bras 61' orientés à 120 les uns par rapport aux autres. Ces deux crabots 6' sont montés sur des écrous 5 bloqués en rotation, par une pièce, similaire à la pièce 11 et non représentée, sur une vis commune 4. Cette vis 4, commune aux deux demi-arbres 14, 15, permet un déplacement simultané des deux crabots 6', cela de manière analogue au premier mode de réalisation. Un demi-arbre 15 présente une extrémité 16 dont le diamètre interne est légèrement supérieur au diamètre externe de l'extrémité 17 en regard de l'autre demi-arbre 14, de manière à ce que cette dernière puisse s'emboîter dans la première. Afin de préserver la rigidité de l'ensemble lorsque les deux demi-arbres 14, 15 sont emmanchés, les fentes 7' respectives des deux-demi arbres 14, 15 sont décalées angulairement. Préférentiellement, cet angle est voisin de 60 . Les demi-arbres 14, respectivement 15, sont fermés à leur extrémité extérieure par une paroi 141,respectivement 151. La vis 4 traverse la paroi 141 avec interposition d'un roulement, et est supportée dans le demi-arbre 15 par un autre roulement, ces roulements n'étant pas représentés. Chaque pignon 2' monté sur les demi-arbres présente un orifice 8' pourvu d'autant d'encoches 10' que les deux crabots 6' ont de bras 61', soit six encoches 10' (figure 10). Les pignons 2' sont pourvus, comme dans le premier mode de réalisation, d'un lamage 9' ménagé dans chaque face lisse du pignon. Dans cet exemple, on augmente la rapidité de mise en prise de chaque pignon 2', le positionnement des reliefs 62' à surfaces d'attaque 620' en face des encoches 10' se faisant plus rapidement. En effet, dans cette configuration, si l'on dispose alternativement les pignons 2' sur chaque demi-arbre 14, 15, les pignons correspondant à la première, à la troisième et à la cinquième vitesses étant sur l'un des demi-arbres et les autres pignons, correspondant à la seconde, à la quatrième et à la marche arrière étant sur l'autre demi-arbre, le passage d'une vitesse à l'autre nécessite une translation des crabots dont la course respective est divisée par deux par rapport au premier mode de réalisation. En effet, lorsqu'un crabot 6' est déplacé jusqu'à ce qu'il soit en prise avec un pignon 2', l'autre crabot 6' se dégage d'un autre pignon 2' et vient en attente dans l'espace défini par deux lamages 9' adjacents. En variante, la largeur des crabots 6 ou 6' peut être plus faible que la largeur des encoches 10 ou 10'. En particulier, dans le second mode de réalisation, si l'on réduit de moitié la largeur des crabots 6', on réduit encore l'encombrement du dispositif. En variante, le nombre de fentes 7, 7' ainsi que leur forme sont différents. De même, en variante, la forme et les dimensions des reliefs 62, 62', et donc des encoches 10, 10', sont différentes de celles décrites. Dans un autre mode de réalisation, le déplacement et la commande du crabot 6, 6' à l'intérieur de l'arbre 1, 14, 15 se fait par un dispositif autre qu'une vis 4. Ce déplacement peut être, par exemple, effectué le long d'un axe grâce à des commandes et des moyens hydrauliques et/ou pneumatiques. REVENDICATIONS 1. Mécanisme de boîte de vitesses, du type comprenant au moins un crabot (6; 6'), pourvu d'au moins une surface d'attaque ( 620; 620') adaptée pour venir en prise avec une surface complémentaire (10; 10') ménagée dans un pignon (2; 2') monté fou sur un arbre (1; 14,15) de la boite de vitesses, caractérisé en ce que l'arbre est tubulaire et équipé d'une fente (7; 7') longitudinale qui traverse sa paroi, en ce que le crabot (6; 6') est guidé en translation dans l'espace intérieur de l'arbre et est équipé d'un bras (61; 61') qui traverse la fente (7; 7') et dont la partie io d'extrémité libre comporte ladite surface d'attaque (620; 620'), ladite surface complémentaire du pignon (2; 2') étant ménagée dans une encoche de l'orifice central (8; 8') de celui-ci, et en ce que la boite de vitesses comporte un mécanisme (3, 4, 5) d'entraînement en translation du crabot le long de l'arbre tubulaire (1; 14, 15). 2. Mécanisme de boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit arbre (1; 14, 15) est équipé de plusieurs fentes (7; 7') régulièrement réparties, le crabot (6; 6') ayant un nombre correspondant de bras (61; 61'). 3. Mécanisme de boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit pignon (2; 2') est muni, sur au moins une face frontale, d'un lamage (9; 9') central. 4. Mécanisme de boîte de vitesses selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre (1; 14, 15) porte plusieurs pignons (2; 2'), adjacents les uns aux autres, et en ce que les faces en regard des pignons adjacents comportent des lamages (9; 9') dont les profondeurs sont choisies de manière à recevoir un crabot (6; 6') hors de prise avec l'un ou l'autre pignon. 5. Mécanisme de boite de vitesses selon la revendication 4, caractérisé en ce que la somme des profondeurs des lamages (9; 9') de deux faces en regard est légèrement supérieure à la dimension axiale de l'extrémité en saillie d'un bras (61; 61') du crabot (6; 6'). 6. Mécanisme de boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le crabot (6; 6') est monté sur un écrou (5) de façon à être libre en rotation par rapport à ce dernier, cet écrou (5) étant monté sur une vis (4) insérée dans l'arbre (1; 14, 15) et étant bloqué en rotation par une pièce (11) reliée à une partie fixe, notamment le carter (Ca), de la boîte de vitesses. 7. Mécanisme de boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre tubulaire porte au moins deux pignons fous (2') et deux crabots (6'), le mécanisme d'entraînement (3, 4, 5) étant commun aux deux crabots (6'). 8. Mécanisme de boîte de vitesses selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'arbre tubulaire comprend deux demi-arbres (14, 15) coaxiaux ayant un décalage angulaire entre leurs fentes (7') respectives. 9. Mécanisme de boîte de vitesses selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux demi-arbres (14, 15) sont emmanchés l'un dans l'autre par leurs extrémités adjacentes (16, 17). 10. Mécanisme de boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'orifice central (8') de chaque pignon (2') comporte un nombre d'encoches (10') au moins égal à la somme des nombres de bras (61') des deux crabots (6'). 11. Boîte de vitesses, caractérisée en ce qu'elle comprend un mécanisme suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10.