Brevet FR2859775A1 — publié le 20050318

L'invention concerne une boîte de vitesses de véhicule automobile comprenant une fourchette mobile en translation le long d'un axe, cette fourchette comprenant un système d'indexation à bille pour l'immobiliser en position le long de cet axe. L'invention concerne également une boîte de vitesses dans laquelle la fourchette est solidaire de l'axe qui est luimême mobile par rapport à un carter, ce carter comprenant un système d'indexation de l'axe. Une telle boîte de vitesses comprend plusieurs fourchettes prévues pour coopérer avec des synchroniseurs qui sont portés par un arbre primaire ou par un arbre secondaire, afin de déplacer ces synchroniseurs le long de ces arbres. Chaque fourchette comprend principalement une embase coulissant le long de l'axe qui la porte, et deux extrémités destinées à appuyer sur un flanc de synchroniseur pour le déplacer. Les axes portant les fourchettes sont parallèles aux arbres portant les synchroniseurs, les fourchettes étant déplacées le long de ces axes par un système de commande. Lorsqu'un changement de rapport est commandé, le système de commande coopère avec une ou plusieurs fourchettes, pour déplacer un ou plusieurs synchroniseurs le long de l'arbre primaire ou secondaire. Le système d'indexation qui conditionne les mouvements d'une fourchette est destiné à assurer un déplacement précis du synchroniseur correspondant entre plusieurs positions prédéterminées. Chaque fourchette est déplacée par le système de commande, par exemple entre trois positions le long de l'axe qui la porte. Le système d'indexation d'une telle fourchette comprend une bille coulissant radialement par rapport à l'axe, dans un logement de l'embase, cette bille étant maintenue en appui contre l'axe par un ressort. L'axe comprend par exemple trois empreintes, et lors du déplacement de la fourchette le long de cet axe vers l'une des positions prédéterminées, la bille qui est comprimée par le ressort s'engage dans l'une des empreintes pour immobiliser la fourchette avec précision dans cette position prédéterminée. Compte tenu de la compacité importante des boîtes de vitesses actuelles, l'amplitude des déplacements du système de commande est de plus en plus réduite, et l'on attend du système d'indexation des fourchettes qu'il assure la fin du déplacement des fourchettes le long de leur axe. Cet impératif conduit à dimensionner le système de billage pour que l'effort exercé par la bille sur la surface de l'axe soit le plus élevé possible: l'effort appliqué par le ressort à la bille doit être suffisant pour emmener la fourchette dans sa position indexée dès le début de l'engagement de la bille dans une empreinte, sans effort supplémentaire du système de commande sur la fourchette. L'effort exercé en réaction par l'axe sur l'embase de la fourchette, dans une zone diamétralement opposée à celle de la bille, est d'autant plus élevé, ce qui génère des efforts de frottement importants entre l'axe et l'embase de la fourchette. Ces efforts de frottement qui sont appelés traînée s'opposent au déplacement de la fourchette le long de l'axe. Il s'ensuit que la commande de boîte de vitesse est d'autant plus dure, ce qui nuit au confort de conduite. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un système d'indexation à bille permettant un positionnement spontané de la fourchette en fin de mouvement, et ayant une faible traînée. A cet effet, l'invention a pour objet une boîte de vitesses de véhicule automobile comprenant une fourchette mobile en translation le long d'un axe, cette fourchette comprenant un système d'indexation à bille pour l'immobiliser en position le long de cet axe, caractérisé en ce que ce système d'indexation comprend deux billes diamétralement opposées autour de l'axe et maintenues en appui contre la surface de l'axe par un ressort, l'axe comprenant deux empreintes réalisées à sa surface pour que la fourchette s'immobilise lorsque ces billes s'engagent dans leurs empreintes respectives. Les efforts appliqués par les deux billes à l'axe ont ainsi des directions opposées de sorte que leur résultante sur l'axe est très faible ce qui diminue significativement la traînée. La boîte de vitesses peut ainsi être dimensionnée pour que les efforts appliqués par chaque bille à l'axe soient importants tout en générant une très faible traînée. La fin du mouvement de la fourchette, entre l'engagement de la bille dans une empreinte et son positionnement en fond d'empreinte peut ainsi être déclenchée par le système à billes. L'invention s'applique également à une boîte de vitesses dans laquelle la fourchette est solidaire d'un axe qui est mobile en translation par rapport au carter, ce carter comprenant un système à bille pour immobiliser la fourchette en position. Dans ce cas, le système à bille comprenant deux billes diamétralement opposées autour de l'axe est monté dans le carter. Avantageusement, les deux billes sont maintenues en appui contre la surface de l'axe par un même ressort. Les efforts appliqués par le ressort à chaque bille sont ainsi sensiblement identiques sans qu'il n'y ait à réaliser de réglage particulier pour obtenir ce résultat. Ce ressort unique peut avantageusement être formé par un corps hélicoïdal avec deux extrémités rectilignes exerçant chacune un effort sur l'une des billes. Le corps hélicoïdal de ce ressort peut être enroulé autour d'un support cylindrique de la fourchette ou du carter, ce corps de ressort restant libre de tourner par rapport à ce support cylindrique. Avantageusement, les empreintes dans lesquelles prennent appui les deux billes ont des formes identiques et sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe. Ainsi, les efforts appliqués par les billes à l'axe ont une résultante colinéaire à l'axe lorsque les deux billes s'engagent dans les empreintes correspondantes. Cette résultante contribue à terminer le mouvement de la fourchette jusqu'à son immobilisation dans l'une des positions indexée Chaque paire d'empreinte de bille peut être formée par un unique épaulement réalisé dans l'axe par tournage. Le coût de fabrication de l'arbre est réduit car chaque paire d'empreintes est réalisée en une seule opération de tournage. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'axe comprend pour chaque bille trois empreintes contiguës qui sont séparées deux à deux par des arêtes. Lorsqu'une bille a terminé de quitter une empreinte, elle s'engage ainsi spontanément dans une empreinte contiguë, de telle sorte que la cinématique du mouvement de la fourchette est principalement gérée par le système à billes. Le mouvement de la fourchette est sensiblement autonome dès que les billes ont quitté leur siège initial. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. - La figure 1 est une vue en perspective d'une boîte de vitesses selon l'invention; - La figure 2 est une représentation en perspective de deux fourchettes indexées de la boîte de vitesses selon l'invention; - La figure 3 est une première vue en coupe d'une fourchette de la boîte de vitesse selon l'invention; - La figure 4 est une seconde vue en coupe d'une fourchette de la boîte de vitesses selon l'invention; - La figure 5 est une vue du ressort de compression de la fourchette selon l'invention. Figure 1, une boîte de vitesses 1 comprend un arbre primaire 2 parallèle à deux arbres secondaires 12a et 12b sur lesquels sont montés des pignons récepteurs 3, 4 et 5, ainsi que des synchroniseurs non représentés. Parallèlement à ces arbres primaire et secondaires, un premier axe 6 porte deux fourchettes 7 et 8 qui sont prévues pour déplacer des synchroniseurs, non représentés, le long du premier arbre secondaire 12a. Ces deux fourchettes sont déplacées le long du premier axe 6 par un organe de commande 9 apte à déplacer deux noix d'entraînement 10 et 11 qui sont liées en mouvement respectivement aux fourchettes 7 et 8. La boîte de vitesses de la figure 1 comprend également un deuxième axe 13 parallèle aux arbres primaire 2 et secondaires 12a, 12b, ce deuxième axe 13 portant deux autres fourchettes non visibles qui sont actionnées par deux autres noix d'entraînement 14 et 15. L'indexation des synchroniseurs de cette boîte de vitesses est réalisée par les différentes fourchettes, dont les embases contiennent chacune un système à bille non visible dans la figure 1. Plus particulièrement, chaque fourchette qui est mobile en translation le long de l'axe qui la porte est indexée sur cet axe par un système d'indexation à bille pour s'immobiliser avec précision dans différentes positions prédéterminées lorsqu'elle est déplacée par le système de commande 9 le long de cet axe. Selon l'invention, chaque système d'indexation équipant une fourchette comprend deux billes qui sont diamétralement opposées l'une à l'autre autour de l'axe portant la fourchette, ces billes étant comprimées contre la surface de l'axe par un ressort. Comme visible dans la figure 2, les deux billes 16 et 17 du système d'indexation de la fourchette 8 sont disposées de part et d'autre de l'axe 6, et elles sont comprimées contre la surface de cet axe par un ressort 18. Plus particulièrement, chaque bille 16, 17 est comprimée par l'intermédiaire d'un coulisseau 19, 20 sur l'extrémité duquel appuie un ressort. Chaque coulisseau est apte à glisser dans un logement correspondant de l'embase de la fourchette, ces logements étant visible dans les figures 3 et 4. Les deux coulisseaux 19 et 20 ainsi que leurs logements respectifs sont alignés le long d'une direction perpendiculaire à celle de l'axe 6 et sont comprimés par le ressort 18 selon des sens opposés le long de cette direction. Au niveau de la fourchette 8, l'axe 6 comporte six empreintes 21, 22, 23 et 21', 22', 23', associées par paires, chaque empreinte ayant son empreinte correspondante diamétralement opposée autour de l'axe. Lorsque la fourchette 8 occupe la position des figues 2 et 3, la bille 16 est engagée dans le fond de l'empreinte 22, la bille correspondante 17 étant également engagée dans le fond de l'empreinte correspondante 22'. Du fait que les deux billes 16 et 17 sont diamétralement opposées autour de l'axe 6, les efforts qu'elles appliques à cet axe ont des directions opposées de sorte que ces efforts se compensent pour que leur résultante ainsi que leur moment résultant sur l'axe 6 soient sensiblement nuls. La traînée induite sur l'axe est ainsi très faible de sorte que la commande de boîte de vitesses reste souple pour le conducteur, c'est-à-dire que le déplacement d'une fourchette nécessite peu d'efforts sur le système de commande. La boîte de vitesses peut être dimensionnée pour que les efforts appliqués par chaque bille à l'axe soient importants tout en générant une traînée très faible. Ainsi, durant le mouvement d'une fourchette, dès qu'une bille de cette fourchette s'engage en bordure de l'une des empreintes, elle enclenche d'elle même la fin du mouvement de la fourchette, jusqu'à atteindre le fond de l'empreinte, ce qui correspond à la position d'indexation. Dans l'exemple des figures, les fourchettes sont mobiles en translation le long des axes fixes qui les portent, et chaque système d'indexation à bille, c'est à dire les coulisseaux, le ressort et les billes, est logé dans une embase de fourchette. Mais l'invention s'applique également au cas d'une boîte de vitesses dans laquelle les fourchettes sont solidaires des arbres qui les portent, ces arbres étant alors mobiles en translation par rapport au carter qui les portent. Dans ce cas, chaque système d'indexation est logé par exemple dans le carter de boîte de vitesses, au niveau des paliers portant les axes de fourchettes. Les billes 16 et 17 peuvent être comprimés contre la surface de l'axe 6 par des ressorts indépendants qui sont tarés de façon identique pour que les efforts résultants sur l'axe s'annulent en se compensant mutuellement. Dans l'exemple des figures, les deux billes 16 et 17 d'un même système d'indexation sont comprimées par les deux extrémités d'un même ressort 18, pour que les efforts résultants sur l'axe 6 s'annulent sans qu'il n'y ait de réglage particulier à effectuer pour obtenir ce résultat. Comme représenté sur la figure 2, ce ressort 18 est ici un ressort comprenant un corps hélicoïdal qui est orienté parallèlement à l'axe 6, et dont les deux extrémités s'étendent de façon rectiligne en définissant un angle de l'ordre de quatre-vingt dix degrés l'une par rapport à l'autre. Ce ressort est situé à l'extérieur de la fourchette en ayant son corps enroulé autour d'un support cylindrique 18' de la fourchette, comme visible sur la figure 5. Chaque extrémité rectiligne de ce ressort 18 se termine par une portion coudée se logeant dans une fente correspondante réalisée en extrémité d'un coulisseau. Ces extrémités du ressort 18 compriment ainsi chaque coulisseau 19, 20 qui dépasse de la surface externe de la fourchette, de telle sorte que les deux billes 16, 17 sont comprimées contre l'axe 6 de manière symétrique par le ressort 18. Avantageusement, le corps du ressort 18 est libre de tourner autour du support cylindrique 18' de manière à assurer un meilleur équilibrage des efforts appliqués aux deux coulisseaux pour réduire encore la traînée induite par les billes. Comme visible sur la figure 3, les empreintes 21, 22, 23 et 21', 22', 23' sont réalisées dans l'axe 6 de manière à former des paires d'empreintes disposées de façon symétrique par rapport à cet axe. La résultante des efforts appliqués par les billes à l'axe 6 est ainsi colinéaire à cet axe pour provoquer le déplacement de la fourchette jusqu'à ce que les billes atteignent le fond des empreintes qui correspond à une position d'indexation. Ces empreintes qui sont identiques par paires en étant disposées de façon symétrique par rapport à l'axe 6 assurent que les efforts appliqués par les billes sur l'axe 6 lorsque ces billes sont dans des portions pentues des empreintes ont une résultante qui est colinéaires à l'axe 6. La fin du mouvement de la fourchette est ainsi assurée par les billes qui appliquent à la fourchette un effort dirigé parallèlement à l'axe 6, c'est-à-dire sans traînée. Dans l'exemple des figures, chaque empreinte de l'axe 6 est réalisée par fraisage, avec un centre d'usinage capable de réaliser des profils particuliers présentant des pentes asymétriques comme pour les empreintes 21, 23, 21', 23'. Ces empreintes peuvent aussi être réalisées par tournage pour réduire la complexité des opérations mises en oeuvre pour leur réalisation. Dans ce cas, les empreintes sont réalisées sous forme d'épaulements de l'axe, de telle sorte que deux empreintes d'une même paire sont en fait formées par un unique épaulement de l'axe, ce qui assure que les pentes sont symétriques lorsque les deux billes s'engagent dans une telle empreinte. Comme représenté notamment dans la figure 1, trois empreintes contiguës telles que 21, 22, 23 définissent des pentes qui sont contiguës. Plus particulièrement, deux empreintes consécutives telles que 21 et 22 le long de l'axe 6 sont réalisées de telle sorte qu'elles ne sont pas séparées par une arête au lieu d'être séparées par une portion plane de l'axe. Lorsqu'une commande de changement de vitesse a lieu, le déplacement de la fourchette d'une position indexée vers une autre position indexée consécutive le long de l'axe 6 est ainsi pour moitié assuré par les billes. Plus particulièrement, lorsque la fourchette est déplacée le long de l'axe 6 par le système de commande à partir d'une position indexée, dès que les billes terminent de sortir de leurs empreintes respectives, elles atteignent une arête et s'engagent ainsi spontanément dans l'empreinte suivante pour déclencher spontanément la fin du mouvement de la fourchette. La cinématique du mouvement de la fourchette sensiblement autonome en étant assurée principalement par le système d'indexation à bille. Les déplacements du système de commande sont ainsi réduits de moitié, ce qui rend la commande de changement de vitesses plus précise pour le conducteur du véhicule. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses (1) de véhicule automobile comprenant une fourchette (7, 8) mobile en translation le long d'un axe (6), cette fourchette (7, 8) comprenant un système d'indexation à bille pour l'immobiliser en position le long de cet axe (6), caractérisé en ce que ce système d'indexation comprend deux billes (16, 17) diamétralement opposées autour de l'axe (6) et maintenues en appui contre la surface de l'axe (6) par un ressort (18), l'axe (6) comprenant deux empreintes (21, 21', 22, 22', 23, 23') réalisées à sa surface pour que la fourchette (7, 8) s'immobilise lorsque ces billes (16, 17) s'engagent dans leurs empreintes respectives (21, 21', 22, 22', 23, 23'). 2. Boîte de vitesses de véhicule automobile comprenant une fourchette (7, 8) solidaire d'un axe (6) mobile en translation dans un carter, ce carter comprenant un système d'indexation à bille pour immobiliser la fourchette en position, caractérisé en ce que le système à bille comprend deux billes (16, 17) diamétralement opposées autour de l'axe (6) et maintenues en appui contre la surface de l'axe (6) par un ressort (18) , l'axe (6) comprenant deux empreintes (21, 21', 22, 22', 23, 23') réalisées à sa surface pour immobiliser la fourchette (7, 8) lorsque ces billes (16, 117) s'engagent dans leurs empreintes respectives (21, 21', 22, 22', 23, 23'). 3. Boîte de vitesses selon la revendication 1 ou 2, 30 dans laquelle les deux billes (16, 17) sont maintenues en appui contre la surface de l'axe (6) par un même ressort (18). 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le ressort (18) comprend un corps hélicoïdal avec deux extrémités rectilignes exerçant chacune un effort sur l'une des billes (16, 17). 5. Boîte de vitesses selon la revendication 4, dans laquelle le corps hélicoïdal du ressort (6) est enroulé autour d'un support cylindrique (18') de la fourchette (7, 8) ou du carter, ce corps hélicoïdal étant libre de tourner par rapport à ce support cylindrique (18'). 6. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les deux billes {16, 17) prennent appui dans des empreintes (21, 21', 22, 22', 23, 23') qui ont des formes identiques et qui sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe (6). 7. Boîte de vitesse selon la revendication 6, dans laquelle chaque paire d'empreinte (21, 21', 22, 22', 23, 23') est formée par un unique épaulement réalisé dans l'axe (6) par tournage. 8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle l'axe (6) comprend pour chaque bille (16, 17) trois empreintes contiguës (21, 22, 23; 21', 22', 23') qui sont séparées deux à deux par des arêtes.