Brevet FR2893690A1 — publié le 20070525

Boîte de vitesses à deux rapports joints. L'invention concerne le domaine des boîtes de vitesses utilisées en particulier dans les véhicules automobiles. De telles boîtes comprennent plusieurs arbres parallèles munis d'une pluralité de pignons. Dans ce domaine, la demande de brevet DE 198 21 164 (Volkswagen) a proposé une boîte de vitesses comprenant deux arbres primaires reliés alternativement à deux embrayages et deux arbres secondaires munis chacun d'un pignon d'attaque engrenant avec une même couronne du différentiel du véhicule. Chacun des rapports de marche avant du véhicule est établi directement par l'engrènement d'une denture d'un arbre primaire avec un pignon d'un arbre secondaire solidarisé avec le pignon d'attaque correspondant par un système de synchronisation. Le ratio d'engrènement de chaque pignon des arbres secondaires est lié au rapport que ce pignon permet d'établir. Le ratio est élevé pour les pignons de première, de seconde et de marche arrière. Ainsi lorsque le couple moteur transite par ces pignons, les arbres secondaires correspondants sont soumis à un effort radial important. Dans la boîte décrite, les pignons correspondant au rapport de première et de seconde sont situés à deux extrémités d'un arbre secondaire. L'inconvénient est que les deux extrémités sont toutes les deux soumises à des efforts radiaux importants de sorte que l'arbre secondaire est monté à rotation sur deux paliers à rouleaux coniques permettant d'encaisser à la fois les efforts radiaux et axiaux. Ce type de montage à rotation est d'un rendement énergétique médiocre. L'invention propose une boîte de vitesse qui résout ces inconvénients et notamment qui réduit, pour tous les arbres secondaires engrenant avec la couronne de différentiel, les endroits où l'arbre secondaire est soumis à des efforts radiaux importants et où le montage à rotation d'un arbre secondaire présente moins de frottements que les paliers à rouleaux coniques. Selon un mode particulier de réalisation, la boîte de vitesses de véhicule automobile comprend une pluralité d'arbres parallèles, dont au moins un arbre primaire relié au moteur du véhicule par un embrayage situé d'un côté avant de la boîte de vitesses, et deux arbres secondaires munis chacun d'au moins un pignon d'attaque, et un pignon avant. Les deux pignons d'attaque sont situés pour chaque arbre secondaire le plus en avant et engrènent avec une même couronne de différentiel du véhicule, les deux pignons avant sont situés immédiatement à côté du pignon d'attaque correspondant. La boîte de vitesses présente au moins deux rapports de marche avant et au moins un rapport de marche arrière. Deux rapports parmi les rapports de première, de seconde, ou de marche arrière, sont deux rapports joints, pour lesquels la transmission du couple moteur passe par l'engrènement d'un même pignon avant principal. On conçoit que dans une telle boîte de vitesses, le pignon avant principal permet de concentrer, à côté du pignon d'attaque, les endroits où l'arbre secondaire est soumis à des efforts radiaux importants. Un palier à rouleaux cylindriques peut supporter l'essentiel des efforts radiaux auxquels est soumis l'arbre secondaire. L'autre extrémité peut être guidée par un palier à billes. Un tel montage à rotation présente un rendement énergétique meilleur que deux paliers à rouleaux coniques. Avantageusement, le rapport de première, de seconde, ou de marche arrière qui n'est pas joint, est établi grâce à l'engrènement d'un pignon avant secondaire. Selon une caractéristique, l'un des deux rapports joints est un rapport indirect pour lequel la transmission du couple moteur passe par une succession d'engrènement comprenant un premier engrènement avec une denture de l'arbre primaire, un dernier engrènement avec le pignon avant principal, et au moins un engrènement supplémentaire. Selon une autre caractéristique, la boîte de vitesses comprend un arbre intermédiaire muni d'un système de synchronisation apte à solidariser en rotation deux pignons transmettant le couple moteur selon ledit rapport indirect. Avantageusement, au moins l'un des arbres secondaires est tel que chacun des pignons dudit arbre secondaire, hormis le pignon d'attaque et le pignon avant , présente un ratio d'engrènement de 0,5 à 2. Selon encore une autre caractéristique, un arbre secondaire est monté à rotation sur un palier à éléments roulant cylindriques et sur un roulement à bille situés chacun à une extrémité dudit arbre secondaire,. Selon une variante, un arbre secondaire est monté à rotation sur un palier à éléments roulant cylindriques situé entre le pignon d'attaque et le pignon avant dudit arbre secondaire, et sur un roulement à bille, de sorte que le pignon d'attaque est en porte à faux vis à vis des deux paliers à roulement. Avantageusement, la boîte de vitesses comprend un arbre primaire plein, traversant un arbre primaire creux, tous les deux reliés alternativement au moteur par deux embrayages et formant une ligne primaire, dans laquelle un arbre secondaire est muni, en plus du pignon d'attaque et du pignon avant, de deux autres pignons, boîte de vitesses dans laquelle le pignon avant et les deux autres pignons engrènent tous les trois avec des dentures de l'arbre primaire creux, de sorte que ledit arbre secondaire est plus court que la ligne primaire. Toutes les dentures des deux arbres primaires qui n'engrènent pas avec un pignon avant, peuvent présenter un ratio d'engrènement de 0,5 à 2. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : -la figure unique est une représentation schématique de la boîte de vitesses. Comme illustré sur la figure 1, un premier mode de réalisation de boîte de vitesses comprend un carter 1, un différentiel 2 relié aux roues du véhicule, un dispositif d'embrayage 3 relié à un arbre moteur 4, une ligne primaire 5, un premier arbre secondaire 6, un deuxième arbre secondaire 7 et un arbre intermédiaire 8. Conventionnellement, dans la présente description, on appellera avant , le côté droit de la figure correspondant au côté de la boîte de vitesses où est implanté le différentiel 2, et arrière le côté opposé. La ligne primaire 5 comprend un arbre primaire plein 9 entraîné en rotation par un embrayage hydraulique 10, et un arbre primaire creux 11 entraîné en rotation par un embrayage hydraulique 12. Les deux embrayages hydrauliques 10 et 12 et les deux arbres primaires 9 et 11 sont coaxiaux. Les deux arbres secondaires 6 et 7 et l'arbre intermédiaire 8 sont parallèles à la ligne primaire 5. Un premier pignon d'attaque 13 est monté fixe sur le premier arbre secondaire 6. Un deuxième pignon d'attaque 14 est monté fixe sur le deuxième arbre secondaire 7. Les deux pignons d'attaque engrènent une même couronne de différentiel 15. Chacun des deux arbres secondaires 6 et 7 est monté à rotation sur un palier à rouleaux 16 situé à l'extrémité avant de chacun des arbres secondaires 6,7 et sur un roulement à billes 17 situé à l'extrémité arrière de chacun des arbres secondaires 6,7. Le palier à rouleaux 16 pourrait également être un palier à aiguilles ou tout autre palier à éléments roulants cylindriques. Les roulements à billes 17 sont emmanchés dans une première partie 1 a du carter 1 et les paliers à rouleaux 16 sont emmanchés dans une deuxième partie lb du carter 1 de la boîte de vitesses. Les arbres secondaires 6 et 7 sont d'abord assemblés avec la première partie 1 a du carter, la partie lb du carter 1 étant assemblée ensuite. La ligne primaire 5 comprend, de gauche à droite sur la figure 1, successivement trois dentures 18, 19 et 20 montées fixes sur l'arbre primaire plein 9, puis trois dentures 21, 22 et 23 montées fixes sur l'arbre primaire creux 11. Le premier arbre secondaire 6 est équipé successivement, de gauche à droite sur la figure 1, d'un pignon de troisième 24, d'un système de synchronisation double 25, d'un pignon de cinquième 26 et d'un pignon de marche arrière 27. Le pignon de troisième 24 et le pignon de cinquième 26 sont montés libres en rotation sur le premier arbre secondaire 6 et coopèrent avec le système de synchronisation double 25. Le pignon de marche arrière 27 est monté fixe sur le premier arbre secondaire 6. Le deuxième arbre secondaire 7 comporte successivement, de gauche à droite sur la figure 1, un système de synchronisation simple 28, un pignon de sixième 29, un pignon de quatrième 30, un système de synchronisation principal 31, et un pignon principal 32. Les pignons de sixième 29, de quatrième 30 et le pignon principal 32, sont montés libres en rotation sur le deuxième arbre secondaire 7. Le pignon principal 32 et le pignon de quatrième 30 coopèrent avec le système de synchronisation principal 31. Le pignon de sixième 29 coopère avec le synchroniseur simple 28. L'arbre intermédiaire 8 est équipé successivement, de gauche à droite sur la figure 1, d'un premier pignon intermédiaire 33, d'un deuxième pignon intermédiaire 34, d'un système de synchronisation intermédiaire 35, d'un pignon de renvoi 36. Le premier pignon intermédiaire 33 est monté fixe sur l'arbre intermédiaire 8, le deuxième pignon intermédiaire 34 et le pignon de renvoi 36 sont montés libres en rotation sur l'arbre intermédiaire 8 et coopèrent avec le système de synchronisation intermédiaire 35. Les systèmes de synchronisation 25, 31 et 35 peuvent prendre alternativement trois positions, à savoir une position neutre, une position actionnée d'un côté, et une position actionnée de l'autre. Dans la position neutre, les deux pignons avec lesquels le système de synchronisation coopère, restent libres en rotation. Dans une position actionnée, l'un des pignons est solidarisé en rotation avec l'arbre sur lequel le système de synchronisation est monté et l'autre pignon reste libre en rotation. Le système de synchronisation simple 28 comprend deux positions, une position neutre et une position actionnée avec le pignon de sixième 29. La denture 18 engrène avec le pignon de troisième 24. La denture 19 engrène avec le premier pignon intermédiaire 33. La denture 20 engrène avec le pignon de cinquième 26. La denture 21 engrène avec le deuxième pignon intermédiaire 34 ainsi qu'avec le pignon de sixième 29. La denture 22 engrène avec le pignon de quatrième 30. La denture 23 engrène avec le pignon principal 32. Le pignon de marche arrière 27 engrène avec le pignon de renvoi 36. Les rapports de transmission de seconde et de quatrième sont établis lorsque l'embrayage hydraulique 12 est en prise et que le système de synchronisation principal 31 solidarise la rotation du pignon principal 32 ou du pignon de quatrième 30. De même, les rapports de troisième et de cinquième sont établis lorsque l'embrayage hydraulique 10 est en prise et que le système de synchronisation double 25 solidarise la rotation du pignon de troisième 24 ou du pignon de cinquième 26. Le rapport de sixième est établi lorsque l'embrayage hydraulique 12 est en prise et que le système de synchronisation simple 28 solidarise la rotation du pignon de sixième 29. Tous les rapports de seconde, de troisième, de quatrième, de cinquième et de sixième sont des rapports directs, pour lesquels le couple moteur transite par un seul engrènement entre une denture d'un des arbres primaires et un pignon d'un des arbres secondaires. Les rapports de première et de seconde sont joints, en ce sens que la chaîne cinématique, qui permet l'établissement de chacun de ces rapports, possède une partie commune, à savoir l'arbre primaire 11, la denture 23, le pignon principal 32, le système de synchronisation principal 31, le deuxième arbre secondaire 7, le pignon d'attaque 14, et la couronne 15 de différentiel 2. Le rapport de première est un rapport indirect, dont la chaîne cinématique nécessite en plus de la précédente partie commune une succession d'engrènements passant par l'arbre primaire plein 9, la denture 19, le premier pignon intermédiaire 33, le système de synchronisation intermédiaire 35, l'arbre intermédiaire 8, le deuxième pignon intermédiaire 34, et la denture 21 de l'arbre primaire creux 11. Le ratio d'engrènement entre le pignon principal 32 et la denture 23 est par exemple de 2,10. Cela correspond au rapport des vitesses de rotation de l'arbre moteur 4 et du deuxième arbre secondaire 7 lorsque le rapport de seconde est établi. Lorsque le rapport de première est établi, le rapport des vitesses de rotation de l'arbre moteur 4 et du deuxième arbre secondaire 7 est d'environ 3,90. L'essentiel de la réduction de vitesse nécessaire à l'établissement du rapport de première a lieu par l'engrènement commun aux deux rapports de première et de seconde. Ainsi, la transmission du couple, selon le rapport de première, a lieu avec une vitesse de rotation de l'arbre intermédiaire 8 relativement élevée, de sorte que les efforts radiaux engendrés par les engrènements des deux pignons intermédiaires 33 et 34 avec les dentures 19 et 21 des deux arbres primaires, sont plus faibles que l'effort transversal exercé par l'engrènement du pignon principal 32 avec la denture 23. Bien que la chaîne cinématique du rapport de première passe par des dentures situées dans une zone médiane de la ligne primaire 5, la flexion de ladite ligne primaire reste modérée. De même, les ratios d'engrènement de cinquième, de sixième et de quatrième sont inférieurs ou égaux à 2, et l'emplacement des dentures 20, 21 et 22 correspondantes situées au milieu des arbres primaires permet de limiter la flexion de la ligne primaire 5. Le rapport des vitesses de rotation entre l'arbre moteur 4 et le premier arbre secondaire 6, lorsque le rapport de marche arrière est établi, est de l'ordre de 3,66. L'essentiel de cette réduction de vitesse est réalisé par l'engrènement du pignon de renvoi 36 avec le pignon de marche arrière 27. L'engrènement de la denture 19 avec le premier pignon intermédiaire 33 permet d'inverser le sens de rotation mais ne s'accompagne pas de réduction de vitesse importante, de sorte que l'effort radial est essentiellement concentré à l'extrémité avant du premier arbre secondaire 6, grâce au positionnement du pignon de marche arrière 27 immédiatement à côté du pignon d'attaque 13. Chacun des deux arbres secondaires 6 et 7 voit les efforts radiaux s'appliquant sur lui concentrés à son extrémité avant, sur les pignons d'attaques 13,14 situés le plus en avant et sur les pignons avant 27, 32 situés immédiatement à coté du pignon d'attaquel3, 14 : un pignon avant principal 32 pour les rapports joints de première et de seconde, et un pignon avant secondaire 27 pour le rapport de marche arrière. Cette concentration des efforts transversaux permet de limiter la flexion de ces deux arbres secondaires 6, 7. Les deux extrémités avant des deux arbres secondaires 6,7 peuvent être montées sur des paliers à rouleaux cylindriques 16 qui supportent uniquement un effort radial. La pression de Hertz sur les dentures du pignon principal 32 et du pignon d'attaque 14 peut être réduite grâce à des dentures hélicoïdales. Le sens de l'hélice de ces deux dentures est avantageusement inversé, de manière à compenser l'effort axial engendré par la transmission du couple moteur aux rapports de première et de seconde. Il en est de même pour les dentures du pignon de marche arrière 27 et du pignon d'attaque 13. La transition entre les rapports de première et de seconde est très rapide. Lorsque le système de synchronisation principal 31 solidarise le pignon principal avant 32 et que le système de synchronisation intermédiaire 35 solidarise les deux pignons intermédiaires 33 et 34, il suffit de basculer le couple moteur depuis l'embrayage hydraulique 10 vers l'embrayage hydraulique 12 ou inversement, pour changer de rapport. Le palier à rouleaux 16 pourrait également être situé entre le pignon principal 32 et le pignon d'attaque 14, de même qu'entre le pignon de marche arrière 27 et le pignon d'attaque 13. Tous les pignons du deuxième arbre secondaire 7 engrènent avec des dentures de l'arbre primaire creux 11. L'encombrement axial de l'arbre primaire plein 9, situé en arrière du pignon 29 du deuxième arbre secondaire 7, comprend l'encombrement des dentures 18, 19 et 20 et du système de synchronisation double 25. L'encombrement du deuxième arbre secondaire 7 en arrière du pignon 29 est limité au système de synchronisation simple 28 et est donc beaucoup plus court que la ligne primaire 5. REVENDICATIONS 1 û Boîte de vitesses de véhicule automobile comprenant une pluralité d'arbres parallèles, dont au moins un arbre primaire (11) relié au moteur du véhicule par un embrayage (12) situé d'un côté avant de la boîte de vitesses, et deux arbres secondaires (6, 7) munis chacun d'au moins un pignon d'attaque (13, 14) , et un pignon avant (27, 32) , les deux pignons d'attaque (13, 14) étant situés pour chaque arbre secondaire le plus en avant et engrenant avec une même couronne (15) de différentiel (2) du véhicule, les deux pignons avant (27, 32) étant situés immédiatement à côté du pignon d'attaque (13, 14) correspondant, la boîte de vitesses présentant au moins deux rapports de marche avant et au moins un rapport de marche arrière, caractérisée par le fait que deux rapports parmi les rapports de première, de seconde, ou de marche arrière, sont deux rapports joints, pour lesquels la transmission du couple moteur passe par l'engrènement d'un même pignon avant principal (32). 2 û Boîte de vitesses selon la revendication 1, dans laquelle, le rapport de première, de seconde, ou de marche arrière qui n'est pas joint, est établi grâce à l'engrènement d'un pignon avant secondaire (27). 3 û Boîte de vitesses selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle, l'un des deux rapports joints est un rapport indirect pour lequel la transmission du couple moteur passe par une succession d'engrènement comprenant un premier engrènement avec une denture (19) d'un arbre primaire (9), un dernier engrènement avec le pignon avant principal (32), et au moins un engrènement supplémentaire. 4 - Boîte de vitesses selon la revendication 3, comprenant un arbre intermédiaire (8) muni d'un système de synchronisation (35) apte à solidariser en rotation deux pignons (33, 34) transmettant le couple moteur selon ledit rapport indirect. - Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins l'un des arbres secondaires (6, 7) 5 est tel que chacun des pignons (24-26, 29-30) dudit arbre secondaire (6, 7), hormis le pignon d'attaque (13, 14) et le pignon avant (27, 32), présente un ratio d'engrènement de 0,5 à 2. 6 - Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un arbre secondaire (6,7) est monté à rotation sur un palier à éléments roulant cylindriques (16) et sur un roulement à bille (17) situés chacun à une extrémité dudit arbre secondaire (6, 7). 7 - Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle un arbre secondaire est monté à rotation sur un palier à éléments roulant cylindriques (16) situé entre le pignon d'attaque (13, 14) et le pignon avant (27, 32) dudit arbre secondaire (6, 7), et sur un roulement à bille (17), de sorte que le pignon d'attaque (13, 14) est en porte à faux vis à vis des deux paliers à roulement (16, 17). 8 - Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un arbre primaire plein (9), traversant un arbre primaire creux (11), tous les deux reliés alternativement au moteur par deux embrayages (10, 12) et formant une ligne primaire (5), dans laquelle un arbre secondaire (7) est muni, en plus du pignon d'attaque (14) et du pignon avant (32), de deux autres pignons (29, 30), boîte de vitesses dans laquelle le pignon avant (32) et les deux autres pignons (29, 30) engrènent tous les trois avec des dentures (21, 22, 23) de l'arbre primaire creux (11), de sorte que ledit arbre secondaire (7) est plus court que la ligne primaire (5).9 - Boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle toutes les dentures (18, 19, 20, 21, 22) des deux arbres primaires (9, 11) qui n'engrènent pas avec un pignon avant (32), présentent un ratio d'engrènement de 0,5 à 2.