Brevet FR2896554A1 — publié le 20070727

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les dispositifs d'actionnement de rapports de vitesses d'une boîte de vitesses mécanique. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de couplage d'un pignon fou avec un arbre de boîte de vitesses qui comporte des moyens d'accouplement assurant l'égalisation par frottements de la vitesse du pignon fou avec une première vitesse de l'arbre. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les boîtes de vitesses comprennent généralement deux arbres pourvus de pignons en vis-à-vis de diamètres différents qui s'engrènent les uns avec les autres, les pignons d'un des arbres étant montés fou sur cet arbre. Afin de passer un rapport, ces boîtes de vitesses utilisent des dispositifs de couplage d'un des pignons fou avec l'arbre de la boîte de vitesses sur lequel il est monté de manière à égaliser leur vitesse de rotation. Ces dispositifs de couplage comprennent généralement pour cela un baladeur qui est lié en rotation à un des arbres de la boîte et qui est adapté à se translater sur cet arbre pour venir, au moyen de dents, craboter une denture d'un pignon fou. On connaît également du document FR 2 821 652 un autre type de dispositif de couplage dans lequel il est prévu un moyeu fixé sur ledit arbre, un baladeur libre en rotation et en translation sur le moyeu, et des moyens de couplage disposés entre le baladeur et le pignon fou et adaptés à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre et du pignon fou. Plus précisément, selon ce document, les moyens de couplage comprennent un ensemble d'anneaux coniques emboîtés les uns dans les autres et pourvus de garnitures de friction. Ainsi, la translation du baladeur provoque la mise en pression des anneaux coniques et de leurs surfaces de friction les unes sur les autres de manière à engendrer ledit frottement qui met progressivement en rotation le pignon fou à la même vitesse de rotation que celle de l'arbre. OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose un nouveau dispositif de couplage du pignon fou avec l'arbre de boîte de vitesses qui est adapté à établir, avec le même pignon fou, deux rapports de vitesses distincts. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un dispositif de couplage d'un pignon fou avec un arbre de boîte de vitesses tel que défini dans l'introduction, dans lequel il est prévu d'autres moyens d'accouplement similaires commandés de manière indépendante par rapport aux premiers moyens d'accouplement et assurant l'égalisation par frottements de la vitesse dudit pignon fou avec une deuxième vitesse de l'arbre. Ainsi, grâce à l'invention, lorsqu'un même pignon fou est utilisé pour deux rapports de boîte de vitesses, il est possible d'utiliser deux moyens d'accouplement distincts qui fonctionnent indépendamment les uns des autres si bien que la commande de la boîte de vitesses est simplifiée. En outre, l'utilisation d'un tel dispositif à commande séparée permet de réaliser une boîte de vitesse dans laquelle le passage d'un rapport de vitesse à un autre sous couple est possible. Par conséquent, les roues du véhicule qui est équipé de cette boîte de vitesses sont entraînées en permanence en rotation par le moteur du véhicule, en particulier lors du passage d'un rapport de vitesses. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif de couplage selon l'invention sont les suivantes : un des moyens d'accouplement comporte un premier moyeu fixé sur l'arbre, un premier baladeur libre en rotation et en translation axiale sur le premier moyeu et des premiers éléments de couplage disposés entre le premier baladeur et le pignon fou ; l'autre des moyens d'accouplement comporte un second moyeu fixé sur le pignon fou, un second baladeur libre en rotation et en translation axiale sur le second moyeu et des seconds éléments de couplage disposés entre le second baladeur et l'arbre ; - le dispositif de couplage comporte une bague liée en rotation à l'arbre et pourvue latéralement d'un second flasque coopérant avec les seconds éléments de couplage ; et le pignon fou comporte extérieurement un premier flasque coopérant avec les premiers éléments de couplage ; - les éléments de couplage comprennent chacun un ensemble de synchroniseurs coniques dont au moins un des synchroniseurs est lié en rotation à l'arbre de boîte de vitesses et dont au moins un autre des synchroniseurs est lié en rotation au pignon fou ; et - l'engrènement des dentures du pignon fou avec celles d'un autre pignon engendrant un effort de dentures axial, le second baladeur est adapté à se translater dans le sens de l'effort de dentures axial. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure unique est une vue en coupe d'un dispositif de couplage selon l'invention. Sur cette figure unique, on a représenté schématiquement un dispositif de couplage d'un pignon fou 2 avec un arbre 1 de boîte de vitesses disposé horizontalement dans cette boîte. Ici, l'arbre 1 de boîte de vitesses correspond à l'arbre primaire de la boîte. Cet arbre est lié, par l'intermédiaire d'un embrayage double (non représenté) à un vilebrequin d'un moteur à combustion interne. Cet embrayage double, combiné à une démultiplication en entrée de boîte de vitesses, permet de donner deux vitesses différentes à l'arbre primaire. Le pignon fou 2 présente un corps cylindrique creux ajusté sur cet arbre 1 de telle sorte qu'il est libre en rotation par rapport à cet arbre. En revanche il est maintenu axialement sur cet arbre 1 par l'intermédiaire de deux circlips 1A qui sont positionnés dans des gorges réalisées dans l'arbre 1 et qui le maintiennent, directement ou indirectement, à chacune de ses extrémités. Le pignon fou 2 comprend extérieurement des dentures hélicoïdales 4 réparties sur toute sa périphérie et disposées sur une zone périphérique centrale de son corps cylindrique. Ces dentures hélicoïdales 4 coopèrent avec des dentures hélicoïdales 5 d'un autre pignon 3 monté fixe sur un autre arbre 6 de la boîte de vitesses. La vitesse de rotation du pignon fou 2 est donc proportionnelle à la vitesse de rotation de cet autre arbre 6. Un dispositif de couplage est destiné à lier en rotation le pignon fou 2 et l'arbre 1 de manière à rendre proportionnelles les vitesses de rotation des deux arbres 1, 6 de la boîte de vitesses. Il comporte tout d'abord pour cela des premiers moyens d'accouplement 8 destinés à assurer par frottements l'égalisation de la vitesse du pignon fou 2 avec une première vitesse de l'arbre 1. Plus précisément, l'une des extrémités (l'extrémité droite) du pignon fou 2 porte un premier flasque 140 qui forme un disque autour du pignon fou 2 et qui présente une partie cylindrique creuse emmanchée et soudée sur cette extrémité du pignon fou 2. Le bord périphérique du premier flasque 140 présente des crans à flancs droits 140A disposés régulièrement sur l'ensemble de son pourtour. Quatre de ces crans à flancs droits 140A séparés angulairement de 90 degrés présentent une profondeur importante supérieure à celle des autres crans. L'arbre 1 porte par ailleurs, à droite du pignon fou 2, et à gauche d'un autre pignon fou 2B, un premier moyeu 120 creux présentant intérieurement des cannelures coopérant avec des cannelures extérieures de l'arbre 1. Il est donc lié en rotation à l'arbre 1. Ce premier moyeu 120 est en outre maintenu axialement sur cet arbre 1, d'un côté, par un des circlips 1A qui maintiennent le pignon fou 2, et, de l'autre, par l'autre pignon fou 2B que porte l'arbre 1. Ce premier moyeu 120 forme une couronne qui possède sur sa paroi extérieure une nervure périphérique 120C et, de chaque côté de cette nervure, une série de crans à flancs inclinés 120B. Le premier moyeu 120 comporte en outre sur son pourtour, à chacune de ses extrémités, une série de crans à flancs droits 120A. Ladite nervure périphérique 120C accueille extérieurement un roulement à billes qui forme un premier baladeur 111. Ce premier baladeur 111 est lui-même disposé au centre d'une fourchette 110 qui présente une forme d'anneau entourant le roulement à billes. Elle est munie d'un bras (non représenté) sur lequel agit un levier de boîte de vitesses. Cette fourchette 110 est par conséquent adaptée à se translater axialement par rapport au premier moyeu 120 vers l'une ou l'autre de ses extrémités. Afin d'égaliser la vitesse de rotation du pignon fou 2 avec une première vitesse de rotation de l'arbre 1 et donc du premier moyeu 120, les premiers moyens d'accouplement 8 comprennent de manière connue des premiers éléments de couplage 130 disposés entre le premier baladeur 111 et le premier flasque 140 du pignon fou 2. Ils comprennent également des éléments de couplage identiques disposés entre le premier baladeur 111 et l'autre pignon fou 2B. Ces premiers éléments de couplage 130 comprennent un ensemble de synchroniseurs coniques 131, 132, 133, 134. Un premier de ces synchroniseurs coniques forme un anneau supérieur 131 conique dont l'ouverture centrale haute est partiellement fermée par une paroi plane portant à son extrémité libre des crans à flancs inclinés 131A adaptés à coopérer avec les crans à flancs inclinés 120B du premier moyeu 120. La surface intérieure de cette anneau supérieur 131 forme une surface conique femelle. Un deuxième de ces synchroniseurs coniques forme un anneau intermédiaire supérieur 132 dont l'extrémité basse porte des crans à flancs droits 132A adaptés à coopérer avec les crans à flancs droits 140A du premier flasque 140. Cet anneau conique est emboîté à l'intérieur de l'anneau supérieur 131. Sa surface extérieure forme une surface conique mâle adaptée à glisser contre la surface conique femelle formée par l'anneau supérieur 130. Elle est par ailleurs pourvue d'un revêtement de friction qui permet à ces deux surfaces coniques de frotter l'une avec l'autre lorsqu'elles sont mises en pression l'une contre l'autre. Sa surface intérieure forme une surface conique femelle. Elle est également recouverte d'un revêtement de friction. Un troisième de ces synchroniseurs coniques forme un anneau intermédiaire inférieur 133 conique dont l'ouverture centrale haute est partiellement fermée par une paroi plane portant à son extrémité libre des crans à flancs droits 133A adaptés à coopérer avec les crans à flancs droits 120A du premier moyeu 120. Cet anneau conique est emboîté à l'intérieur de l'anneau intermédiaire supérieur 132. La surface extérieure de cet anneau forme une surface conique mâle adaptée à glisser contre la surface conique femelle formée par l'anneau intermédiaire supérieur 132. Sa surface intérieure forme une surface conique femelle recouverte d'un revêtement de friction. Un quatrième et dernier synchroniseur conique forme un anneau inférieur 134 dont l'extrémité basse porte trois crans à flancs droits 134A adaptés à coopérer avec les trois crans à flancs droits 140A du premier flasque 140 qui présentent une profondeur importante. Cet anneau conique est emboîté à l'intérieur de l'anneau intermédiaire inférieur 133. La surface extérieure de cet anneau forme une surface conique mâle adaptée à glisser ou à frotter contre la surface conique femelle formée par l'anneau intermédiaire inférieur 133. La fourchette 110 est l'organe de la boîte de vitesses qui est adapté à mettre en pression les différents synchroniseurs coniques les uns contre les autres en appuyant sur la paroi plane de l'anneau supérieur 130. Ainsi, lorsque la fourchette 110 se translate axialement, elle crée un appui axial sur l'anneau supérieur 130, ce qui engendre la mise en appui des différentes surfaces coniques des synchroniseurs coniques les unes contre les autres. En conséquence, le pignon fou 2, le premier flasque 140, le premier moyeu 120 et l'arbre 1 sont liés en rotation les uns avec les autres à une première vitesse. Afin d'améliorer cette liaison, les crans de l'anneau supérieur 131 présentent des flancs inclinés. Ainsi, le couple transmis par le premier moyeu 120 à cet anneau conique engendre un effort axial supplémentaire qui pousse l'anneau supérieur 131 contre l'anneau intermédiaire supérieur 132. Les crans à flancs droits 120A du premier moyeu 120 permettent quant à eux à l'anneau intermédiaire inférieur 133 de coulisser parallèlement à l'axe de l'arbre 1 de manière à ce que les différentes surfaces de friction puissent venir en contact les unes des autres. Ces crans à flancs droits 120A du premier moyeu 120 et les crans à flancs droits 133A de l'anneau intermédiaire inférieur 133 sont ajustés les uns par rapport aux autres avec un jeu orthoradial de sorte que l'anneau intermédiaire inférieur 133 coulisse facilement sur le premier moyeu 120. En variante, les crans à flancs droits 120A du premier moyeu 120 et les crans à flancs droits 133A de l'anneau intermédiaire inférieur 133 peuvent être ajustés les uns par rapport aux autres de manière serrée. Pour désolidariser les synchroniseurs coniques les uns des autres lorsque la fourchette 110 revient en position initiale, les premiers moyens d'accouplement 8 comprennent des moyens de rappel 50. Ces moyens de rappel 50 comprennent une rondelle élastique circulaire positionnée en compression entre deux rondelles plates dont l'une prend appui sur le premier moyeu 120, ici par l'intermédiaire d'un circlip solidaire de ce moyeu, et dont l'autre prend appui sur le fond des crans à flancs inclinés 120B de la paroi plane de l'anneau supérieur 131. Ainsi, lorsque la fourchette 110 revient en position initiale, la rondelle élastique exerce un effort sur l'anneau supérieur 131 de manière à ce que les différentes surfaces de frictions se désengagent les unes des autres. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif de couplage comprend également des seconds moyens d'accouplement 9 commandés de manière indépendante par rapport aux premiers moyens d'accouplement 8 et assurant l'égalisation par frottements de la vitesse du pignon fou 2 avec une deuxième vitesse de l'arbre 1. Ces seconds moyens d'accouplement 9 comportent un second moyeu 20. Ce second moyeu 20 forme une couronne dont la paroi intérieure comprend des cannelures coopérant avec des cannelures 2A disposées sur l'extrémité gauche du pignon fou 2. Il est donc lié en rotation au pignon fou 2. Le second moyeu 20 possède en outre sur sa paroi extérieure, à une de ses extrémités, une nervure périphérique 20C et, à côté de cette nervure, une série de crans à flancs inclinés 20B. Le second moyeu 20 comporte en outre sur son pourtour, sur l'autre de ses extrémités, une série de crans à flancs droits 20A. Ladite nervure périphérique 20C accueille extérieurement un roulement à billes qui forme un second baladeur 11. Ce second baladeur 11, à l'instar du premier baladeur 111, est disposé au centre d'une fourchette 10 munie d'un bras sur lequel agit le levier de boîte de vitesses, ledit bras étant distinct du bras de la fourchette 110 du premier baladeur 111. Cette fourchette 10 est adaptée à se translater axialement par rapport au second moyeu 20 vers une seule de ses extrémités, celle pourvue de crans à flancs droits 20A. Avantageusement, les dentures hélicoïdales 4 du pignon fou 2 et celles du pignon 5 sont prévues pour engendrer, lorsque le moteur entraîne les roues du véhicule, un effort de dentures axial de même sens que le sens de translation de la fourchette 10. L'arbre 1 porte, à gauche du pignon fou 2, une bague 40. Cette bague comporte intérieurement des cannelures coopérant avec des cannelures extérieures de l'arbre 1. Elle est donc liée en rotation à l'arbre 1. En outre, elle est fixe en translation par rapport à l'arbre 1 en étant maintenue, d'un côté, par l'intermédiaire d'un des circlips 1A, et en prenant appui de l'autre côté sur le pignon fou 2. Ainsi, l'arbre 1 porte, entre les deux circlips 1A, un empilement d'organes de la boîte de vitesses, à savoir, de gauche à droite, un roulement à billes de 30 maintien de l'arbre 1, la bague 40 et le pignon fou 2. La paroi extérieure de cette bague 40 porte un second flasque 42 qui forme un disque autour de la bague 40 et qui présente une partie cylindrique creuse emmanchée et soudée sur la bague 40. Le bord extérieur de ce second flasque 42 présente des crans à flancs droits 42A disposés régulièrement sur l'ensemble de son pourtour. Quatre de ces crans à flancs droits 42A séparés angulairement de 90 degrés présentent une profondeur supérieure à celle des autres crans. En variante, la partie cylindrique du second flasque peut porter intérieurement des cannelures adaptées à coopérer avec des cannelures disposées sur la paroi extérieure de la bague afin de lier ladite bague et le second flasque en rotation. Quoi qu'il en soit, les seconds moyens d'accouplement 9 comportent, entre le second moyeu 20 et le second flasque 42 lié à la bague 40, des seconds éléments de couplage 30 identiques aux premiers éléments de couplage 130 précédemment décrits. Ces second éléments de couplage 30 comprennent en particulier un ensemble de synchroniseurs coniques dont un anneau supérieur 31 lié en rotation au second moyeu 20 et en translation au second baladeur 11, un anneau intermédiaire supérieur 32 lié en rotation au second flasque 42 par l'intermédiaire de ses crans à flancs droits 42A, un anneau intermédiaire inférieur 33 lié en rotation au second moyeu 20, et un anneau inférieur 34 pourvu sur son extrémité basse de trois crans coopérant avec les trois crans à flancs droits de profondeur importante du second flasque 42. Ainsi, lorsque la fourchette 10 se translate axialement, elle crée un appui axial sur l'anneau supérieur 30, ce qui engendre la mise en appui des différentes surfaces coniques des synchroniseurs coniques les unes contre les autres. En conséquence, l'arbre 1, la bague 40, le second flasque 42, le second moyeu 20 et le pignon fou 2 sont liés en rotation les uns avec les autres à une seconde vitesse. Pour désolidariser les synchroniseurs coniques les uns des autres lorsque la fourchette 10 revient en position initiale, les seconds moyens d'accouplement 9 comprend en outre des moyens de rappel 50 qui sont eux aussi identiques à ceux précédemment décrits. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante 30 conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage d'un pignon fou (2) avec un arbre (1) de boîte de vitesses qui comporte des moyens d'accouplement (8) assurant l'égalisation par frottements de la vitesse du pignon fou (2) avec une première vitesse de l'arbre (1), caractérisé en ce qu'il comporte d'autres moyens d'accouplement (9) similaires commandés de manière indépendante par rapport aux premiers moyens d'accouplement (8) et assurant l'égalisation par frottements de la vitesse dudit pignon fou (2) avec une deuxième vitesse de l'arbre (1). 2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un des moyens d'accouplement (8) comporte un premier moyeu (120) fixé sur l'arbre (1), un premier baladeur (111) libre en rotation et en translation axiale sur le premier moyeu (120) et des premiers éléments de couplage (130) disposés entre le premier baladeur (111) et le pignon fou (2), et en ce que l'autre des moyens d'accouplement (9) comporte un second moyeu (20) fixé sur le pignon fou (2), un second baladeur (11) libre en rotation et en translation axiale sur le second moyeu (20) et des seconds éléments de couplage (30) disposés entre le second baladeur (11) et l'arbre (1). 3. Dispositif de couplage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une bague (40) liée en rotation à l'arbre (1) et pourvue latéralement d'un second flasque (42) coopérant avec les seconds éléments de couplage (30) et en ce que le pignon fou (2) comporte extérieurement un premier flasque (140) coopérant avec les premiers éléments de couplage (130). 4. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les éléments de couplage (30, 130) comprennent chacun un ensemble de synchroniseurs coniques (31, 32, 33, 34, 131, 132, 133, 134) dont au moins un des synchroniseurs coniques (32, 34, 131, 133) est lié en rotation à l'arbre (1) de boîte de vitesses et dont au moins un autre des synchroniseurs coniques (31, 33, 132, 134) est lié en rotation au pignon fou (2). 5. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le second baladeur (11) est adapté à se translater dans le sens d'un effort de dentures axial engendré par l'engrènement de dentures (4) du pignon fou (2) avec des dentures (5) d'un autre pignon (3).