Brevet FR2886703A1 — publié le 20061208

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION L'invention concerne de manière générale les boîtes de vitesses. L'invention concerne plus particulièrement une boîte de vitesses comprenant un arbre destiné à être entraîné en rotation autour de son axe, un pignon monté fou sur l'arbre et une rondelle d'appui enfilée sur l'arbre de manière à être solidarisée en rotation avec lui et à former un arrêt axial pour le pignon fou. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Une boîte de vitesses de véhicule automobile comprend principalement un arbre primaire et un arbre secondaire qui porte chacun des pignons de différents diamètres. Les pignons des deux arbres fonctionnent par paire, chaque pignon de chaque arbre s'engrenant avec un pignon de l'autre arbre, pour un rapport de vitesse donné. Le premier pignon est monté fou sur un des deux arbres à proximité d'un baladeur et le deuxième pignon est solidaire de l'autre arbre. Au passage d'une vitesse, le baladeur se déplace vers le premier pignon fou de la paire de pignons appropriée pour s'y lier afin de l'entraîner en rotation. L'arbre primaire entraîne ainsi l'arbre secondaire en rotation autour de son axe en faisant tourner la paire de pignons appropriée. Pour positionner axialement le pignon monté fou sur l'arbre primaire ou sur l'arbre secondaire, on utilise une rondelle d'appui. Cette rondelle d'appui doit permettre aussi de reprendre les efforts axiaux exercés par le baladeur sur le pignon fou. Ces efforts axiaux génèrent aussi un effort de frottement du pignon fou sur la rondelle d'appui qui a tendance à entraîner la rondelle d'appui en rotation par rapport à l'arbre. La rondelle d'appui s'use alors sur son contour intérieur en contact avec l'arbre correspondant, ce qui risque d'entraîner sa rupture, ainsi que celle de l'arbre. Pour éviter la rupture de la rondelle d'appui et/ou de l'arbre sur lequel est enfilée la rondelle, il est alors nécessaire que la rondelle d'appui soit solidaire de l'arbre en rotation autour de son axe. Pour solidariser une rondelle d'appui en rotation avec un arbre, il est connu d'utiliser une rondelle d'appui comportant des cannelures sur son contour intérieur. Cependant, l'utilisation d'une rondelle d'appui cannelée nécessite de pratiquer sur l'arbre des cannelures complémentaires de celles qui sont pratiquées sur le contour intérieur de la rondelle d'appui. Or, l'encombrement autour de l'endroit de montage de la rondelle d'appui ne permet pas de générer ces cannelures avec des moyens de réalisation conventionnels. Il est aussi possible d'utiliser une rondelle d'appui comprenant sur son contour intérieur au moins un méplat. Un méplat complémentaire de celui de la rondelle d'appui est alors aussi réalisé sur l'arbre, à l'endroit de montage de la rondelle d'appui, en vis-à-vis du méplat de la rondelle d'appui. Cependant, le méplat de la rondelle d'appui ne permet pas de reprendre l'effort de frottement important exercé par le pignon sur la rondelle d'appui qui tend à entraîner en rotation la rondelle d'appui autour de l'arbre. Il est aussi possible de réaliser une soudure ou un poinçonnage de la rondelle d'appui sur l'arbre, mais ces techniques interdisent le démontage des arbres de la boîte de vitesses. On peut aussi employer un système de vis de pression rendant la rondelle d'appui solidaire de l'arbre en rotation par pression de la rondelle d'appui sur des éléments solidaires de l'arbre. Cependant, ce système pose des difficultés d'encombrement et est onéreux. OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de solidariser en rotation d'une nouvelle manière une rondelle d'appui avec un arbre afin de transmettre à l'arbre des efforts importants qu'elle subit. À cet effet, on propose selon l'invention une boîte de vitesses telle que définie en introduction, dans laquelle la rondelle d'appui comprend sur son contour intérieur au moins une forme excroissante en arc de cercle apte à coopérer avec une forme complémentaire pratiquée en creux dans l'épaisseur de l'arbre. Un effort axial de fonctionnement exercé sur le pignon fou génère, du fait de l'appui du pignon fou sur la rondelle d'appui et de la rotation du pignon fou, un effort ortho-radial sur la rondelle d'appui qui a tendance à l'entraîner en rotation autour de l'arbre. La coopération de la forme excroissante en arc de cercle de la rondelle d'appui avec la forme complémentaire pratiquée en creux dans l'arbre selon l'invention, s'oppose à cette rotation et la rondelle d'appui ne se grippe pas sur l'arbre. En outre, la forme excroissante en arc de cercle sur l'intérieur de la rondelle d'appui, c'est-à-dire en forme de lobe, forme un obstacle d'une certaine hauteur. Cette hauteur correspond à la hauteur du creux de la forme complémentaire de la forme en arc de cercle de l'intérieur de la rondelle d'appui pratiquée dans l'arbre. Contrairement à une cannelure qui constitue aussi un obstacle d'une certaine hauteur, la forme en arc de cercle permet d'avoir un appui régulier de la tranche de la forme excroissante en arc de cercle sur la tranche de la forme complémentaire en creux dans l'arbre. L'effort orthoradial généré sur la rondelle d'appui par le frottement du pignon fou est ainsi réparti le long de la tranche de cette forme excroissante en arc de cercle. Cette hauteur et cette meilleure répartition de l'effort de frottement du pignon sur la tranche de la forme excroissante en arc de cercle de la rondelle d'appui permettent alors à la rondelle d'appui de reprendre des efforts importants exercés sur le pignon. Ainsi, grâce à la forme excroissante en arc de cercle sur le contour intérieur de la rondelle et la forme complémentaire pratiquée en creux dans l'arbre, le risque de rupture de la rondelle d'appui et/ou de l'arbre est alors fortement diminué. Selon une première caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, chaque forme excroissante en arc de cercle s'étend d'une face à l'autre de la rondelle d'appui. La partie excroissante du contour de la rondelle d'appui peut alors être logée dans l'épaisseur de l'arbre. Cette forme constitue un système d'arrêt compact. II n'y a ainsi pas d'augmentation de l'encombrement de part et d'autre de la rondelle d'appui pour les pièces environnantes sur l'arbre. Selon une autre caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, une des faces de la rondelle d'appui présente un profil droit. Selon une autre caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, une des faces de la rondelle d'appui comporte une partie extérieure en appui contre le pignon fou et une partie intérieure en appui contre un épaulement de l'arbre. Selon une autre caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, une autre face opposée de la rondelle d'appui comporte une partie intérieure en appui contre une bague intérieure d'un roulement à billes solidaire de l'arbre. Selon une autre caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, ladite face opposée de la rondelle d'appui présente une partie extérieure, de profil conique, située en retrait de ladite partie intérieure de manière à rester libre d'appui vis-à-vis d'un flasque dudit roulement à billes. Le flasque du roulement à billes constitue une protection de ce roulement à billes contre les particules extérieures. Le flasque sur le roulement à billes se déforme en fonctionnement en raison des échauffements. Le flasque est très fragile. Pour éviter les interférences entre ce flasque qui se déforme et la rondelle d'appui, il est nécessaire de donner à la partie de la rondelle d'appui en vis-à-vis de ce flasque une forme particulière qui ne rentre pas en contact avec le flasque, même lorsque celui-ci se déforme. Selon une autre caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, la rondelle d'appui comprend sur son contour intérieur trois formes excroissantes en arc de cercle qui sont séparées deux à deux par un secteur angulaire différent pour chaque couple de formes excroissantes. Ainsi, ces trois formes excroissantes en arc de cercle définissent un motif qui ne comprend pas de plan de symétrie. La rondelle d'appui comprenant ce motif n'a donc pas non plus de plan de symétrie. Il n'existe alors qu'un unique sens de montage de la rondelle d'appui sur l'arbre, à l'endroit précis où ont été pratiquées les formes excroissantes en arc de cercle en creux dans l'arbre. Ainsi, l'agencement de ses formes excroissantes en arc de cercle sur le contour intérieur de la rondelle d'appui assure une fonction de détrompage lors du montage de la rondelle d'appui sur l'arbre. Selon une autre caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, chaque forme excroissante en arc de cercle vient de formation avec la rondelle d'appui. Selon une autre caractéristique avantageuse de la boîte de vitesses selon l'invention, chaque forme complémentaire en creux dans l'épaisseur de l'arbre est obtenue par une opération de fraisage. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Dans les dessins annexés: la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective coupée d'un arbre primaire d'une boîte de vitesses selon l'invention; la figure 2 est une vue de face de la rondelle d'appui de la figure 1. Sur la figure 1 on a représenté un arbre primaire 3 d'une boîte de vitesses d'un véhicule automobile. Cet arbre primaire 3 est destiné à être entraîné en rotation autour de son axe Al. De droite à gauche sur la figure 1, cet arbre primaire 3 comprend un premier tronçon 32. Ce premier tronçon 32 accueille un roulement à billes 20 arrêté axialement à droite par une bague d'arrêt 24 engagée dans une rainure de l'arbre primaire 3. Le roulement à billes 20 comprend une bague intérieure 22 destinée à venir en butée contre la bague d'arrêt 24, une bague extérieure 21 ainsi qu'un flasque 23 de protection qui ferme les côtés latéraux dudit roulement à billes 30. Il est ensuite prévu sur l'arbre primaire 3 un épaulement 35, qui donne naissance à un deuxième tronçon 36 qui présente un diamètre supérieur à celui du premier tronçon 32. Ce deuxième tronçon 36 accueille un pignon 5. Ce pignon 5 est monté fou sur ce deuxième tronçon 36 de l'arbre primaire 3. Un baladeur (non représenté) est prévu sur le deuxième tronçon 36 pour se lier au pignon fou 5 afin de l'entraîner en rotation. Entre le premier tronçon 32 et le deuxième tronçon 36, il est prévu un trottoir 31 de faible largeur sur lequel est positionnée une rondelle d'appui 10. Cette rondelle d'appui 10 est en appui d'une part contre le roulement à billes 20 et d'autre part contre le pignon fou 5 et l'épaulement 35. La rondelle d'appui 10 comprend deux faces 11,12 opposées délimitées par un contour intérieur 15, ou tranche intérieure, et un contour extérieur 14, ou tranche extérieure. Avantageusement, comme représenté sur la figure 2, la rondelle d'appui 10 comporte sur son contour intérieur 15 trois formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 qui coopèrent avec des formes complémentaires des formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 pratiquées en creux dans le trottoir 31 de l'arbre primaire 3. Chaque forme complémentaire en creux dans l'épaisseur de l'arbre primaire 3 est obtenue par une opération de fraisage. L'une des faces 11 de la rondelle d'appui 10 est une face droite dont une partie, appelée partie intérieure 11A, est positionnée en appui contre l'épaulement 35 définissant le deuxième tronçon 36. Cette face 11 de la rondelle d'appui 10 comprend une autre partie 11B, appelée partie extérieure, positionnée en appui contre le pignon fou 5. L'autre face 12 de la rondelle d'appui 10 comprend également une partie 12A dite intérieure, droite, positionnée en appui contre la bague intérieure 22 de la rondelle d'appui 10. Par contre, cette autre face 12 de la rondelle d'appui 10 comprend une partie 12B dite extérieure, de profil conique et est située en retrait de ladite partie intérieure 12A de manière à rester libre d'appui par rapport au flasque 23 dudit roulement à billes 5. Chaque forme excroissante en arc de cercle 16,17,18 prévue sur le contour intérieur 15 de la rondelle d'appui 10 et chaque forme complémentaire en creux dans l'arbre 3, forme un obstacle d'une certaine hauteur qui s'oppose à la rotation de la rondelle d'appui 10 par rapport à l'arbre 3. La hauteur de cet obstacle correspond à la profondeur du creux de la forme complémentaire pratiquée dans l'arbre primaire 3. La hauteur de ces formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 est telle que ces formes laissent une section d'ouverture suffisante pour permettre le montage de la rondelle d'appui 10 sur l'arbre primaire 3. De plus, la rondelle d'appui 10 est agencée globalement avec ces formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 de manière à avoir un appui suffisant, d'une part sur l'épaulement 36 et sur le pignon 5, et, d'autre part, sur la bague intérieure 22 du roulement à billes 20. En outre, chaque forme excroissante en arc de cercle 16,17,18 s'étend d'une face 11,12 à l'autre de la rondelle d'appui 10. Chaque forme excroissante en arc de cercle 16,17,18 vient de formation avec la rondelle d'appui 10. Les formes excroissantes 16,17,18 du contour intérieur 15 de la rondelle d'appui 10 peuvent alors être logées dans l'épaisseur de l'arbre 3. Enfin, les trois formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 sont séparées deux à deux par un secteur angulaire différent pour chaque couple de formes excroissantes 16,17,18. Ces trois formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 définissent un motif qui ne comprend pas de plan de symétrie. La rondelle d'appui 10 comprenant ce motif n'a donc pas non plus de plan de symétrie. Il n'existe alors qu'un unique sens de montage de la rondelle d'appui 10 sur l'arbre 3 à l'endroit précis où ont été pratiquées les formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 en creux dans l'arbre 3. En fonctionnement, quand le pignon 5 est fou, l'arbre primaire 3 est entraîné en rotation autour de son axe Al par un pignon autre que le pignon fou 5. Le roulement à billes 20 et la rondelle d'appui 10 tournent alors à la même vitesse que l'arbre primaire 3. Le pignon 5 étant libre en rotation par rapport à l'arbre primaire 3 tourne à une vitesse différente de celle de l'arbre primaire 3. Avantageusement selon l'invention, la rondelle d'appui 10 est solidaire en rotation de l'arbre primaire 3 à la faveur de la coopération des formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 de la rondelle d'appui 10 avec des formes complémentaires pratiquées en creux dans le trottoir 31 de l'arbre primaire 3. La rondelle d'appui 10 n'est donc pas soumise à des différences de vitesse de part et d'autre de ses faces 11,12. Quand un rapport de vitesse mettant en jeu le pignon fou 5 est engagé, le pignon 5 est lié au baladeur (non représenté). Le pignon 5 est alors soumis à une force axiale importante exercée par le baladeur. Cet effort axial sur le pignon 5 génère une pression importante sur la rondelle d'appui 10. Cette pression génère d'une part un effort axial sur la rondelle d'appui 10 et d'autre part un effort de frottement sur la rondelle d'appui 10. L'effort axial du pignon 5 sur la rondelle d'appui 10 est repris par la bague intérieure 22 du roulement à billes 20 solidaire de l'arbre primaire 3. L'effort de frottement du pignon 5 sur la rondelle d'appui 10 est un effort ortho-radial rattrapé avantageusement par les formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 de la rondelle d'appui 10 constituant, avec les formes complémentaires pratiquées en creux dans le trottoir 31 de l'arbre primaire 3, un obstacle à la rotation de la rondelle d'appui 10 par rapport à l'arbre primaire 3. En outre, la forme en arc de cercle de ces obstacles 16,17,18 selon l'invention permet d'avoir un appui régulier de la tranche des formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 sur la tranche des formes complémentaires en creux dans l'arbre. Avantageusement, cette hauteur d'obstacle et cette répartition de l'effort de frottement du pignon 5 sur la tranche des formes excroissantes en arc de cercle 16,17,18 de la rondelle d'appui 10 permettent à la rondelle d'appui 10 de reprendre d'importants efforts exercés sur le pignon 5. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante 5 conforme à son esprit. En variante, l'arbre primaire peut être remplacé par n'importe quel arbre par exemple un arbre secondaire de la boîte de vitesses sur lequel est monté un pignon fou. 9 REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesses comprenant un arbre (3) destiné à être entraîné en rotation autour de son axe (Al), un pignon (5) monté fou sur l'arbre (3) et une rondelle d'appui (10) enfilée sur l'arbre (3) de manière à être solidarisée en rotation avec lui et à former un arrêt axial pour le pignon fou (5), caractérisée en ce que la rondelle d'appui (10) comprend sur son contour intérieur (15) au moins une forme excroissante en arc de cercle (16,17,18) apte à coopérer avec une forme complémentaire pratiquée en creux dans l'épaisseur de l'arbre (3). 2. Boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque forme excroissante en arc de cercle (16,17,18) s'étend d'une face (11,12) à l'autre de la rondelle d'appui (10). 3. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une des faces (11) de la rondelle d'appui (10) présente un profil droit. 4. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une des faces (11) de la rondelle d'appui (10) comporte une partie extérieure (11B) en appui contre le pignon (5) fou et une partie intérieure (11A) en appui contre un épaulement de l'arbre (3). 5. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une des faces (12) de la rondelle d'appui (10) comporte une partie intérieure (12A) en appui contre une bague intérieure (22) d'un roulement à billes (20) solidaire de l'arbre (3). 6. Boîte de vitesses selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite face (12) de la rondelle d'appui (10) tournée vers le roulement à billes (20) présente une partie extérieure (12B), de profil conique, située en retrait de ladite partie intérieure (12A) de manière à rester libre d'appui vis-à-vis d'un flasque (23) dudit roulement à billes (20). 7. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rondelle d'appui (10) comprend sur son contour intérieur (15) trois formes excroissantes en arc de cercle (16,17,18) qui sont séparées deux à deux par un secteur angulaire différent pour chaque couple de formes excroissantes (16,17,18). 8. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque forme excroissante en arc de cercle (16,17, 18) vient de formation avec la rondelle d'appui (10). 9. Boîte de vitesses selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisée en ce que chaque forme complémentaire en creux dans l'épaisseur de l'arbre (3) est obtenue par une opération de fraisage.