Brevet FR2890426A1 — publié le 20070309

DISPOSITIF DE COUPLAGE PAR CONE DE FRICTION POUR BOITE DE VITESSES La présente invention se rapporte aux synchroniseurs 5 pour boîte de vitesses mécanique ou robotisée. Plus précisément, elle concerne un dispositif de couplage entre un arbre de boîte de vitesses et un pignon fou porté par celui-ci comportant un moyeu fixé sur l'arbre, et des moyens de couplage propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre et du pignon et à transformer le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale sur le pignon, de manière à transmettre eux-mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon. Ces moyens comprennent un ensemble de synchronisation multi-cônes dont un anneau supérieur est solidaire du moyeu, un anneau intermédiaire est solidaire du pignon, un anneau inférieur est solidaire du moyeu et enfin un cône est solidaire du pignon. Un ressort de mise au repos, agit sur l'anneau supérieur en re-poussant ce dernier vers le moyeu à l'écart des autres anneaux. Dans un tel dispositif, le baladeur ne présente pas de denture de crabotage, mais les moyens de couplage transforment le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale contre le pignon, de façon à transmettre eux-mêmes le couple moteur entre le moyeu et le pignon, en exerçant sur celui-ci une pression constante. Par la publication FR 2 821 652, on connaît un synchroniseur particulier, dit à cônes de frottement auto-bloquants , où les moyens de couplage sont constitués par un ensemble de syn- chronisation multi-cônes, comprenant un anneau supérieur solidaire en rotation du moyeu, un anneau conique intermédiaire, et un anneau conique inférieur. Dans ce synchroniseur, l'anneau conique inférieur est monté sur un flasque immobilisé par des cannelures sur le pignon fou. L'anneau supérieur et l'anneau inférieur sont solidaires du moyeu, tandis que l'anneau intermédiaire et le cône sont solidaires en rotation du pignon fou par l'intermédiaire du flasque. La mise en service du dispositif de couplage est assurée par le déplacement axial des anneaux et par la mise en contact des surfaces coniques en vis à vis, à l'aide d'un baladeur de type roulement à billes dont le déplacement axial est obtenu par le mouvement axial d'une fourchette qui encercle le roulement. Certains composants du synchroniseur décrit dans cette publication, tels que l'anneau supérieur et le flasque recevant le cône, sont difficiles à réaliser où à assembler, et rendent le système global relativement onéreux. On a constaté par exemple que la fabrication des anneaux de l'ensemble muticônes, notamment celle de l'anneau supérieur avec ses rampes d'assistance (qui assurent la transformation du couple en poussée axiale sur les moyens de couplage lors du cou-plage), exige des opérations d'usinage, que l'immobilisation du flasque sur le pignon par des cannelures est difficile à réaliser, et que la lubrification des moyens de couplage n'est pas suffi- sante. La présente invention vise à réduire le coût de fabrication du dispositif de couplage connu, en rendant possible la réalisation de tous les composants en technologie tôle. Dans ce but elle propose que l'anneau supérieur soit pourvu dans sa partie périphérique intérieure de dents avec des rampes d'assistance transformant le couple du moyeu en poussée axiale sur les autres anneaux, et de pattes décalées axialement vers l'extérieur par rapport aux dents, de manière à définir une position d'appui des moyens de couplage contre le moyeu au repos. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le cône et l'anneau intermédiaire sont solidaires d'un flasque lié au pignon. Conformément à l'invention, l'ensemble des anneaux, du cône et du flasque peuvent être composés de simples flancs de tôle d'épaisseur cons-tante, découpés et emboutis. Ces mesures ont pour effet, de diminuer l'engagement de matière nécessaire à la fabrication des composants su synchroniseur, de supprimer de nombreuses opérations d'usinage, et d'optimiser la lubrification du dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de la présente in- vention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle d'une boîte de vitesses équipée du dispositif proposé en position de repos, avec une liaison cannelée entre le pignon et le flasque d'entraînement, - la figure 2 est une vue partielle d'une boîte de vitesses équipée du dispositif proposé en position repos, avec une liaison soudée entre le pignon et le flasque d'entraînement, - les figures 3A et 3B sont une vue et une coupe de l'anneau supé-5 rieur du dispositif proposé, - la figure 4 est une vue du flasque de liaison du cône et de l'anneau intermédiaire, au pignon, -les figures 5A et 5B sont une vue et une coupe vue du même flasque assemblé sur le avec et de montage du flasque sur le pignon, et - les figures 6A et 6B montrent un mode de liaison particulier du flasque sur le pignon. 5ur la figure 1, on a représenté dans un carter 1 de boîte de vites-ses, fermé par un couvercle 2, les arbres primaire 3 et secondaire 4 de la boîte, et un dispositif de couplage entre l'arbre primaire 3, et deux pignons fous 7, portés par celui-ci. Ce dispositif, composé de deux coupleurs coniques symétriques 6, est montré en position de repos. Il comporte un moyeu 8, fixé sur l'arbre 3, et des moyens de couplage entre le moyeu 8 et les pignons 7. Ces moyens incluent un ensemble de synchronisation multi-cônes composé d'un anneau supérieur 9 solidaire du moyeu, d'un anneau intermédiaire 11 solidaire du pignon 7, d'un anneau inférieur 12 solidaire du moyeu 8, et d'un dernier anneau, ou cône, 13 solidaire du pignon 7. Le cône 13 et l'anneau intermédiaire 11 sont solidaires d'un flasque 14 lié au pignon. Les moyens de couplage comprennent également un ressort 16 de rappel en position de repos, tel qu'une rondelle ondulée disposée entre deux rondelles planes 17 retenues par un circlips 18. Le ressort 16 agit sur l'anneau supé- rieur 9, en repoussant ce dernier vers le moyeu 8 à l'écart des autres anneaux, 11, 12, 13. Conformément à la publication FR 2 821 652. Les moyens de couplage sont propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre 3, et d'un pignon 7, et à transformer le mouvement de rotation reçu du moyeu 8 en poussée axiale sur un pignon 7, de manière à transmettre eux-mêmes le couple par friction. L'anneau présente à cet effet des dents 9a, pourvues de rampes d'assistance 9r, grace auxquelles il est capable de transformer le couple du moyeu en poussée axiale sur les autres anneaux. Les rampes 9r n'apparaissent pas sur la figure 1, mais sont montrées sur les figures 3A et 3B.La figure 12 montre en revanche des pattes 9b, qui sont décalées axiale-ment des autres dents vers le cône, et servent de plan d'appui du dispositif au repos. Le schéma met aussi en évidence le système de lubrification du dispositif de couplage, à partir de l'alésage central de l'arbre 3. L'arbre 3 renferme une tubulure de distribution 19, percée de trous d'alimentation 21, qui coïncident avec des conduits radiaux 22 de l'arbre. Ces derniers communiquent avec des perçages radiaux 23 du pignon 7, qui débouchent par des gorges 24, découpées dans la matière du pignon 7 sous le flasque 14. Les gorges 24 s'étendent en partie sous des encoches 26 du flasque, de sorte que l'huile provenant de l'arbre 3peut lubrifier l'ensemble des anneaux de synchronisation 9, 11, 12, 13. La mise en service du dispositif de couplage est assurée par le déplacement axial des anneaux 9, 11, 12, 13, et par la mise en contact des surfaces coniques en vis à vis, à l'aide d'un bala- deur 27 de type roulement à billes, dont le déplacement axial est obtenu par le mouvement axial d'une fourchette 27a qui encercle le roulement 27b. Sur la figure 1, la liaison entre le flasque 14 et le pignon 7, est assurée par des cannelures 28. La figure 2 diffère de la figure 1 en ce que la liaison entre le flasque et le pignon n'est pas assurée par des cannelures mais par des zones de soudure 29 mises en évidence sur le schéma. Cette figure illustre donc un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention, selon le- Io quel le flasque 14 est lié au pignon 7 par soudure. L'anneau supérieur 9, détaillé sur les figures 3A et 3B, est solidaire du moyeu 8, par l'intermédiaire des dents 9a à flancs inclinés, en forme de dièdre, avec des rampes d'assistance 9r, qui permettent la transformation du couple transmis entre le moyeu et l'anneau supérieur en poussée axiale sur l'anneau. Conformément à l'invention L'anneau supérieur, 9 réalisé de préférence à partir d'un flanc de tôle, a une épaisseur constante. Les dents 9a, réalisées par emboutissage, sont réparties dans la périphérie intérieure. Sur les figures 3A, 3B, on retrouve aussi les pattes 9b de l'anneau supérieur, visibles sur les figures 1 et 2. Ces pattes, obtenues aussi par déformation, sont au moins au nombre de trois, ou regroupées en trois groupes de pattes, ré-parties angulairement de manière équidistante sur l'anneau 9. L'anneau 9 peut par exemple présenter trois secteurs identiques de dents 9a, et trois secteurs équidistants comportant au moins chacun une patte 9b, ou un groupe de pattes. Les pattes 9b sont décalées axialement vers l'extérieur du dispositif par rapport au plan de l'anneau, et sont tou jours en appui contre le ressort 16. Elles définissent une face d'appui, qui reçoit en permanence la poussée du ressort, même dans la posi- tion de repos du dispositif. Lors de la mise en service du dispositif de couplage, les pattes 9b repoussent dans un premier temps le ressort de rappel 16 vers l'extérieur, avant que les rampes d'assistance 9r n'entament la transformation du couple reçu du moyeu en poussée axiale sur les autres anneaux. Grace à la présence des pattes 9b, les rampes d'assistance 9r n'ont pas à repousser elles-mêmes le ressort 16, de sorte qu'elles peuvent être réalisées par simple emboutissage dans la tôle de l'anneau. Enfin, la surface conique est susceptible de recevoir un revêtement de friction. Le second anneau 11, dit intermédiaire, qui n'est pas re-présenté en détail sur les figures comme l'anneau supérieur, a une surface conique extérieure qui coopère avec la surface conique intérieure de l'anneau supérieur 9, et une surface conique intérieure qui coopère avec la surface conique extérieure de l'anneau inférieur 12. L'anneau intermédiaire 11 est solidaire du flasque 14 de support du cône 13, par une série de dents latérales à flanc parallèles à son axe de symétrie (non représentées). Il est réalisé à partir d'un flanc de tôle à épaisseur constante et l'une ou les deux surfaces coniques sont susceptibles de recevoir un revêtement de friction. Le troisième anneau 12, dit inférieur, qui n'est pas non plus représenté en détail sur les figures, est solidaire du moyeu 8 dans sa périphérie intérieure par l'intermédiaire de dents à flancs parallèles à l'axe de rotation qui ne créent pas de poussée axiale induite sur l'anneau. La surface conique intérieure coopère avec la surface conique du cône 13. Il est réalisé à partir d'un flanc de tôle à épaisseur constante et l'une ou les deux surfaces coniques sont susceptibles de recevoir un revêtement de friction. Le quatrième anneau 13, appelé simplement cône dans la présente description, apparaît sur la figure 58. Il est porté, et to centré, par le flasque 14, qui assure sa liaison avec le pignon 7. Le cône 13 est solidaire du flasque 14 par une série de dents latérales 13a à flanc parallèles à son axe de rotation et réparties de manières équidistantes. Il est réalisé à partir d'un flanc de tôle à épaisseur constante et sa surface conique extérieure est susceptible de recevoir un revêtement de friction. Le flasque 14 est composé d'un flanc plat perpendiculaire à son axe de rotation. Dans sa périphérie extérieure sont découpées de manière équidistante des encoches 14a, 14b, montrées sur la figure 4, qui reçoivent les dents latérales 13a du cône, et celles de l'anneau intermédiaire. Les encoches 14a reçoivent seulement les dents latérale (non représentées) de l'anneau intermédiaire 11. D'autres encoches 14b, sont plus profondes, car elles reçoivent aussi les dents latérales 13a du cône 13. De préférence, au moins trois encoches équidistantes 14b sont plus profondes, pour pouvoir entraîner le cône 13 et l'anneau intermé- diaire 11. L'assemblage du cône 13 et du flasque 14, peut être fait sous presse. L'ajustement des dents 13a et des encoches 14b donne alors un montage stable serré. Le cône peut aussi être monté flottant sur le flasque. Avec ce montage libre et flottant, le cône s'auto centre. Comme indiqué plus haut, dans un premier mode de réali- sation, la liaison du flasque et du pignon est assurée par descannelures (cf. figure 1), et, dans un deuxième mode de réalisation, cette liaison est réalisée par soudure (cf. figure 2). Les figures 6A et 6B montrent un autre mode de réalisation, selon lequel le flasque 14 est engagé dans des encoches 7a du pignon. Dans ce cas, il n'y adonc ni cannelures, ni soudures entre le flasque et le pignon. Sur ces figures, on retrouve les encoches 26 des figures 1 et 2, qui sont découpées dans le flasque pour laisser passer l'huile. La partie centrale cylindrique 14c permet l'assemblage du flasque 14 sur la périphérie extérieure du fût du pignon 7, grâce à des retours de tôle 14d engagés dans les encoches 7a du pignon. En conclusion, il faut souligner que les contacts coniques entre les différents anneaux sont indépendants et peuvent être différents. Notamment l'angle de cône de contact de l'anneau supérieur et du premier anneau intermédiaire est choisi de manière à optimiser la transformation du couple transmis en poussée axiale, et que les anneaux, le cône et le flasque sont composés de flancs de tôle d'épaisseur constante découpés et emboutis. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage entre un arbre (3) de boîte de vitesses et un pignon fou (7) porté par celui-ci comportant un moyeu (8) fixé sur l'arbre (3), des moyens de couplage propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre et du pignon et à trans-former le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale sur le pignon, de manière à transmettre eux-mimes par friction le couple entre le moyeu et le pignon, ces moyens comprenant, un ensemble de synchronisation multi-cônes qui inclut un anneau supérieur (9) solidaire du moyeu, un anneau intermédiaire (11) solidaire du pignon (7), un anneau inférieur (12) solidaire du moyeu (8), un cône (13) solidaire du pignon, et un ressort de mise au repos (16) qui agit sur l'anneau supérieur (9) en repoussant ce dernier vers le moyeu (8) à l'écart des autres anneaux, caractérisé en ce que l'anneau supérieur (9) est pourvu dans sa partie périphérique intérieure de dents (9a) avec des rampes d'assistance (9r) transformant le couple du moyeu en poussée axiale sur les autres anneaux, et de pattes (9b) décalées axialement vers l'extérieur par rapport aux dents (9a) de manière à définir une position d'appui des moyens de couplage contre le moyeu au repos. 2. Dispositif couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau supérieur (9) présente trois secteurs identiques de dents (9a) et trois secteurs équidistants comportant au moins chacun une patte (9b). 2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte trois groupes de pattes (9b). - 11 - 3. Dispositif de couplage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les pattes (9b) sont en appui contre le ressort (16) . 4. Dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cône (13) et l'anneau intermédiaire (11) sont solidai-5 res d'un f lasque (14) lié au pignon (7) par soudure. 5. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le cône (13) et l'anneau intermédiaire (11) sont solidaires d'un flasque (14) engagé dans des encoches (7a) du pignon (7). 6. Dispositif de couplage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le flasque (14) présente des retours de tôle (14d) engagés dans les encoches (7a) du pignon. 7. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le flasque (14) présente des encoches (14a, 14b) recevant des dents latérales de l'anneau intermédiaire (11). 8. Dispositif de couplage selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le cône (13) est monté flottant sur le flasque (14). 9. Dispositif de couplage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cône (13) présente des secondes encoches (14b) plus profondes que les premières, recevant les dents latérales (13a) du cône et celles de l'anneau intermédiaire (11). Dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les anneaux (9, 11, 12), le cône (13) et le flasque (14) sont composés de flancs de tôle d'épaisseur constante découpés et emboutis. 11. Dispositif de couplage selon l'un des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (3) et le pignon (7) présentent des perçages radiaux (22, 23) débouchant par une gorge (24) découpée dans la matière du - 12 - pignon sous des encoches (26) du flasque de manière à lubrifier l'ensemble des anneaux de synchronisation (9, 11, 12, 13).