Brevet FR2896840A1 — publié le 20070803

Dispositif de couplage de deux éléments mecaniques La présente invention se rapporte aux dispositifs de couplage notamment entre deux éléments mécaniques coaxiaux ou concentriques. Plus précisément, elle concerne un dispositif de couplage de lo deux arbres coaxiaux dans le prolongement l'un de l'autre, d'un pignon fou de boîte de vitesses avec son arbre porteur. Ce dispositif de couplage comporte un moyeu fixe sur l'un des arbres, un baladeur libre en translation et en rotation sur le moyeu, une cloche solidaire de l'autre arbre ou du pignon fou et des moyens de couplage tels que des is disques intercalés entre le moyeu et la cloche. Ce dispositif de couplage est à même d'égaliser par frottement les vitesses des deux arbres ou du pignon avec son arbre porteur, puis de transmettre par friction et sans glissement le mouvement et le couple entre le moyeu menant et l'arbre ou le pignon mené et inversement. Ce dispositif de 20 couplage utilise le couple de rotation reçu du moyeu pour générer une force induite axiale de serrage des moyens de couplage. Les publications US 6520041 et JP 8226501 décrivent des modes de réalisation de boîtes de vitesses automatiques à arbres parallèles faisant appel à des dispositifs de couplage de type 25 multidisque humide disposés entre un moyeu et un pignon fou de boîte de vitesses. Ces dispositifs ont des capacités importantes de synchronisation et de transmission de couple. Ces embrayages multidisques demandent des forces de serrage élevées fournies par des moyens hydrauliques. L'actionneur, sous forme de vérin hydraulique est 30 encombrant axialement, conduit à un dessin compliqué des pignons fous. La pression hydraulique est fournie par une pompe intégrée à la boîte de vitesses qui dégrade son rendement énergétique. La commande des différents récepteurs hydrauliques nécessite un distributeur et un réseau de perçage compliqué notamment dans les arbres et pénalisant le coût de la transmission. La présente invention vise à augmenter la compacité axiale des dispositifs de couplage, d'améliorer le rendement énergétique de la boîte de vitesses, et d'en réduire le coût. Pour cela l'invention propose un dispositif de couplage associé à io chaque pignon fou constitué de disques de friction alternativement liés au moyeu et au pignon fou, et qui utilise le couple de rotation reçu du moyeu pour générer une force induite axiale de serrage des disques. Dans ce but elle propose que les moyens de couplage disposés entre le moyeu et le pignon soient constitués d'au moins deux disques ts revêtus d'un matériau de friction dont au moins un est lié au moyeu et au moins un est lié au pignon. Le premier disque, qui fait office de disque de mise en pression de l'ensemble, est lié au moyeu par l'intermédiaire de rampe incliné transformant le couple de frottement en force axiale de serrage des 20 disques. Le dernier disque, qui fait office de plateau de réception de pression, est porté par le moyeu. II est lié en rotation par des pattes traversant radialement l'extension axiale du moyeu. Ce moyen de liaison peut être remplacé par des cannelures. Le dernier disque est 25 retenu axialemerit par des moyens d'arrêt axial de type anneau d'arrêt. Par cette disposition la totalité de l'effort induit est bouclé sur le moyeu est n'est pas transmis ni au pignon ni à l'arbre ni aux roulements de l'arbre. Pour améliorer les performances du dispositif de couplage, 30 diminuer les dissipations d'énergie par frottement entre les disques (qui ont une incidence non négligeable sur le couple de traînée global de la transmission par l'effet d'auto engageant du système), l'invention prévoit qu'au repos, les premier et dernier disques portés par le moyeu soient maintenus écartés par un dispositif élastique, par exemple des ressorts hélicoïdaux. Dans un premier mode de réalisation le disque de mise en pression de l'ensemble comporte une extension axiale sous les autres disques de friction, cannelée extérieurement, et lié à au moins un second disque. Cette disposition permet d'augmenter le nombre de faces de friction et donc le couple participant à la force induite de mise en pression de l'ensemble. io Dans un second mode de réalisation, tous les disques liés au moyeu sont entraînés directement par ce dernier. Dans un troisième mode de réalisation, au moins un disque est lié au moyeu par l'intermédiaire du plateau de réception. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 1s à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe axiale du dispositif de couplage en position repos ou ouvert de deux arbres colinéaires selon un premier mode de réalisation; 20 - la figure 2 est une coupe axiale du même dispositif de couplage en position accouplée ou fermé; - la figure 3A est une vue partielle de la figure 1 de la zone de contact et d'entraînement entre le moyeu et le premier disque; - la figure 3B est une coupe selon A-A de la vue 3A des rampes 25 d'entraînement du premier disque par le moyeu; - la figure 4 est un second mode de réalisation du dispositif de couplage entre deux arbres colinéaires ; - la figure 5 est une application en double du premier mode de réalisation du dispositif pour le couplage entre un arbre et deux pignons 30 fou coaxiaux disposés en vis à vis; - la figure 6 est un second mode de réalisation du dispositif appliqué au couplage d'un pignon fou et d'un arbre. On voit sur la figure 1 l'ensemble d'un dispositif 10 pour le couplage en rotation d'un premier arbre menant 20 et d'un second arbre mené 30 placé dans le prolongement du premier. Les deux arbres peuvent être solidarisés par un dispositif de couplage 100. L'ensemble peut être contenu dans une enceinte étanche, non représentée, contenant un lubrifiant. Le dispositif de couplage peut lubrifié et refroidi par un dispositif adéquat et connu, non représenté, de circulation d'huile par exemple. Pour aider à la compréhension, les pièces similaires à fonction identique porteront les mêmes numéros dans les descriptions des différents modes de réalisation qui vont suivre. Le dispositif 100 est composé : - d'un moyeu 101, porté par l'arbre mené 20, lié en rotation à ce dernier par des cannelures et maintenu axialement par l'anneau d'arrêt 102. Sur sa périphérie extérieure sont répartis régulièrement des crans 101a d'entraînement du premier disque 103. Ces crans, conjugués aux crans 103a du disque 103, ont des flancs inclinés selon la représentation en coupe dans la figure 3b. Ainsi, à l'apparition d'un couple de rotation, les crans 101a et 103a vont se repousser mutuellement, et le disque 103 va se déplacer et appliquer une force axiale en direction des autres disques du dispositif 100. Conformément à l'invention, ce dispositif de couplage utilise le couple de rotation reçu du moyeu pour générer une force induite axiale de serrage des moyens de couplage. Le moyeu possède une excroissance 101b axiale cylindrique de centrage du disque 1, comportant à son extrémité une gorge 101c recevant l'anneau d'arrêt 104 du dernier disque 105 du dispositif de couplage. -d'un premier disque 103, dit de mise en pression axiale du dispositif, centré sur le moyeu 101, comportant des crans 103a d'entraînement, conjugués aux crans 101a du moyeu, ayant une extension radiale plane 103b de mise en pression de l'ensemble des disques, et possédant sur la périphérie extérieure de son excroissance axiale centrale des cannelures 103c d'entraînement d'au moins un disque intermédiaire 106 conformément au premier mode de réalisation de l'invention. Ainsi le couple de frottement au niveau du disque 106 est retransmis au disque 103 et participe ainsi et également à l'apparition de la force induite de serrage de l'ensemble. Enfin, ce premier disque comporte des évidements 103d recevant un des éléments du dispositif de séparation des disques au repos. - d'un second disque 105, de réception de la pression axiale du dispositif. Il possède un certain nombre d'excroissances radiales intérieures 105a qui traversent l'excroissance axiale du moyeu 101 dans ses évidements 101d. Ce croisement constitue le moyen d'entraînement lo du disque 105 par le moyeu 101. - un ensemble de disques plans 106, comportant au moins une face revêtue d'un matériau de friction et cannelés dans leur périphérie intérieure. Les disques 106 sont entraînés par le disque 103. - un ensemble de disques 107, comportant au moins une face 15 revêtue d'un matériau de friction et cannelés dans leur périphérie extérieure. Les disques 106 et 107 sont empilés en alternance. - un cloche 108 de réception du mouvement de rotation et du couple, cannelé intérieurement dans sa partie cylindrique extérieure, coopérant avec les disques 107. Elle est liée, par sa partie cylindrique 20 centrale, à l'arbre mené 30, par des moyens d'entraînement adéquat, par exemple des cannelures. enfin, un dispositif de séparation des disques au repos en position ouvert, constitué, par exemple de ressorts 109 hélicoïdaux répartis régulièrement dans les évidements 103d du premier disque 25 103. Sur la figure 2, le même dispositif 10 est représenté en position fermée active. L'actionnement est réalisé à partir d'un ensemble constitué d'une fourchette 110, portée par un axe coulissant 111 et comportant un roulement 112 encastré dans la fourchette. Le 30 déplacement transversal de la fourchette entraîne le déplacement transversal du disque de mise en pression 103. Le roulement 112 permet d'appliqué le déplacement et l'effort de fermeture et de pilotage du dispositif de couplage, d'un élément fixe à un élément tournant. L'effort appliqué par la fourchette doit être permanent durant toute la phase active du coupleur. L'effort appliqué étant modéré en raison de l'effet d'amplification des rampes conjuguées 101a et 103a, l'actionnement de la fourchette peut être réalisé par un dispositif électromécanique. Ce système électromécanique peut être de type mécaniquement irréversible, ce qui amenuise considérablement la consommation énergétique de fonctionnement. Conformément à l'invention, ce dispositif de couplage 100 à disques de friction ne lo nécessite pas de système hydraulique de mise en pression, et par conséquent pas pompe, pas de filtre, pas de distributeur et enfin pas de réseau. Le dispositif proposé est donc à même de simplifier et de réduire le coût de réalisation de l'organe de transmission l'utilisant. Sur la figure 4, nous présentons un deuxième mode de is réalisation du dispositif de couplage 10 représenté en position inactive ouverte. Il diffère principalement du premier mode par les liaisons entre le moyeu 101 et les disques 106. En effet, dans le premier mode de réalisation les disques 106 sont liés au moyeu 101 par l'intermédiaire du disque de mise en pression 103. A présent ces disques sont liés au 20 moyeu 101 par les cannelures 101e. Les disques 106 ne participent donc plus à l'établissement de la force induite de serrage. Pour obtenir une performance équivalente en transmission de couple il est nécessaire de modifier (augmentation) de l'angle de contact des rampes 101a et 103a du moyeu 101 et disque de mise en pression 103. 25 D'autres aménagements sont nécessaires, notamment les ressorts 109 sont à présent logés dans des évidements 101f du moyeu, l'anneau d'arrêt 104 ainsi que la gorge 101C sont transférées de la périphérie externe à la périphérie interne de l'excroissance 101b du moyeu. Sur la figure 5, nous présentons, en demi vue de manière 30 symétrique, en double et en position inactive, le premier mode de réalisation du dispositif de couplage 10 dans une application de couplage de pignon pour boîte de vitesses. La fourchette unique 110, par un déplacement axial vers la droite ou vers la gauche actionne l'un ou l'autre des dispositifs de couplage 10. Dans cette application l'arbre mené 30 de la figure 1 est remplacé par un pignon fou 50 concentrique à l'arbre. L'utilisation combiné de plusieurs dispositifs de couplage associés à autant de pignons fous permet de constituer une boîte de vitesses à arbres parallèles robotiser et fonctionnant sur une stratégie de changements de rapport sous comparable à la boîte automatique au sens général et plus particulièrement aux boîtes automatiques citées au début de ce document. Sur la figure 6, nous présentons, en demi vue et en position io inactive, un troisième mode de réalisation du dispositif de couplage 100 dans une application de couplage de pignon pour boîte de vitesses. Ce troisième mode de réalisation est proche du premier mode de réalisation dans la mesure où nous retrouvons une partie d'éléments identiques, le moyeu 101, le disque de mis en pression 103, les is disques 106 et 107, la cloche de transmission 108 le dispositif d'ouverture 109. Dans ce mode de réalisation où nous un disque 106 et un disque 107 supplémentaires, le disque 105 de réception de la pression axiale du dispositif présente une face d'appui 105a du premier disque 107 est décalée axialement de la face d'appui 105b du ressort 20 d'ouverture 109. Ainsi l'un des disques 106 est relié au moyeu par l'intermédiaire. Cette particularité permet de conserver un maximum d'éléments communs avec le premier mode de réalisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage (10) d'un arbre menant (20) à un arbre mené (30) coaxial ou à un pignon (50) concentrique composé d' un moyeu (100) fixé sur ledit arbre (20), d'un ensemble de disques de friction (103, 105, 106, 107) propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre (20) et de l'arbre (30) ou du pignon (50), d'une cloche (108), et actionné par l'intermédiaire d'un fourchette (110) io caractérisé en ce que le disque de mise en pression (103) est centré sur le moyeu (101) et entraîné par ce dernier par l'intermédiaires de crans conjugués (101a, 103a) à flancs inclinés, propres à transformer le couple transmis en poussée axiale induite répercutée sur l'ensemble des disques. 15 2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des disques (106) est lié en rotation au disque de mise en pression (103). 3. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque de réception de pression (105) est porté, entraîné en 20 rotation et maintenu axialement sur le moyeu (101). 4. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les disques (103, 105, 106) sont entraînés par le moyeu. 5. Dispositif de couplage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un disque (106) est porté et entraîné en rotation par le 25 disque de réception de pression (105). 6. Dispositif (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce que entre le disque de mise en pression (103) et le disque de réception de pression (105) est disposé un ensemble élastique d'écartement de ces derniers.