Brevet FR2898396A1 — publié le 20070914

La présente invention concerne un procédé d'entraînement d'un baladeur de boîte de vitesses, en translation suivant un axe de rotation du baladeur, à l'aide d'un organe d'entraînement comprenant au moins un patin, du type dans lequel, le baladeur étant en rotation autour de l'axe de rotation, on appuie le patin contre une surface d'appui du baladeur pour déplacer le baladeur en translation suivant son axe de rotation. Dans les véhicules automobiles, les boîtes de vitesses de type mécanique comportent en général un arbre primaire lié en rotation à un arbre de sortie d'un groupe motopropulseur, un arbre secondaire lié en rotation aux roues du véhicule automobile, et des jeux de pignons de liaison en rotation de l'arbre secondaire à l'arbre primaire, selon différents rapports de démultiplication, chaque jeu de pignons correspondant à un rapport de démultiplication. Chaque jeu de pignons comprend par exemple un pignon monté fixe sur l'arbre primaire, et un pignon monté fou sur l'arbre secondaire, le pignon fixe et le pignon fou étant en prise l'un avec l'autre. La sélection d'un rapport de démultiplication déterminé est effectuée en liant en rotation le pignon fou du jeu de pignons correspondant au rapport de démultiplication déterminé, avec l'arbre secondaire. Pour lier en rotation un arbre et un pignon monté fou sur cet arbre, il est possible de prévoir un organe d'accouplement ou baladeur , se présentant sous la forme d'une bague liée en rotation à cet arbre et montée coulissante le long de cet arbre entre au moins une position accouplée, dans laquelle la bague est liée en rotation au pignon fou de sorte que le pignon fou est lié en rotation à l'arbre, et une position désaccouplée dans laquelle la bague est désolidarisée en rotation du pignon fou. Le coulissement du baladeur le long de l'arbre est commandé au moyen d'un organe de commande par exemple sous la forme d'une fourchette comprenant deux bras portant chacun à une extrémité libre un patin, la fourchette étant montée coulissante le long d'un arbre de commande d'axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation du baladeur, ou montée fixe sur l'arbre de commande, celui-ci étant monté coulissant en translation parallèlement à l'axe de rotation du baladeur grâce à des bagues de guidage coopérant avec les extrémités de l'arbre de commande. Le déplacement de la fourchette amène les 2 patins en contact avec le baladeur pour le faire coulisser le long de l'arbre le portant. Or, en fonctionnement, le baladeur est mobile en rotation autour de son axe de rotation, tandis que la fourchette est sensiblement immobile en rotation autour de cet axe. Il en résulte que, lors d'un changement de rapport, les patins sont en appui glissant contre le baladeur. Les vitesses de glissement élevées combinées à des forces d'appui importantes lors des changements de rapport entraînent une usure rapide des patins, ce qui limite la durée de vie de la fourchette. Un but de l'invention est de proposer un procédé d'entraînement d'un baladeur de boîte de vitesses permettant d'augmenter la durée de vie de l'organe de commande. A cet effet, l'invention propose un procédé d'entraînement d'un baladeur du type précité, dans lequel on forme un film de lubrification hydrodynamique 15 entre la surface d'appui du baladeur et le patin. L'invention concerne également un organe d'entraînement d'un baladeur de boîte de vitesses monté à rotation autour d'un axe de rotation et destiné à tourner dans un sens de rotation principal, adapté pour entraîner le baladeur en translation suivant l'axe de rotation du baladeur, du type comprenant au moins un 20 patin d'appui destiné à venir en appui, par une face d'appui, contre une surface d'appui du baladeur pour provoquer la translation du baladeur suivant l'axe de rotation, caractérisé en ce que la face d'appui du ou de chaque patin possède une région d'attaque, en amont selon la direction et le sens de déplacement de la surface d'appui par rapport au ou à chaque patin lors de la rotation du baladeur 25 dans le sens de rotation principal, sensiblement plane et inclinée par rapport à la surface d'appui de façon à définir avec la surface d'appui un passage d'entrée convergent vers l'aval pour un film d'huile de boîte de vitesses recouvrant la surface d'appui. Selon d'autres modes de réalisation, l'organe de commande comprend 30 une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'angle de convergence du passage d'entrée est compris entre 1 et 5 lorsque le ou chaque patin est au repos ; - la face d'appui du ou de chaque patin comprend une région de fuite, en aval selon la direction et le sens de déplacement de la surface d'appui par rapport au ou à chaque patin lors de la rotation du baladeur dans le sens de rotation principal, sensiblement plane et inclinée par rapport à la surface d'appui de façon à définir avec la surface d'appui un passage de sortie divergent vers l'aval ; - l'angle de divergence du passage de sortie est compris entre 1 et 10 lorsque le patin est au repos ; - la face d'appui du ou de chaque patin comprend une région adjacente à 10 la région d'attaque et prolongeant la région d'attaque vers l'aval ; - il comprend un corps portant le ou chaque patin, destiné à être monté coulissant suivant un axe parallèle à l'axe de rotation, le ou chaque patin étant adapté pour venir en appui sur une surface d'appui perpendiculaire à l'axe de coulissement du corps ; 15 - le ou chaque patin comprend deux faces d'appui opposées destinées à venir en appui sur deux surfaces d'appui du baladeur parallèles, disposées en regard l'une de l'autre, et espacées suivant l'axe de rotation, pour entraîner le baladeur en translation dans un sens ou dans l'autre ; et - il comprend deux patins destinés à être diamétralement opposés par 20 rapport à l'axe de rotation du baladeur. L'invention concerne encore une boîte de vitesses du type comprenant un baladeur de boîte de vitesses monté à rotation autour d'un axe de rotation, le baladeur comprenant au moins une surface d'appui en vue de son entraînement en translation suivant l'axe de rotation, et un organe d'entraînement du baladeur 25 tel que défini ci-dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe d'un sous- 30 ensemble de boîte de vitesses de véhicule automobile, comprenant un arbre, deux pignons montés fous sur l'arbre, et un dispositif d'accouplement des pignons et de l'arbre, le dispositif d'accouplement étant représenté dans deux configurations différentes ; 4 - la figure 3 est une vue schématique de face en élévation d'un organe de commande du dispositif de liaison en rotation de la figure 1 ; - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en section selon les plans IV-IV et V-V de patins d'appui de l'organe de commande de la figure 3 ; et - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 4 illustrant un des patins en appui contre une surface d'appui. Telle que représentée sur les figures 1 et 2, une boîte de vitesses 2 de véhicule automobile, dont seule une partie est représentée pour des raisons de clarté des dessins, comprend un arbre 4 s'étendant suivant un axe A, deux pignons 6, 8 d'axe A et de diamètres nominaux différents, les pignons 6 et 8 étant montés fous sur l'arbre 4 et espacés suivant l'axe A, et un dispositif d'accouplement 10 permettant de lier en rotation sélectivement le pignon 6 ou le pignon 8 à l'arbre 4. De manière connue en soi, le dispositif 10 comprend un baladeur 12 se présentant sous la forme d'une bague 14 d'axe A montée sur l'arbre 4 axialement entre le pignon 6 et le pignon 8. La bague 14 est montée coulissante suivant l'axe A sur l'arbre 4, et est liée en rotation autour de l'axe A à l'arbre 4, par exemple au moyen de cannelures 16. Le baladeur 12 est déplaçable en translation suivant l'axe A entre une position désaccouplée intermédiaire (figure 1), dans laquelle le baladeur 12 est espacé de chacun des pignons 6 et 8 de sorte que chacun des pignons 6 et 8 est libre en rotation par rapport au baladeur 12 et à l'arbre 4, une première position d'accouplement (figure 2), dans laquelle le baladeur 12 est décalé en direction du pignon 6 (figure 2) de sorte que le pignon 6 est lié en rotation au baladeur 12 et à l'arbre 4, et une deuxième position d'accouplement (non représentée), dans laquelle le baladeur 12 est décalé en direction du pignon 8, de sorte que le pignon 8 est lié en rotation au baladeur 12 et à l'arbre 4. Le dispositif 10 comprend, de manière classique, des dispositifs de synchronisation 18 et 20 de liaison en rotation du baladeur 12 aux pignons respectivement 6 et 8, chaque dispositif de synchronisation 18, 20 permettant une adaptation progressive de la vitesse de rotation du pignon 6, 8 correspondant à celle du baladeur 12 lors du déplacement du baladeur 12 en direction de ce pignon 6, 8. Pour commander la translation du baladeur 12, le dispositif 10 comprend un organe de commande 22 monté mobile en translation le long d'un arbre de commande 24 s'étendant suivant un axe B parallèle à l'axe A. De manière connue en soi, le dispositif 10 comprend des moyens pour commander le 5 déplacement de l'organe 22 le long de l'arbre 24, par exemple un levier de vitesses. Tel que représenté sur la figure 3, l'organe de commande 22 se présente sous la forme d'une fourchette 26 comprenant un corps 28 possédant un manchon 30 d'axe B de montage de la fourchette 26 à coulissement sur l'arbre 24, et deux bras 32, 34 s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire l'axe B, chaque bras 32, 34 portant un patin d'appui respectivement 36, 38. Telle que représentée sur la figure 1, la bague 14 comprend une gorge 40 annulaire périphérique à section en U ouverte radialernent vers l'extérieur, délimitée par deux flancs 42, 44 radiaux en regard l'un de l'autre et s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe A, et un fond 46. Les extrémités des bras 32, 34 (seul le bras 32 étant visible sur la figure 1) sont reçues dans la gorge 40. Lors du déplacement de l'organe 22 le long de l'arbre 24, les patins 36, 38 (seul le patin 36 étant visible sur la figure 1) sont dans une position de repos dans laquelle ils sont espacés axialement des flancs 42 et 44, une première position d'appui dans laquelle ils sont en appui sur le flanc 42 pour déplacer le baladeur 12 en direction du pignon 6, ou une deuxième position d'appui dans laquelle ils sont en appui sur le flanc 44 pour déplacer le baladeur 12 en direction du pignon 8. Tels que représentés sur la figure 3, les patins 36 et 38 sont sensiblement diamétralement opposés par rapport à l'axe A, pour venir en appui sur des régions sensiblement diamétralement opposées des flancs 42 et 44, pour des raisons de symétrie des efforts appliqués sur le baladeur 12. En fonctionnement, le baladeur 12 est entraîné en rotation dans un sens de rotation principal illustré par la flèche F1 sur la figure 3. II en résulte que les flancs 42 et 44 défilent en regard du patin 36 selon une direction et un sens illustrés par la flèche F2 sur la figure 3 et par rapport au patin 38 selon un sens et une direction illustrés par la flèche F3 sur la figure 3. 6 Dans la suite de la description, les termes amont et aval s'entendent pour chaque patin 36, 38 par rapport à la direction et au sens de défilement des flancs 42 et 44 par rapport à ce patin. Sur les figures 4 et 5 où les flèches F2 et F3 ont été reportées, les patins respectivement 36 et 38 sont représentés reçus dans la gorge 40, entre les flancs 42 et 44, dans une position de repos, dans laquelle ils sont situés à distance de chacun des flancs 42 et 44. Chaque patins 36, 38 comprend une face d'appui 52 orientée vers le flanc 42 et une face d'appui 54 orientée vers le flanc 44. Les faces 52 et 54 d'un patin 36, 38 sont sensiblement symétriques par rapport à un plan P médian du patin 36, 38 perpendiculaire à l'axe B Chacune des faces 52 et 54 de chacun des patins 36 et 38 comprend une région d'attaque amont 56, une région de fuite 60, et une région intermédiaire de raccordement 58 disposée entre la région 56 et la région 60. La région 56 est sensiblement plane et inclinée par rapport au flanc 42, 44 situé en regard d'un angle al de façon à définir avec ce flanc un passage convergeant de l'amont vers l'aval. La région 58 est sensiblement plane et parallèle au flanc 42, 44 situé en regard de façon à définir un passage de section sensiblement constante. En variante, la région 58 est de forme rayonnée de façon à raccorder les régions 56 et 60. La région 60 est sensiblement plane et inclinée par rapport au flanc 42, 44 situé en regard d'un angle (31 de façon à définir avec ce flanc un passage divergent de l'amont vers l'aval. Chacune des faces 52, 54 définit donc dans son ensemble, avec le flanc 42, 44, situé en regard un espace convergeant puis divergent de l'amont vers l'aval. L'angle al de convergence de chacune des faces 56 avec le flanc 42, 44 situé en regard, qui est aussi l'angle d'inclinaison de chaque face 56 avec un plan perpendiculaire à l'axe B, est compris, en position de repos du patin 36, 38, de préférence entre 1' et 5 , encore de préférence entre 1,5 et 3 . L'angle pl de divergence de chaque région 60 avec le flanc 42, 44 situé en regard, qui est aussi l'angle d'inclinaison de chaque face 56 avec un plan 7 perpendiculaire à l'axe B est compris, en position de repos du patin 36, 38, de préférence entre 1 et 10 , encore de préférence entre 2 et 6 . La longueur L1 des surfaces 56 selon la direction de défilement des flancs par rapport au patin est comprise par exemple entre 5 et 15 mm, celle L2 des surfaces 58 est comprise entre 0 et 5 mm, et celle L3 des surfaces 60 est comprise entre 0 et 10 mm. La largeur de chacune de ces surfaces est comprise par exemple entre 2 et 8 mm. La longueur L1 est de préférence supérieure à la longueur L3. On notera que les flèches F2 et F3 sont orientées dans des sens opposés. 10 Par conséquent, les patins 36 et 38 sont dissymétriques par rapport à un plan M médian (figure 3) passant par l'axe A En fonctionnement, la boîte de vitesses 2 contient de l'huile de lubrification de boîte de vitesses. Cette huile recouvre le baladeur 12, et en particulier les flancs 42 et 44. 15 Lorsqu'un patin 36, 38 est amené en appui contre un des flancs 42, 44, l'huile recouvrant ce flanc 42, 44 s'écoule dans l'espace formé entre le flanc 42, 44 et la face 52, 54 du patin 36, 38 située en regard. Les faces 52, 54 profilées de la façon indiquée ci-dessus permettent de maintenir un film de lubrification hydrodynamique entre une face 52, 54 et un 20 flanc 42, 44 sur lequel elle est en appui, dans les conditions de vitesses de défilement des flancs 42, 44 par rapport aux patins 36, 38, de force d'appui des patins 36, 38 sur les flancs 42, 44, et de température et de viscosité de l'huile de lubrification de boîte de vitesses rencontrées dans les boîtes de vitesses de véhicule automobile. 25 La figure 6 illustre le patin 36 en appui sur le flanc 42, et la formation d'un film H de lubrification hydrodynamique entre la face 52 du patin 36 et le flanc 42. Un film de lubrification hydrodynamique possède une épaisseur supérieure à la somme des hauteurs des aspérités des surfaces en appui l'une sur l'autre par l'intermédiaire du film. Ainsi, les contacts solides entre les surfaces sont 30 évités, et l'usure de ces surfaces est limitée. Le maintien d'un film de lubrification hydrodynamique est notamment dû à la prévision d'une région d'attaque 56 inclinée de façon à former un passage convergent permettant d'obtenir dans l'huile de lubrification, dans la région d'attaque 56 et jusqu'à la section la plus petite du passage, une pression suffisante pour maintenir le patin 36, 38 décollé du flanc 42, 44 sur lequel il est en appui. Les régions 56 et 58 de chaque face 52, 54 favorisent la portance de chaque patin 36, 38 sur le film en offrant une surface d'appui étendue dans la zone de plus forte pression de l'huile de lubrification. La région 60 de chaque face 52, 54 favorise l'écoulement de l'huile entre la face 54, 52 et le patin 36, 38 en favorisant l'extraction de l'huile vers l'aval. La vitesse de déplacement V des flancs 42 et 44 par rapport aux patins 36 et 38 est comprise généralement entre 2 m/s et 20 m/s, et est typiquement de l'ordre de 10 m/s. Par exemple, pour des flancs de rayon moyen de 40 mm entraîné en rotation à 2500 tours/min, la vitesse V est del 0 m/s. L'effort appliqué sur l'organe 22 lors d'un changement de rapport est généralement compris entre 20 daN et 100 daN. On notera que cet effort est réparti sur les deux patins 36 et 38. La viscosité cinématique de l'huile de lubrification de boîte de vitesse est typiquement comprise entre 20 Centistoke et 200 Centistoke à 20 C. La viscosité diminue avec la température. Pour une utilisation adéquate dans une plage de fonctionnement étendue d'une boîte de vitesses, les patins 36, 38 sont profilés pour le maintien d'un film de lubrification hydrodynamique pour une vitesse V comprise entre 5 et 20 m/s, sous un effort appliqué sur l'organe 22 suivant l'axe B compris entre à 50 daN et 100 daN, pour une température d'huile comprise entre 60 C et 150 C, avec une huile de lubrification de boîte de vitesses possédant une viscosité inférieure à 40 Centistoke à 90 C. On notera que lorsque les patins 36, 38 sont appliqués sur l'un ou l'autre des flancs 42, 44, les bras 32 et 34 fléchissent très légèrement, ce qui provoque une inclinaison des patins 36, 38 par rapport aux flancs 42 et 44. Néanmoins cette inclinaison est faible (de l'ordre de 10), et les inclinaisons des régions 56 et 60 des faces 52 et 54 sont choisies pour rester dans des plages adéquates lorsque les patins 36 et 38 sont appliqués avec un effort important contre les flancs 42 et 44. On notera qu'il est possible de prévoir un rodage de chaque région 58, qu'elle soit initialement plane et parallèle à la surface d'appui 52, 54 en regard en position de repos des patins 36, 38 ou arrondie. Lors d'un tel rodage, chaque région 58 subit une légère usure autorisée, de sorte que la région 58 une fois rodée est sensiblement plane et parallèle à la surface d'appui 52, 54 en regard du baladeur 12 lorsque les patins 36, 38 sont en appui sous charge sur le baladeur 12. Après rodage, les régions 58 ne viennent plus en contact avec le baladeur 12 dans les conditions normales d'utilisation. Dans un mode de réalisation avantageux, la fourchette 26 est monobloc, les patins 36 et 38 étant en particulier venus de matière avec les bras 32 et 34. Pour diminuer une usure des patins 36 et 38, il est possible d'écrouir les faces 52, 54 des patins 36 et 38 réalisés en alliage métallique, tel qu'un cupro- aluminium, par exemple par frappe de calibrage à froid, de façon à durcir les patins 36, 38 en surface, et à diminuer la hauteur des aspérités de ces faces 52, 54. En variante, les patins 36 et 38 peuvent être réalisés en un matériau différent de celui du corps 28, le corps étant par exemple réalisé en métal, et les patins 36, 38 en matière plastique surmoulée sur les bras 32 et 34. On notera que les faces 52, 54 d'un patin convergent vers l'amont l'une vers l'autre selon un angle 2.a2. Ainsi, l'invention concerne de façon générale un organe d'entraînement d'un baladeur de boîte de vitesses comprenant au moins un patin d'appui possédant deux faces d'appui opposées possédant des régions d'attaque sensiblement planes inclinées l'une par rapport à l'autre et par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du baladeur, et convergent l'une vers l'autre vers l'amont. L'invention s'applique aux boîtes de vitesses manuelles, auquel cas le déplacement de l'organe d'entraînement est commandé à partir d'un levier de vitesses, ou robotisées, auquel cas le déplacement de l'organe d'entraînement est commandé à l'aide d'un actionneur. REVENDICATIONS 1. Procédé d'entraînement d'un baladeur (12) de boîte de vitesses, en translation suivant un axe (A) de rotation du baladeur (12), à l'aide d'un organe d'entraînement (22) comprenant au moins un patin (36, 38), du type dans lequel, le baladeur (12) étant en rotation autour de l'axe (A) de rotation, on appuie le ou chaque patin (36, 38) contre une surface d'appui (42, 44) du baladeur (12) pour déplacer le baladeur (12) en translation suivant son axe (A) de rotation, caractérisé en ce qu'on forme un film de lubrification hydrodynamique entre la surface d'appui (42, 44) du baladeur (12) et le patin (36, 38). 2. Organe d'entraînement (22) d'un baladeur (12) de boîte de vitesses monté à rotation autour d'un axe (A) de rotation et destiné à tourner dans un sens de rotation principal (F1), adapté pour entraîner le baladeur (12) en translation suivant l'axe (A) de rotation du baladeur (12), du type comprenant au moins un patin (36, 38) d'appui destiné à venir en appui, par une face d'appui (52, 54), contre une surface d'appui (42, 44) du baladeur (12) pour provoquer la translation du baladeur (12) suivant l'axe (A) de rotation, caractérisé en ce que la face d'appui (52, 54) du ou de chaque patin (36, 38) possède une région d'attaque (56), en amont selon la direction et le sens (F2, F3) de déplacement de la surface d'appui (42, 44) par rapport au ou à chaque patin (36, 38) lors de la rotation du baladeur (12) dans le sens de rotation principal (F1), sensiblement plane et inclinée par rapport à la surface d'appui (42, 44) de façon à définir avec la surface d'appui (42, 44) un passage d'entrée convergent vers l'aval pour un film d'huile de boîte de vitesses recouvrant la surface d'appui (42, 44). 3. Organe d'entraînement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (a1) de convergence du passage d'entrée est compris entre 1 et 5 lorsque le ou chaque patin est au repos. 4. Organe d'entraînement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la face d'appui (52, 54) du ou de chaque patin (36, 38) comprend une région de fuite (60), en aval selon la direction et le sens (F2, F3) de déplacement de la 11 surface d'appui par rapport au ou à chaque patin lors de la rotation du baladeur (12) dans le sens de rotation principal (FI), sensiblement plane et inclinée par rapport à la surface d'appui (42, 44) de façon à définir avec la surface d'appui (42, 44) un passage de sortie divergent vers l'aval. 5. Organe d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle (p1) de divergence du passage de sortie est compris entre 1 et 10 lorsque le patin (36, 38) est au repos. 10 6. Organe d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la face d'appui (52, 54) du ou de chaque patin (36, 38) comprend une région (58) adjacente à la région d'attaque (56) et prolongeant la région d'attaque (56) vers l'aval. 15 7. Organe d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (28) portant le ou chaque patin (36, 38), destiné à être monté coulissant suivant un axe (B) parallèle à l'axe (A) de rotation, le ou chaque patin (36, 38) étant adapté pour venir en appui sur une surface d'appui (42, 44) perpendiculaire à l'axe (B) de coulissement du corps 20 (28). 8. Organe d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le ou chaque patin (36, 38) comprend deux faces d'appui (52, 54) opposées destinées à venir en appui sur deux surfaces d'appui 25 (42, 44) du baladeur (12) parallèles, disposées en regard l'une de l'autre, et espacées suivant l'axe (A) de rotation, pour entraîner le baladeur (12) en translation dans un sens ou dans l'autre. 9. Organe d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 2 à 30 8, caractérisé en ce qu'il comprend deux patins (36, 38) destinés à être diamétralement opposés par rapport à l'axe (A) de rotation du baladeur (12). 10. Boîte de vitesses du type comprenant un baladeur (12) de boîte de vitesses monté à rotation autour d'un axe (A) de rotation, le baladeur (12)512 comprenant au moins une surface d'appui (42, 44) en vue de son entraînement en translation suivant l'axe (A) de rotation, et un organe (22) d'entraînement du baladeur (12) selon l'une quelconque des revendications 2 à 9.