Brevet FR2914724A1 — publié le 20081010

Dispositif de verrouillage pour boîte de vitesses à crabots. La présente invention concerne le domaine des boîtes de vitesses d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement, un dispositif de verrouillage du passage d'une vitesse, comprenant au moins un pignon libre en rotation autour d'un arbre de transmission, un moyeu solidaire de l'arbre, au moins un moyen de crabotage, un manchon apte à effectuer un mouvement de 1 o translation le long du moyeu vers le pignon, au moins un basculeur d'appui, solidaire du pignon dans son mouvement de rotation, le manchon comportant en outre une gorge circulaire apte à coopérer avec le basculeur d'appui. Un tel système de verrouillage a pour objectif de maintenir le 15 manchon dans la position de la vitesse engagée. Actuellement, sur toutes les boîtes de vitesses à crabots ou à synchroniseur, une fonction d'anti-lâcher est prévue pour maintenir le manchon dans la position de vitesse engagée. Généralement, cette fonction est réalisée par le taillage ou le formage de dents embarquées sur le manchon, lesdites dents étant aptes à se positionner avec celles du pignon lors du crabotage de la vitesse. 25 Ces usinages sont coûteux et complexes dans leurs réalisations et demande une bonne finition pour optimiser cette fonction. D'autre part, les dents sont soumises aux chocs et usures pendant le fonctionnement de la boîte de vitesse imposant dans certains cas une lubrification soutenue. 30 Le document FR-A-2 411 334 concerne un dispositif de synchronisation et de verrouillage d'une boîte de vitesses. Le verrouillage du manchon est assuré par des dentures du manchon. La transmission des efforts de l'arbre au pignon étant ainsi supportée en grande partie par les pièces à usiner du manchon. Ce dispositif présente le désavantage de 20 fatiguer les pièces en jeu et donc le manchon. Par ailleurs, ce dispositif de verrouillage nécessite d'usiner des cannelures internes au manchon et de tailler ou du formater des angles sur les dents des crabots. En règle générale ces usinages sont coûteux et complexes à réaliser. Le document FR-A-2 802 997 concerne un dispositif de synchronisation et de verrouillage d'une boîte de vitesses. Le verrouillage du manchon est assuré par des moyens de verrouillage du moyeu. Ces moyens nécessitent un usinage du moyeu pour réaliser des cannelures externes. 1 o Cette réalisation reste, comme l'usinage du manchon, généralement coûteuse et complexe à réaliser. De ce fait les inconvénients majeurs des solutions existantes résident dans les usinages complexes et coûteux de pièces telles que le 15 manchon et le moyeu pour assurer la fonction de verrouillage. Ces pièces sont d'autant plus sollicitées qu'elles supportent en grande partie les efforts de transmission générés du moyeu au pignon ou inversement, lors d'un changement de vitesse. 20 Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. Ainsi, pour assurer le verrouillage du manchon dans sa position vitesse engagée, le dispositif selon l'invention propose la mise en oeuvre de crabots flottants. Ces crabots flottants sont positionnés entre un pignon et le moyeu celui-ci en étant apte, lors d'un passage de vitesse, à s'engrener, 25 selon un mouvement de translation, dans une fenêtre aménagée dans le moyeu solidaire de l'arbre de transmission, égalisant ainsi les vitesses d'un pignon avec l'arbre de transmission sur lequel il est monté, et s'opposant à des basculeurs d'appui, aptes ainsi à provoquer un déplacement d'au moins un basculeur dans une gorge circulaire intérieure du manchon verrouillant 30 ainsi le système. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de verrouillage pour boîte de vitesses d'un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant au moins un pignon libre en rotation autour d'un arbre de 35 transmission, un moyeu solidaire de l'arbre et comportant au moins un moyen de crabotage, un manchon apte à effectuer un mouvement de translation le long du moyeu vers le pignon, au moins un basculeur d'appui solidaire du pignon dans son mouvement de rotation, le manchon comportant en outre une gorge circulaire apte à coopérer avec le basculeur d'appui, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins un crabot flottant apte, sous l'effet de la translation du manchon vers le pignon, d'une part, à s'engrener dans une fenêtre de crabotage du moyeu et, d'autre part, à permettre au basculeur d'appui de s'accoupler dans la gorge circulaire du manchon. 1 o Avantageusement au moins un crabot flottant comporte une cavité dans laquelle un ressort en appui sur une butée solidaire du pignon s'oppose au mouvement du crabot lorsque le manchon est en translation le long de l'arbre de transmission vers le pignon. Avantageusement le dispositif comporte un fermoir maintenant les 15 crabots flottants autour de l'arbre. Avantageusement le dispositif comporte en outre une bague de cerclage solidaire d'un pignon maintenant les basculeurs d'appui autour de l'arbre. Avantageusement un basculeur d'appui comporte une face interne 20 destinée à coopérer avec la face externe conique d'un crabot flottant. Avantageusement la partie formant les deux coins circulaires internes du manchon est biseautée de manière à coopérer avec la face externe des basculeurs d'appui. Avantageusement le dispositif comporte quatre crabots flottant 25 s'engrenant dans quatre fenêtres de crabotage du moyeu. Avantageusement le dispositif comporte quatre basculeurs d'appui solidaires en rotation d'un pignon. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 30 à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent : • la figure 1 : une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; • la figure 2 : une vue éclatée du mode de réalisation de la figure 35 1. La figure 1 présente une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention dans une position de vitesse engagée dans laquelle un manchon 7 est engagé dans un pignon 4 de première (à droite sur la figure). Ce pignon 4 est en regard d'un pignon de seconde 4' disposé symétriquement par rapport à un moyeu 5 monté solidairement sur un arbre 15 de transmission symbolisé sur la figure par son axe. 1 o Le manchon 7 est libre en translation le long de l'arbre 15 . II est guidé sur le moyeu 5 lors d'un changement de rapport, sous l'effet du déplacement d'une fourchette, non représentée sur la figure 1. Lors du déplacement du manchon 7 vers le pignon 4 de première, 15 ce dernier rentre en contact avec des basculeurs d'appui 9, 9'. Les parties supérieures 12, 12' des basculeurs d'appui forment des faces orientées vers l'extérieur par rapport à l'arbre 15 et elles forment une surface sensiblement conique. Elles se terminent par une partie arrondie formant une saillie. 20 Le manchon 7, de forme générale cylindrique creuse, présente une surface chanfreinée 11, 11' sur son diamètre interne à chacune de ses faces radiales respectivement en regard des pignons 4 et 4'. En ne considérant que la surface 11, en regard du pignon 4, cette surface 11 permet aux basculeurs d'appui 9, 9' lors du contact des pièces, d'effectuer un 25 mouvement de translation perpendiculaire à l'arbre 15, le mouvement étant dirigé vers l'arbre 15. On parle alors de l'effet des rampes conjuguées du manchon 7 et des basculeurs d'appui 9, 9' afin de décrire le glissement des basculeurs d'appui 9, 9' sous l'effet du mouvement de translation du manchon 7. 30 Le dispositif selon l'invention propose de placer des crabots 3, 3', dits flottant autour de l'arbre du corps du pignon 4 et dont les têtes coniques 13, 13' sont en regard des parties inférieures des basculeurs d'appui 9, 9'. Les crabots flottant 3, 3' sont aptes à effectuer un mouvement de translation le long du corps du pignon 4 entre le moyeu 5 et le pignon 4, le mouvement pouvant s'effectuer dans les deux sens de translation possible. L'architecture du dispositif selon l'invention est sensiblement symétrique par rapport au moyeu 5 au point mort. Le point mort est la position du manchon 7 lorsque celui-ci n'est pas engagé dans un pignon, c'est-à-dire qu'aucune vitesse n'est engagée. Les crabots flottant 3, 3' et les basculeurs d'appui 9, 9' sont alors placés entre le moyeu 5 et les pignons 4, 4' 1 o Lorsque les basculeurs d'appui 9, 9', sous l'effet du manchon 7, se déplacent vers l'arbre 15, ils rentrent en contact avec les crabots flottant 3, 3'. Sous l'effet des surfaces coniques 13, 13' en contact et respectivement orientées vers le bas concernant les basculeurs d'appui 9, 9' et orientées vers le haut concernant les crabots flottant 3, 3'. Le mouvement de 15 translation des basculeurs d'appui 9, 9' permet la génération d'un mouvement de translation des crabots flottant 3, 3' le long de l'arbre 15, vers le moyeu 5. Les crabots flottant 3, 3' sont alors aptes à coopérer avec des 20 fenêtres 10 de crabotages ménagées dans le moyeu 5 et s'étendant radialement par rapport au moyeu 5. Le moyeu 5 comprend avantageusement autant de fenêtres de crabotage que le dispositif comporte de crabots flottants. Un ressort 8 est disposé dans une cavité du crabot flottant 3, 3' et s'étend longitudinalement, le long du corps du pignon 4, entre 25 une bague formant butée 6, solidaire du corps du pignon 4, et le crabot 3, 3'. Le mouvement de translation de chaque crabot flottant 3, 3' le long du corps du pignon 4 est limité par la butée 6. Le ressort 8 est apte à être comprimé entre la butée 6 et le crabot flottant 3. 30 Dans le mode de réalisation décrit, un fermoir 1 de forme générale cylindrique creuse, est disposé autour des crabots flottants 3, 3' permettant de les maintenir autour de l'arbre 15 et à une distance fixée par rapport à l'arbre 15. La position finale, lors d'un passage de vitesse, du manchon 7, des basculeurs d'appui 9, 9' et des crabots flottant 3, 3', est devenue stable lorsque le déplacement des basculeurs d'appui 9, 9', après un premier mouvement de translation décrit ci-dessus, change de sens sous l'effet des ressorts 8 comprimés par les crabots flottant 3, 3'. Les basculeurs d'appui 9, 9' sont alors aptes à se loger dans une gorge circulaire 14 ménagée dans le diamètre interne du manchon 7 et disposée en retrait de la surface chanfreinée 11. Le manchon 7 est alors apte à venir en butée sur le pignon 4 en vitesse engagée dans une position stable. On dit alors que le manchon 7 1 o est verrouillé. Ce verrouillage qui est réalisé par l'insertion des parties arrondies, formant des saillies, des basculeurs d'appui 9, 9' dans la gorge circulaire 14 interne du manchon 7, ne permet pas au manchon 7 de sortir de sa position de verrouillage. 15 Avantageusement, les crabots flottant 3, 3' étant engrenés dans les fenêtres 10 de crabotages et les basculeurs d'appui 9, 9' étant en appui dans la gorge 14 circulaire du manchon 7, l'ensemble formé du manchon 7, des basculeurs d'appui 12, 12', des crabots flottant 3, 3' et du moyeu 5 est maintenu solidairement en rotation autour de l'arbre 15. 20 Dans cette dernière position, un couple moteur peut être transmis du pignon 4 au moyeu 5 par l'intermédiaire des crabots flottant 3, 3', les crabots flottant 3, 3' étant en appui sur les basculeurs d'appui 9, 9'. 25 Lors du désengagement de la vitesse, le manchon 7 revient en position point mort sous l'action de la fourchette (vers la gauche sur la figure). Au début du déplacement, les ressorts 8 des crabots flottants 3, 3' se compriment et les basculeurs d'appui 9, 9' se désengagent de la gorge circulaire 14, puis le manchon continu son mouvement jusqu'à la position de 30 point mort. Le déplacement des crabots flottants 3, 3' (vers la droite sur la figure) est à l'opposé du déplacement du manchon 7 (vers la gauche sur la figure) 35 Dans la suite du déplacement, aidé par des ressorts 8 qui se décompriment, les crabots flottant 3, 3' s'écartent progressivement des fenêtres 10 de crabotage du moyeu 5 et poussent les basculeurs d'appui 9, 9' vers l'extérieur du dispositif en les faisant monter selon un mouvement de translation perpendiculaire à l'arbre 15. Le manchon 7 se retrouve repoussé (vers la gauche sur la figure) et est aidé dans son mouvement de remise au point mort sous l'effet de rampe causé par la coopération de la surface chanfreinée 11 avec les faces 12, 12' externes coniques des basculeurs d'appui 9, 9'. A la fin du déplacement du manchon 7, la position des crabots flottants 3, 3' et des basculeurs d'appui 9, 9' se retrouvent identique celle des crabots flottant 3, 3' et des basculeurs d'appui 9, 9' du coté du pignon 4' de seconde (à gauche sur la figure). Afin de garantir la sortie des crabots flottants 3, 3' de la fenêtre de crabotage 10 du moyeu 5, une pente d'éjection entre le moyeu 5 et les crabots flottant 3, 3' oblige l'effacement de ceux-ci sous la décomposition de l'effort. Dans cette position, les deux pignons 4 et 4' se trouvent libres en rotation par rapport à l'arbre 15 et le couple moteur n'est donc plus transmis à l'arbre de transmission 15. 25 Une bague de cerclage 2 est disposée, en outre, entre le pignon 4 et les basculeurs d'appui 9, 9' afin de les maintenir à une distance maximum prédéterminée de l'axe de l'arbre 15. Cette solution permet aux basculeurs d'appui 9, 9' de ne pas sortir complètement du dispositif. 30 La figure 2 illustre une vue éclatée des différentes pièces mises en jeu dans le mode de réalisation décrit ci-dessus en référence à la figure 1. Le manchon 7, le moyeu 5, le fermoir 1, la bague 2 et le pignon 4 35 sont des pièces de révolution centrées sur l'axe longitudinal de l'arbre de transmission 15. 20 Ici, quatre crabots flottants 3, 3', 3" et 3"' et quatre basculeurs d'appui 9, 9', 9" et 9"' sont respectivement circonscrits dans des enveloppes virtuelles cylindriques également centrées sur l'axe longitudinal de l'arbre de transmission 15. Le manchon 7 est apte à effectuer un mouvement de translation lors de l'engagement d'une vitesse vers le pignon 4 de première. Le moyeu 5 sur lequel le manchon 7 glisse comporte quatre fenêtres 10, 10', 10" et 10"' 1 o de crabotage dans lesquelles les quatre crabots flottants 3, 3', 3" et 3"' peuvent s'insérer. Le fermoir 1 permet de guider les crabots 3, 3', 3" et 3"' dans leur mouvement sans qu'ils s'écartent de l'arbre 15. Le cerclage 2 est monté sur le pignon 4 de première afin de limiter les mouvements de translation des basculeurs d'appui 9, 9', 9", 9"' 15 L'invention a pour principal avantage de répartir les efforts de transmission du couple moteur sur les crabots flottants et des basculeurs d'appui. II y a donc une diminution des contraintes de passage de couple. Ce qui permet d'utiliser, pour ces pièces, des matériaux plus simples à usiner 20 qu'un manchon ou un moyeu et donc pour un coût moindre. Ce système permet également une réduction des usinages sur le manchon puisqu'il n'est plus nécessaire d'usiner des cannelures à l'intérieur du manchon. 25 Par ailleurs, il n'est plus nécessaire de tailler ou de former des angles d'anti-lâcher de vitesse sur les dents de crabots. Concernant le moyeu, il n'est plus nécessaire d'usiner des cannelures externes entraînant une simplicité de réalisation donc moins coûteuse. 30 Le dispositif selon l'invention favorise la transmission du couple directement entre des pignons comprenant des crabots et un moyeu. La cinématique devient plus simple de ce fait. Les déplacements possibles du manchon se font en temps masqué entraînant des passages de vitesses plus rapides, améliorant ainsi l'agrément. REVENDICATIONS 1. Dispositif de verrouillage pour boîte de vitesses d'un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant au moins un pignon (4) libre en rotation autour d'un arbre de transmission (15), un moyeu (5) solidaire de l'arbre (15) et comportant au moins un moyen (10) de crabotage, un manchon (7) apte à effectuer un mouvement de translation le long du moyeu (5) vers le pignon (4), au moins un basculeur d'appui (9) solidaire du pignon (4) dans son mouvement de rotation, le manchon (7) comportant en outre une gorge (14) circulaire 1 o apte à coopérer avec le basculeur d'appui (9), caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins un crabot flottant (3) apte, sous l'effet de la translation du manchon (7) vers le pignon (4), d'une part, à s'engrener dans une fenêtre (10) de crabotage du moyeu (5) et, d'autre part, à permettre au basculeur d'appui (9) de s'accoupler dans 15 la gorge (14) circulaire du manchon (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un crabot flottant (3) comporte une cavité dans laquelle un ressort (8) en appui sur une butée (6) solidaire du pignon (4) s'oppose au 20 mouvement du crabot lorsque le manchon (7) est en translation le long de l'arbre de transmission (15) vers le pignon (4). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, un fermoir (1) maintenant les crabots flottants (3, 25 3') autour de l'arbre (15). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une bague de cerclage (2) solidaire d'un pignon (4) maintenant les basculeurs d'appui autour de l'arbre (15). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un basculeur d'appui (9) comporte une face interne destinée à coopérer avec la face externe conique (13) d'un crabot flottant (3). 30 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie formant les deux coins circulaires internes du manchon (7) est biseautée de manière à coopérer avec la face externe des basculeurs d'appui (9, 9'). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte quatre crabots flottant (3) s'engrenant dans quatre fenêtres (10) de crabotage du moyeu (5). i o 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte quatre basculeurs d'appui (9) solidaires en rotation d'un pignon (4).5