Brevet FR2923880A1 — publié le 20090522

DISPOSITIF DE COUPLAGE PAR DISQUES DE FRICTION POUR BOITE DE VITESSES La présente invention est relative aux dispositifs de couplage par friction mono- ou multi-disques, notamment ceux permettant la synchronisation et/ou la transmission de couple dans une boîte de vitesses mécanique de véhicule automobile. De tels dispositifs sont très utilisés, comme embrayage principal ou pour la synchronisation des boîtes de vitesses, qui consiste en l'égalisation par frottement de la vitesse d'un arbre de la boîte avec celle d'un pignon fou tournant autour de celui-ci, lors d'un changement de rapport de vitesse. De manière connue, un synchroniseur multi-disques comprend un arbre sur lequel est monté un moyeu, solidaire en rotation de l'arbre via des cannelures et un pignon monté tournant. Entre le moyeu et le pignon est disposé un empilement de disques plans, alternativement liés en rotation au pignon et au moyeu. Un couple de friction est obtenu en appliquant un effort axial sur les disques afin de les faire entrer en contact. La mise en contact des surfaces de friction des disques est réalisée à l'aide d'un actionneur agissant sur un manchon en liaison glissière avec le pignon. On génère ainsi un couple de friction qui est transmis du moyeu au pignon fou via les surfaces de frottement de l'ensemble des disques. De manière également connue, la liaison glissière entre, d'une part, les disques liés au moyeu et celui-ci, et, d'autre part, les disques liés au pignon fou et ce dernier, est réalisée au moyen de � tocs � d'entraînement, ou crans, présents sur l'ensemble des disques, et coopérant avec des cavités du moyeu dans le premier cas et du pignon fou dans le second cas. Il est connu de prévoir des tocs à flancs parallèles à l'axe l'arbre, ces tocs coopérant avec des cavités, également à flancs parallèles du moyeu, ou du pignon fou selon le type de disque. Lorsque le dispositif est sollicité, un couple est donc transmis du moyeu vers les disques qui lui sont liés, via des forces de direction tangentielle exercées au point de contact entre les flancs des cavités du moyeu et les flancs des tocs d'entraînement. De même, les disques liés au pignon fou transmettent à ce dernier un couple, également via des forces de direction tangentielle exercées au point de contact entre les flancs des tocs des disques concernés et les flancs des cavités présentes dans le pignon fou. Les forces tangentielles ainsi générées sont cependant à l'origine d'une perte de rendement du dispositif : en effet, pour que le dispositif transmettre un couple par friction, il est nécessaire de mettre en contact les surfaces des disques en vis-à-vis. Cette mise en contact est réalisée sous l'action d'un effort axial exercé par le manchon et, plus encore, le couple transmis par le dispositif est directement lié à l'effort axial exercé. Or, lorsqu'on applique cet effort axial, les forces tangentielles décrites plus haut génèrent, aux points de contact entre les différents tocs et les cavités associées, des forces de frottement de direction axiale et de sens opposé à l'effort axial de commande (exercé par le manchon), du fait du déplacement relatif des tocs par rapport au moyeu ou au pignon fou. Ainsi, les frottements dus aux tocs réduisent l'effort axial de commande initial, induisant une perte de rendement. De plus, les forces de frottement générées étant proportionnelles aux forces tangentielles (le coefficient pondérateur étant le coefficient de frottement entre les surfaces des tocs et des cavités), on comprend donc que plus le couple transmis par le moyeu est important, plus les forces tangentielles et donc les forces de frottement aux points de contact sont grandes, plus la perte de rendement est importante. Le but de l'invention est donc de fournir un dispositif de couplage de friction dans lequel les tocs d'entraînement sont conçus pour éliminer cette perte de rendement, en minimisant ou supprimant la composante axiale de la force de frottement générée par les tocs, voire en générant une force axiale induite qui s'ajoute à l'effort de commande. Ainsi, l'invention concerne un dispositif de couplage par friction d'un pignon fou avec un arbre comportant un moyeu solidaire en rotation de cet arbre, un manchon libre de glisser axialement par rapport au pignon, des disques plans disposés de manière concentrique entre le moyeu pignon fou, les disques plans étant alternativement liés en rotation au moyeu et au pignon fou au moyen de tocs d'entraînement coopérant avec des cavités complémentaires présentes sur le moyen et le pignon fou, les disques plans étant aptes à être mis en contact sous l'action d'un effort axial de commande exercé par le manchon, de façon à transmettre par friction au pignon fou un couple de rotation reçu du moyeu, le dispositif étant caractérisé en ce que le flanc de chaque toc en contact avec le flanc en vis-à-vis de la cavité lors de la transmission de couple est incliné d'un angle non nul par rapport à la direction de l'axe de l'arbre. Dans une réalisation, l'angle d'inclinaison des tocs est tel que la tangente de cet angle est strictement inférieure à la valeur du coefficient de frottement entre les surfaces des flancs du toc et de la cavité. Dans une réalisation, la valeur de l'angle est telle que sa tangente est proche du coefficient de frottement. Dans une réalisation, l'angle d'inclinaison des tocs est tel que la tangente de cet angle est strictement supérieure à la valeur du coefficient de frottement entre les surfaces des flancs du toc et de la cavité. Dans une réalisation, les cavités coopérant avec les tocs présentent un profil complémentaire de celui des tocs, leurs flancs en contact avec les tocs étant inclinés d'un angle sensiblement égal à l'angle d'inclinaison des tocs. Dans une réalisation, les tocs présentent un profil symétrique par rapport à l'axe de l'arbre, notamment un profil trapézoïdal. Dans une réalisation, chaque disque plan comporte plusieurs tocs angulairement répartis. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après de manière non limitative en relation avec les figures parmi lesquelles : - la figure 1 est un schéma d'un dispositif selon l'invention, - les figures 2a et 2b montrent des tocs selon l'invention pour des disques coopérant respectivement avec un pignon fou et avec un moyeu, - la figure 3 montre les forces exercées au point de contact entre les flancs d'un toc et d'une cavité associée lorsque le dispositif transmet un couple, - La figure 4 montre la variation de la force axiale induite par les tocs en fonction de la valeur de l'inclinaison des tocs. La figure 1 montre un dispositif de transmission de couple par friction d'architecture classique : le dispositif comprend un moyeu 22 solidaire d'un arbre 10, par exemple un arbre de boîte de vitesses mécanique. L'arbre 10 porte également un pignon fou 20, en vis-à-vis du moyeu 22. Entre le moyeu 22 et le pignon fou 20 est disposé un empilement de disques plans 261, 262, 263, 281, 282, 283 tels que décrits plus haut. Ces disques plans comportent chacun une ou deux surface de frottement et sont alternativement liés en rotation au moyeu 22 et au pignon 20 au moyen de tocs d'entraînement 30, 32 coopérant avec des cavités 34, 36 pratiquées dans le moyeu et le pignon fou. Le dispositif décrit à la figure 1 comporte au total six disques plans, dont trois disques 261, 262, 263 sont liés au moyeu 22. Le pignon fou est lié quant à lui aux trois autres disques 281, 282, 283. Enfin, un manchon 24 est en liaison glissière ou pivot glissant avec le pignon 20, et est apte à venir exercer un effort axial sur le disque le plus proche 261 afin de mettre en contact les surfaces de frottement des disques en vis-à-vis, générant ainsi un couple de friction. Les disques plans, comme expliqué plus haut, sont tous pourvus de tocs d'entraînement afin d'être lié au moyeu 22 ou au pignon fou 20 selon le type de disque. Les figures 2a et 2b montrent la forme des tocs selon l'invention respectivement pour les disques liés au pignon fou 20 et les disques liés au moyeu 22. La figure 2b montre les disques 261, 262, 263 munis de tocs d'entraînement 32 coopérant avec une cavité 34 du moyeu 22. L'axe XX' représente l'axe de l'arbre portant le dispositif de couplage. On voit donc que chaque toc 32 comporte des flancs qui ne sont pas parallèles à l'axe XX', mais inclinés par rapport à celui-ci. Les tocs 32 sont donc sensiblement de profil trapézoïdal, et la cavité 34 présente un profil complémentaire. De préférence, l'angle a que forme le flanc du toc 32 avec l'axe XX' est tel que tan a est inférieur ou égal au coefficient g de frottement entre le flanc de la cavité 34 et le flanc du toc 32. De manière analogue, la figure 2a montre les disques 281, 282, 283 liés au pignon 20. Ceux-ci présente également des tocs 30 inclinés coopérant avec une cavité 36 du pignon 20. La forme des cavités 34 et 36 est évasée de manière à ce que leur ouverture soit plus large que la plus grande base des tocs d'entraînement, de manière à permettre un montage facile des disques à l'intérieur du pignon 20 et du moyeu 22. De préférence, l'angle d'inclinaison des parois des cavités est identique à celui des tocs. De manière connue, chaque disque comporte plusieurs tocs angulairement répartis, et le pignon 20 et le moyeu 22 comportent un nombre 10 de cavités égal aux nombres de tocs des disques. La figure 3 représente schématiquement les forces qui s'exercent au point de contact entre le flanc 40 d'un toc, par exemple un toc du disque 261, et d'une cavité lorsque le dispositif 1 transmet un couple. Le disque subit deux forces de même direction mais de sens opposé, Factionn (exercée par 15 l'actionneur via le manchon 24) et Fsynchro (exercée par le disque contigu 281). Ces deux forces ne sont cependant pas d'intensité égale, la différence étant égale à l'intensité de la force Fto~ générée par les tocs. Si l'on observe maintenant les forces exercées au point de contact entre le toc et la cavité, le moyeu exerce en ce point une force F, que l'on peut décomposer en une force 20 Fa normale au plan de contact, et une force F6 parallèle au plan de contact. Cette force F peut être également décomposée en une force Ftang, normale à l'axe XX', et la force Fto~ parallèle à l'axe XX'. L'intensité de la force Ftang est proportionnelle au couple c transmis par le moyeu et au bras de levier, ou rayon moyen r. Si l'on se place dans des conditions théoriques à la limite du 25 glissement entre le toc et la cavité, la force de frottement F6 est égale à Fa.tan R, où 13 = arctan �, g étant le coefficient de frottement au niveau des faces en contact. On a également Fa = F.cos (3 F6 = F.sin R 30 Avec : Ftang = c/r = F.cos(Rûa) Fto~ = F.sin(Rûa) On a finalement : Fsynchro = Factionn - Ftoc = Factionn - F.sin(Rûa) On voit donc que la composante axiale due aux tocs est fonction 35 de la différence (13ûa) soit (arctan � ûa). Dans un mode de réalisation de l'invention, ce terme (arctan g û a) est négatif. Dans ce cas, on réduit au maximum la force axiale Fto~ s'opposant à l'effort axial imposé par le manchon 24, sans toutefois l'annuler. On maximise ainsi l'effort transmis par le manchon 24. De préférence, cette force axiale Fto~ de retenue ne doit pas être nulle, c'est-à-dire que a est strictement inférieur à R, tout en étant le plus proche possible de R. Dans un autre mode de réalisation, ce terme (arctan � û a) est positif, c'est-à-dire que l'on a si a > R. Dans ce cas, la force Fto~ vient s'additionner à l'effort axial Factionn, le dispositif de couplage étant alors auto- assisté. La figure 5 représente la variation de la force Fto~ en fonction de la valeur de l'angle a. Cette variation est linéaire et la force Fto~ atteint logiquement la valeur zéro lorsque a = R. Cette représentation permet de distinguer deux domaines selon que a soit inférieur ou supérieur à R, correspondant respectivement à une perte d'efficacité de la force d'actionnement (domaine B) et à l'auto- assistance (domaine A). Comme expliqué ci-dessus, selon la valeur de a on se situera dans l'un ou l'autre de ces deux domaines. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de couplage par friction d'un pignon fou (20) avec un arbre (10) comportant un moyeu (22) solidaire en rotation de cet arbre d'axe (XX'), un manchon (24) libre de glisser axialement par rapport au pignon (20), des disques plans (261, 262, 263, 281, 282, 283) disposés de manière concentrique entre le moyeu (22) pignon fou (20), les disques plans étant alternativement liés en rotation au moyeu (22) et au pignon fou (20) au moyen de tocs d'entraînement (30, 32) coopérant avec des cavités (34, 36) complémentaires présentes sur le moyen (22) et le pignon fou (20), les disques plans (261, 262, 263, 281, 282) étant aptes à être mis en contact sous l'action d'un effort axial de commande exercé par le manchon (24), de façon à transmettre par friction au pignon fou (20) un couple de rotation reçu du moyeu (22), le dispositif (1) étant caractérisé en ce que le flanc de chaque toc (30, 32) en contact avec le flanc en vis-à-vis de la cavité lors de la transmission de couple est incliné d'un angle a non nul par rapport à la direction de l'axe (XX'). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel l'angle a d'inclinaison des tocs est tel que la tangente de cet angle est strictement inférieure à la valeur du coefficient de frottement (�) entre les surfaces des flancs du toc (30, 32) et de la cavité (34, 36). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la valeur de a est telle que sa tangente est proche du coefficient de frottement (�). 4. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel l'angle a d'inclinaison des tocs est tel que la tangente de cet angle est strictement supérieure à la valeur du coefficient de frottement (�) entre les surfaces des flancs du toc (30, 32) et de la cavité (34, 36). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les cavités (34, 36) coopérant avec les tocs (30, 32) présentent un profil complémentaire de celui des tocs, leurs flancs en contact avec les tocs (30, 32) étant inclinés d'un angle sensiblement égal à a. 6. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les tocs (30, 32) présentent un profil symétrique par rapport à l'axe (XX'), notamment un profil trapézoïdal. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque disque plan (261, 262, 263, 281, 282, 283) comportent plusieurs tocs (30, 32), angulairement répartis.