Brevet FR2922975A1 — publié le 20090501

Dispositif de synchronisation multi-cônes destiné à être monté sur un arbre d'une boîte de vitesses [0001]. L'invention concerne un dispositif de synchronisation multi-cônes destiné à être monté sur un arbre d'une boîte de vitesses. L'invention a notamment pour but d'améliorer le ressenti des changements de rapport de la boîte de vitesses en évitant les ruptures de couple. [0002]. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des boîtes de vitesses manuelles pilotées (BVMP) utilisées entre un dispositif de propulsion, tel qu'un moteur thermique ou une machine io électrique, et un organe à entraîner, tel que des roues de véhicule automobile ou de moto. [0003]. De manière connue, les rapports d'une boîte de vitesses sont formés chacun par une roue liée en rotation à un des arbres de la boîte de vitesses et un pignon fou monté sur un autre arbre. 15 [0004]. Des manchons de crabotage sont utilisés pour lier sélectivement les pignons fous à l'arbre sur lequel ils sont montés afin d'assurer un changement de rapport. [0005]. A cet effet, chaque manchon est lié en rotation à son arbre mais est mobile axialement pour permettre l'accrochage avec le pignon fou. On 20 parle de crabotage lorsque les crabots du manchon entrent en coopération avec un pignon fou de sorte qu'un rapport de vitesse est engagé, et de décrabotage lorsque les crabots du manchon se dégagent du pignon fou de sorte que le rapport est désengagé. [0006]. Ces manchons de crabotage intègrent généralement un 25 synchroniseur qui assure l'égalisation de vitesse, préalablement au crabotage, entre l'arbre et le pignon fou à craboter. A cet effet, le synchroniseur comporte des anneaux de friction superposés qui assurent une transmission de couple par frottement entre l'arbre et le pignon. Une telle pièce correspond en fait à un synchroniseur comportant une couronne de 30 crabots positionnée autour des différents cônes de friction. 2 [0007]. Les synchroniseurs connus comportent au maximum trois surfaces de frottement entre les cônes car il est très difficile d'augmenter la surface de frottement pour augmenter le couple transmis, sans augmenter considérablement l'encombrement de ces synchroniseurs. [0008]. L'invention se propose notamment d'augmenter la surface de frottement en ajoutant des cônes de friction tout en limitant l'encombrement du synchroniseur. [0009]. A cette fin, on dissocie la fonction de crabotage et la fonction de synchronisation. On supprime ainsi la couronne de crabots du synchroniseur io de sorte qu'il est possible d'ajouter des cônes de friction sans toutefois augmenter son encombrement d'origine. L'augmentation de la surface en frottement par ajout de cônes de friction permet d'augmenter le couple transmis lors du changement de rapport de vitesse. [00010]. La fonction de crabotage est alors assurée par ailleurs par des 15 crabots indépendants positionnés à côté des pignons fous. [00011]. L'invention permet ainsi, lors d'un changement de rapport de vitesses, de continuer à transmettre un couple important aux roues et également de synchroniser le régime de l'arbre sur lequel il est monté au régime cible du rapport à engager. 20 [00012]. L'invention peut être mise en oeuvre avec les boîtes de vitesse à un ou plusieurs arbres secondaires décrites dans les demandes de brevet françaises possédant le numéro de dépôt FR 07 58645 et FR 07 58648. [00013]. L'invention concerne donc un dispositif de synchronisation multicônes destiné à être monté sur un arbre d'une boîte de vitesses entre deux 25 pignons fous, comportant : - deux synchroniseurs montés sur un moyeu commun destiné à être lié en rotation audit arbre, - chaque synchroniseur comportant des cônes de friction empilés les uns sur les autres, ces cônes de friction étant positionnés entre le moyeu et le pignon 30 fou en regard duquel le synchroniseur est destiné à être positionné, 3 - chaque synchroniseur étant apte, lorsqu'il est déplacé axialement en direction d'un des pignons fous, à transmettre du couple par frottement, via les cônes de friction, entre ledit arbre et le pignon fou en direction duquel il est déplacé, caractérisé en ce que - les synchroniseurs sont dépourvus de dispositif d'accouplement entre l'arbre et les pignons fous et comportent chacun - au moins cinq cônes de friction de manière à présenter au moins quatre surfaces de frottement entre les cônes de friction. [00014]. Selon une réalisation, il comporte 8 cônes de friction de manière à io présenter 7 surfaces de frottement entre les cônes de friction. [00015]. Selon une réalisation, les cônes de friction sont liés en rotation alternativement au moyeu commun et au pignon fou auquel ils sont destinés à correspondre. [00016]. Selon une réalisation, chaque cône de friction est relié au moyeu 15 commun ou au pignon fou lui correspondant via des tocs, de sorte que les cônes de friction sont centrés par rapport à leur axe de rotation. [00017]. Selon une réalisation, pour chaque synchroniseur, le cône de friction de plus petit diamètre est lié en rotation au pignon fou en regard duquel le synchroniseur est destiné à être positionné. 20 [00018]. Selon une réalisation, le cône de friction de plus grand diamètre est lié en rotation au moyeu commun. [00019]. Selon une réalisation, il comporte un manchon positionné en périphérie des cônes de friction. [00020]. Selon une réalisation, l'agencement des tocs est tel que le 25 manchon est centré sur les cônes de friction de plus grand diamètre. [00021]. Selon une réalisation, le manchon est libre en rotation. 4 [00022]. Selon une réalisation, il est destiné à être monté sur un arbre primaire ou un arbre secondaire d'une boite de vitesses à un ou plusieurs arbres secondaires. [00023]. L'invention concerne en outre un ensemble de synchronisation et de crabotage monté sur un arbre de boîte de vitesses pour synchroniser et accoupler sélectivement ledit arbre avec deux pignons fous, caractérisé en ce qu'il comporte : - un synchroniseur selon l'invention positionné entre les deux pignons fous, ce synchroniseur assurant la synchronisation desdits pignons fous avec io l'arbre, et - deux manchons de crabotage positionnés à côté de chaque pignon fou, ces manchons de crabotage assurant de manière sélective l'accouplement entre l'arbre et un des pignons fous, - l'agencement du synchroniseur et des manchons de crabotage étant tel que 15 chaque pignon fou présente d'un côté le synchroniseur et de l'autre un manchon de crabotage. [00024]. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles 20 montrent : [00025]. Figure 1 : une vue en coupe d'un dispositif de synchronisation selon l'invention monté sur un arbre de boîte de vitesses ; [00026]. Figure 2 : une vue en trois dimensions d'un pignon fou et des cônes de friction qui lui sont associés dans le cadre du dispositif de 25 synchronisation selon l'invention. [00027]. La figure 1 montre une vue en coupe d'un arbre primaire 1 lié à un arbre secondaire 2 d'une boîte de vitesses via des engrenages formant des rapports de vitesse. Ces engrenages sont formés chacun par une roue 3.1, 3.2 liée en rotation à l'arbre 2 et un pignon 5.1, 5.2 fou monté sur l'arbre 1. 30 [00028]. Un dispositif 7 de synchronisation selon l'invention, formé de deux synchroniseurs 7.1, 7.2 symétriques par rapport à un plan médian, est monté sur l'arbre 1 entre les deux pignons fous 5.1, 5.2. [00029]. Par ailleurs, deux manchons de crabotage 8.1, 8.2 sont positionnés respectivement à côté des pignons fous 5.1, 5.2. Ces manchons 8.1, 8.2 sont liés en rotation à l'arbre 1 et sont susceptibles de se déplacer suivant l'axe de cet arbre. Ils comportent chacun une couronne de crabots 5 susceptibles d'entrer en coopération avec des dents des pignons 5.1, 5.2. [00030]. Chaque pignon fou 5.1, 5.2 présente ainsi d'un côté un synchroniseur 7.1, 7.2 assurant la synchronisation du pignon fou avec l'arbre 2 et de l'autre côté un manchon de crabotage 8.1, 8.2 assurant sélectivement l'accouplement d'un des pignons fous 5.1, 5.2 avec l'arbre 1. io [00031]. Plus précisément, les synchroniseurs 7.1, 7.2 comportent un moyeu commun 10 entraîné en rotation avec l'arbre 1 au moyen d'un jeu de cannelures. L'utilisation du moyeu commun 10 confère au synchroniseur une architecture compacte. [00032]. Chaque synchroniseur 7.1, 7.2 comporte des cônes de friction 12, 15 13 empilés les uns sur les autres et concentriques. Ces cônes 12, 13 sont positionnés entre le moyeu 10 et le pignon fou 5.1, 5.2 lui correspondant. [00033]. Ces cônes de friction 12, 13 sont liés en rotation alternativement au moyeu 10 et au pignon 5.1, 5.2 leur correspondant. Ainsi si les cônes 12.1, 13.1 sont liés en rotation au pignon fou, les cônes 12.2, 13.2 sont liés 20 en rotation au moyeu 10, et les cônes 12.3, 13.3 sont liés en rotation au pignon fou, et ainsi de suite... [00034]. A cet effet, les cônes de friction 12, 13 comportent des languettes (appelées tocs) disposées régulièrement sur le contour qui entrent en coopération avec des ouvertures correspondantes ménagées dans une face 25 radiale du moyeu 10 ou des pignons 5.1, 5.2 (suivant l'élément avec lequel le cône de friction est lié en rotation). [00035]. En outre, le cône 12.1, 13.1 de friction de plus petit diamètre est lié en rotation au pignon 5.1, 5.2 lui correspondant (ce cône pouvant être intégré ou non au pignon) et le cône 12.7, 13.7 de friction de plus grand diamètre est 30 lié en rotation au moyeu 10. 6 [00036]. Cet agencement permet ainsi d'avoir une reprise de l'effort axial par chaque pignon respectif car le sens de l'effort axial de synchronisation est toujours dirigé vers le pignon en le poussant. [00037]. Chaque synchroniseur comporte ici 8 cônes de friction de manière s à présenter 7 surfaces de frottement entre les cônes. Dans l'invention, on envisage l'utilisation d'au moins 5 cônes de friction de sorte que chaque synchroniseur présente au moins 4 surfaces de frottement. [00038]. En outre, un manchon 11 est positionné en périphérie des cônes de friction 12, 13. io [00039]. Sous l'action d'un effort axial exercé via le manchon 11 suivant la flèche A, le synchroniseur 7.1 entre en coopération avec le pignon 5.1. Sous l'action d'un effort axial exercé via le manchon 11 suivant la flèche B, le synchroniseur 7.2 entre en coopération avec le pignon 5.2. [00040]. Lorsqu'un synchroniseur 7.1, 7.2 est actionné, son entraînement 15 en rotation est tel que chaque face de frottement des cônes 12, 13 transmet du couple au pignon fou 5.1, 5.2 avec lequel il entre en coopération. [00041]. Une telle architecture permet, via un actionneur classique dimensionné de manière adéquate, de transmettre temporairement un couple important tout en garantissant une bonne maîtrise de ce couple. En 20 effet, la transmission axiale de l'effort de synchronisation est facilement contrôlable. [00042]. Par ailleurs, les languettes (tocs) qui relient les cônes de friction 12, 13 au moyeu 10 ou au pignon 5.1, 5.2 ont pour fonction de centrer ces cônes de friction 12, 13 par rapport à leur axe de rotation. Un tel agencement 25 permet au manchon 11 d'être centré sur les cônes de friction 12, 13 de plus gros diamètre, de sorte que le moyeu 10 peut être de petite épaisseur puisqu'il n'assure pas le guidage en translation du manchon 11. [00043]. Le manchon 11 n'est lié en rotation à aucune pièce mais pourrait en variante être lié en rotation soit au moyeu 10, soit aux cônes de friction 30 12, 13 présentant le plus grand diamètre. 7 [00044]. Par ailleurs, l'arbre 1 comporte des moyens d'arrêt 17 qui forment notamment des butées axiales pour les pignons fous 5.1 et 5.2. [00045]. Le dispositif de synchronisation 1 peut être utilisé avec une boîte de vitesses à un ou plusieurs arbres secondaires. Ce dispositif 1 peut alors être monté soit sur l'arbre primaire soit sur l'un des arbres secondaires de la boîte de vitesses. [00046]. Ce dispositif de synchronisation est tel qu'il est possible de le positionner entre un rapport maximal et un rapport intermédiaire de la boîte de vitesses. Ce dispositif peut alors assurer seul la transmission d'un couple io lors d'un changement de rapport de vitesse sans ruptures de couple. [00047]. La figure 2 montre une vue détaillée du pignon 5.1 et des cônes de friction 12.1-12.8, ici au nombre de 8, qui lui sont associés. [00048]. Plus précisément, ces cônes 12.1-12.8 présentent chacun des languettes 19 rectangulaires (ou tocs) disposées régulièrement sur leur 15 contour. Ici chaque cône comporte trois tocs espacés entre eux sensiblement de 120 degrés. [00049]. Afin que ces cônes 12 soient entraînés alternativement en rotation par le pignon 5.1 et le moyeu 10, les tocs 19.1, 19.3, 19.5 et 19.7 appartenant respectivement aux cônes 12.1, 12.3, 12.5, 12.7 sont destinées 20 à entrer en coopération avec des ouvertures ménagées dans un paroi radiale du moyeu 10 (non représentées). Tandis que les tocs appartenant aux cônes 12.2, 12.4, 12.6 et 12.8 entrent en coopération avec des ouvertures complémentaires ménagées dans une paroi radiale du pignon 5.1. 25 REVENDICATIONS 1. Dispositif de synchronisation (7) multi-cônes destiné à être monté sur un arbre (1) d'une boîte de vitesses entre deux pignons fous (5.1, 5.2), comportant : - deux synchroniseurs (7.1, 7.2) montés sur un moyeu (10) commun destiné à être lié en rotation audit arbre (1), - chaque synchroniseur (7.1, 7.2) comportant des cônes de friction (12, 13) empilés les uns sur les autres, ces cônes de friction (12, 13) étant io positionnés entre le moyeu (10) et le pignon fou (5.1, 5.2) en regard duquel le synchroniseur est destiné à être positionné, - chaque synchroniseur (7.1, 7.2) étant apte, lorsqu'il est déplacé axialement en direction d'un des pignons fous (5.1, 5.2), à transmettre du couple par frottement, via les cônes de friction (12, 13), entre ledit arbre (1) 15 et le pignon fou (5.1, 5.2) en direction duquel il est déplacé, caractérisé en ce que - les synchroniseurs (7.1, 7.2) sont dépourvus de dispositif d'accouplement entre l'arbre (1) et les pignons fous et comportent chacun - au moins cinq cônes de friction (12, 13) de manière à présenter au 20 moins quatre surfaces de frottement entre les cônes de friction. 2. Dispositif de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte 8 cônes de friction de manière à présenter 7 surfaces de frottement entre les cônes de friction. 3. Dispositif de synchronisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les cônes de friction (12, 13) sont liés en rotation alternativement au moyeu commun (10) et au pignon fou (5.1, 5.2) auquel ils sont destinés à correspondre. 30 4. Dispositif de synchronisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque cône de friction (12, 13) est relié au moyeu commun (10) ou au pignon fou (5.1, 5.2) lui correspondant via des tocs (19), de sorte que les cônes de friction (12, 13) sont centrés par rapport à leur axe de rotation. 35 5 20 . Dispositif de synchronisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour chaque synchroniseur (7.1, 7.2), le cône de friction (12.1, 13.1) de plus petit diamètre est lié en rotation au pignon fou (5.1, 5.2) en regard duquel le synchroniseur est destiné à être positionné. 6. Dispositif de synchronisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cône de friction (12.6, 13.6) de plus grand diamètre est lié en rotation au moyeu commun (10). io 7. Dispositif de synchronisation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon (11) positionné en périphérie des cônes de friction (12, 13). 8. Dispositif de synchronisation selon les revendications 4 et 7, 15 caractérisé en ce que l'agencement des tocs (19) est tel que le manchon (11) est centré sur les cônes de friction (12.6, 13.6) de plus grand diamètre. 9. Dispositif de synchronisation selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le manchon (11) est libre en rotation. 10. Dispositif de synchronisation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est destiné à être monté sur un arbre primaire ou un arbre secondaire d'une boite de vitesses à un ou plusieurs arbres secondaires. 25 11. Ensemble de synchronisation et de crabotage monté sur un arbre (7) de boîte de vitesses pour synchroniser et accoupler sélectivement ledit arbre (7) avec deux pignons fous (5.1, 5.2), caractérisé en ce qu'il comporte : - un synchroniseur (7) défini selon l'une des revendications 1 à 9 30 positionné entre les deux pignons fous (5.1, 5.2), ce synchroniseur (7) assurant la synchronisation desdits pignons fous (5.1, 5.2) avec l'arbre (7), et - deux manchons de crabotage (8.1, 8.2) positionnés à côté de chaque pignon fou (5.1, 5.2), ces manchons de crabotage (8.1, 8.2) assurant de manière sélective l'accouplement entre l'arbre (7) et un des pignons fous 35 (5.1, 5.2),10 - l'agencement du synchroniseur (7) et des manchons de crabotage (8.1, 8.2) étant tel que chaque pignon fou (5.1, 5.2) présente d'un côté le synchroniseur (7) et de l'autre un manchon de crabotage (8.1, 8.2).