Brevet FR2937699A1 — publié le 20100430

DISPOSITIF DE COUPLAGE PAR CONES DE FRICTION POUR BOITE DE VITESSES AVEC ANNEAU INFERIEUR CENTRE S LE MOYEU La présente invention se rapporte aux synchroniseurs pour boîte de vitesses mécanique ou robotisée. Plus précisément, elle concerne dispositif de couplage d'un pignon fou avec un arbre de boîte de vitesses comportant un moyeu fixe sur ledit arbre, un baladeur de type roulement libre en rotation sur le moyeu, et des moyens de couplage entre le moyeu et le pignon, propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre et du pignon, et transformer le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale sur le pignon, de façon à transmettre eux-mêmes par friction le couple, entre le moyeu et le pignon. Par la publication FR 2 900 997, on connaît un synchroniseur de type particulier, dit à �cônes de frottement auto-bloquants�, le baladeur ne présente pas de denture de crabotage, mais où les anneaux de couplage transforment le mouvement de rotation reçu du moyeu, en poussée axiale contre un pignon, de façon à transmettre eux-mêmes le couple moteur entre le moyeu et le pignon, en exerçant sur celui-ci une pression constante. Toutefois, ce type de dispositif de couplage, tout comme les synchroniseurs, développe pendant la phase de glis- sement, dite de synchronisation, un couple instable de type oscillant. Le couple varie selon un motif qui se répète tous tours. Les causes de ce phénomène sont multiples : dé- fauts géométriques de surfaces coniques, défauts d'axialité 30 des anneaux coniques, mise en biais. Tant que ces oscilla- tions de couple sont générées par un synchroniseur délivrant faible couple et avec une chaîne cinématique ouverte (em- brayage ouvert), elles restent sans effet sur la prestation de passage des vitesses. Elles ne sont donc pas perçues dans 35 l'habitacle du véhicule, et n'occasionnent aucun désagrément pour les usagers. En revanche, lorsque ces oscillations sont - 2 - générées par un dispositif de couplage puissant, du type cou-pleur conique auto-assisté, délivrant un couple élevé dans une chaîne cinématique fermée (embrayage principal fermé), lors d'un changement de rapport sous couple, la pertur- bation dans la chaîne cinématique est telle, qu'un bourdonne-ment fugace est perçu dans l'habitacle. Les synchroniseurs muni-cônes, ainsi que le dispositif de couplage illustré par la publication citée ci-dessus, ont en commun une faiblesse dans le guidage des composants, no- tamment lorsque le cône inférieur est porté par le pignon fou, ou est guidé de manière approximative (dit flottante). A partir de cet appui central, les autres anneaux se centrent les uns sur les autres par leurs surfaces coniques, les uns étant entraînés par le pignon, les autres par le moyeu. Les anneaux reçoivent par ces liens, des sollicitations, qui perturbent la qualité du contact des surfaces coniques. De plus, au cours de la synchronisation, le couple développé par le coupleur conique est transmis au pignon fou, et à sa denture hélicoïdale celle-ci crée un effort axial déporté et donc un couple de basculement selon un mouvement tournant. Par son mouvement oscillant autour de son axe (inclinaison relative cyclique des axes de rotation), le pignon perturbe le frotte-ment des anneaux. Cette perturbation est susceptible de provoquer un effet oscillant sur le couple transmis. La présente invention vise à réduire le nitr u d'oscillation de couple d'un coupleur conique, pendant a phase de synchronisation. Dans ce but, elle propose que les moyens de couplage soient entièrement centrés sur le moyeu. Ainsi, le cône pré- cédemment porté et centré sur le pignon, et solidaire de ce dernier, devient un anneau inférieur bas, centré sur le moyeu, et entraîné en rotation par ce dernier. Les moyens de couplage comprennent un anneau inférieur qui est centré sur le moyeu, et entraîné en rotation par ce-35 lui-ci. Cette première disposition réduit niveau d'oscillation de couple du coupleur conique pendant la phase de synchronisation. En effet, il faut que les moyens de cou-plage soient entièrement centrés sur le moyeu. Ainsi, le cône précédemment porté et centré sur le pignon et solidaire de ce dernier, devient anneau inférieur centré sur le moyeu, et entraîné en rotation par ce dernier. Toutefois, pour atteindre un niveau d'oscillation très faible et sans conséquence sur la prestation, il est souhaitable que l'anneau inférieur ait les degrés de liberté de mouvements radiaux et axiaux par rapport au moyeu, pour rattraper des défauts de coaxialité engendrés par l'empilage des anneaux, ou la mise en biais de l'ensemble des anneaux par l'anneau supérieur lorsque ce dernier est entraîné par le moyeu par l'intermédiaire de rampes imparfaites. Les moyens de centrage de l'anneau inférieur sont donc contitués par une bague cylindrique de centrage, disposée entre le moyeu et l'anneau inférieur. Cette bague possède par exemple des languettes élasti- 20 quel réparties régulièrement sur sa surface extérieure, de manière à assurer, en plusieurs points de l'anneau inférieur, une poussée radiale de rappel sur celui-ci. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de couplage comprennent un anneau supérieur en- 25 traîné par le moyeu, un anneau intermédiaire haut entraîné par un flasque solidaire du pignon, un anneau intermédiaire bas entraîné par le moyeu, un anneau inférieur haut entraîné par le flasque , et un anneau inférieur bas entraîné par le moyeu. 30 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue partielle en coupe d'une 35 boite de vitesses équipée de coupleurs coniques en position repos, - 4 - figure 2 est une vue axonométrique d'une bague fer-niée, figure 3 est une vue axonométrique d'une bague ou-verte, - la figure 4 est une vue partielle de bague mise à plat (ou dépliée), la figure 5 est une vue en coupe de bague place dans l'anneau inférieur, et la figure 6 est une vue en coupe selon A-A de bague en place entre le moyeu et l'anneau inférieur. Sur la figure 1, on a représenté, dans carter 1, l'extrémité d'un arbre primaire 2 de boîte de vitesses, supporté dans ce carter par des roulements 3. L'arbre 2 porte au moins deux pignons fous 4, séparés par un dispositif de cou- plage double, comportant deux groupes de moyens de couplage coniques symétriques Il, 12, 14, 16, 17, associés chacun à pignon fou. Le dispositif de couplage comporte deux moye 6 séparés sur l'arbre, chaque moyeu 6 supportant un groupe de moyens de couplage. Les deux groupes de moyens de couplage sont actionnés par la même fourchette de commande 7. Le dispositif de couplage d'un pignon fou avec arbre de boite de vitesses illustré par la figure 1 comporte donc deux moyeux fixes 6 sur l'arbre 2, baladeur de type roulement libre 9, en rotation sur les moyeux 6, deux groupes de moyens de couplage 11, 12, 14, 16, 17, entre le baladeur 9 et chaque pignon 4. Ces moyens sont propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre 2 et d'un pignon 4, et à transformer le mouvement de rotation reçu du moyeu 6 en poussée axiale sur un pignon 6, de façon à transmettre eux- mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon, grâce à des rampes de transformation du couple en poussée axiale (non représentées) selon la technologie de � coupleur conique illustrée notamment par publication FR 2 900 997. Les moyens de couplage de chaque partie, groupe couplage, du dispositif, sont les suivants. - 5 - anneau supérieur 11 entraîné par un moyeu 6, un anneau intermédiaire haut 12, entraîné par un flasque 13 solidaire du pignon 4, anneau intermédiaire bas 14, entraîné par moyeu 6, 5 par l'intermédiaire de l'anneau inférieur bas, , anneau inférieur haut 16, entraîné par le 'asque 13, anneau inférieur bas 17, entraîné par un moyeu 6, dont l'entraînement peut être réalisé par les mêmes rampes l'anneau supérieur 11 : l'anneau inférieur 17 est donc porté par un moyeu 6, et entraîné en rotation par celui-ci. Ces moyens de couplage 11, 12, 14, 16, 17, présentent quatre surfaces de couplage conique. Selon la disposition non limitative de la figure 1, certaines faces sont revêtues de matériau de friction 18, par exemple la face supérieure de 15 l'anneau intermédiaire haut 12, la face supérieure de l'anneau intermédiaire bas 14, et les deux faces de l'anneau intermédiaire bas 16. L'anneau supérieur 11 applique sur les autres anneaux un effort presseur, composé d'un effort extérieur apporté par la 20 fourchette 7, et d'un effort induit élevé, par le contact dans les lans inclinés de rampes d'assistance (non représentées), conformes à la technologie des coupleurs coniques. Ces rampes donnent toutefois une position imparfaite à l'anneau supérieur 11, par mauvais centrage et mise en biais de celui- 25 ci. Or l'anneau supérieur 11 détermine la position des autres anneaux. Grâce à leurs surfaces d'appui coniques, les anneaux intermédiaires 12, 14, et l'anneau inférieur haut 16, trou-vent leur place par rapport à l'anneau supérieur 11. En revanche, l'anneau inférieur bas 17 doit se positionner par rapport au moyeu 6. Pour permettre ce positionnement, on prévoit donc d'introduire un élément intermédiaire élastique entre l'anneau inférieur 17 et le moyeu 6, tel qu'une bague élastique cylindrique 19, pour assurer l'appui cylindrique de l'anneau 17 en dépit de ses défauts de position ra- 35 diale autour du moyeu 6. L'anneau inférieur bas 17 est ainsi porté sur le moyeu 6 par l'intermédiaire de la bague élasti- - que cylindrique de centrage 19, qui lui procure degré de liberté dans les mouvements radiaux. 11 peut ainsi être centré sur le moyeu 6. De préférence, mais non obligatoirement, la bague 19 est métallique. Conformément à la figure 2, la bague 19 peut être fermée. Conformément à la figure elle peut aussi présenter une ouverture 19b. La bague possède des languettes élastiques 19a réparties régulièrement sur sa surface extérieure, par exemple selon la disposition non limitative, illustrée par la figure 4. Une telle disposition alternée des languettes 19a est propre à assurer plusieurs points de l'anneau inférieur 17 une poussée radiale de rappel, � précharge sur celui-ci. Sur la figure 5, la bague 19 est en place entre l'anneau inférieur et le moyeu, et la languette 19a est pré chargée. Sur figure 6, la bague 19 est en place entre le moyeu l'anneau inférieur, et la languette 19a est libre. En résumé, la bague 19 est centrée sur un des éléments de couplage du dispositif. Dans l'application non limitative de l'invention illustrée par la figure 1, les languettes autorisent les déplacements radiaux de l'anneau inférieur dans toutes les directions et selon une course limitée, et languettes 19a exercent, grâce à leur raideur, une force de rappel et donc de centrage, de cet anneau IV. Par ailleurs, l'anneau inférieur bas 17 est retenu 25 axialement sur le moyeu 6 par un anneau d'arrêt 23 sur celui-ci formant butée. On prévoit également une rondelle, ou cale de réglage 22, dont l'épaisseur détermine la course d'ouverture des moyens de couplage. La rondelle 22 peut être disposée entre l'anneau inférieur bas 17 et son anneau 30 d'arrêt 23. Enfin, une rondelle d'appui élastique type rondelle Belleville 21 est également prévue, pour rattraper la mise en biais. L'anneau inférieur bas 17 prend appui sur l'anneau 23 par l'intermédiaire de la cale de réglage 22 de la rondelle élastique 21 plaquée contre celle-ci. Il est 35 poussé en position d'ouverture du dispositif de couplage par ressort d'ouverture 24. L'anneau inférieur 17 étant retenu axialement par le moyeu, les efforts axiaux générés par l'auto-assistance sont repris par cette butée. La boucle des efforts d'auto-assistance ne passe donc pas par le pignon fou 4, mais seule-ment par le moyeu 6. Enfin, l'anneau inférieur bas 17 étant indépendant du pignon 4, il n'est pas perturbé par les mouvements s'oscillation de ce dernier. Dans le but de faciliter le montage et le réglage de la course d'ouverture et le montage dans la boîte de vitesses, I0 le dispositif de couplage proposé présente deux moyeux 6 séparés : chaque groupe de moyens de couplage 11, 12, 14, 16, 17, dispose ainsi de son propre moyeu 6, qu'il ne partage pas avec le deuxième groupe de moyen de couplage du dispositif. Cette disposition facilite considérablement le montage et le 15 réglage du dispositif, en autorisant un préassemblage des moyens de couplage sur leur moyeu, avant la mise en place de l'ensemble sur l'arbre 2 de la boîte. En conclusion, le dispositif de couplage décrit ci-dessous présente de nombreux avantages. Parmi ceux-ci, il 20 faut souligner le fait que l'anneau inférieur bas a les de-grés de liberté de mouvements radiaux et axiaux par rapport au moyeu, ce qui permet de remédier aux défauts de coaxiali- ', engendrés par l'empilage des anneaux, et de rattraper la mise en biais des anneaux, notamment lorsque l'anneau supé- 25 rieur est entraîné par le moyeu par l'intermédiaire de rampes imparfaites. La présente invention permet de réduire le niveau d'oscillation de couple du coupleur conique pendant la phase de synchronisation. Ce résultat est obtenu en premier lieu 30 par disposition de l'anneau intérieur sur le moyeu, mais aussi grâce à la bague élastique entre le moyeu et l'anneau inférieur, et grâce à la rondelle élastique d'appui sur son anneau d'arrêt. Revendications1. Dispositif de couplage d'un pignon fou (4) avec un arbre (2) de boîte de vitesses comportant au moins un moyeu fixe (6) sur ledit arbre, un baladeur (11) de type roulement libre en rotation sur le moyeu (6), et des moyens de couplage (11, 12, 14, 16, 17) entre le moyeu (6) et le pignon (4), propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre (2) et du pignon (4) et à transformer le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale sur le pignon (4) de façon à transmettre eux-mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon, caracérisé en ce que les moyens de couplage comprennent un anneau inférieur (17) qui est centré par un moyeu (6) et entraîné en rotation par celui-ci. 2. Dispositif de couplage slon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une bague cylindrique de centrage (19) disposée entre le moyeu (6) et l'anneau inférieur (17). 3. Dispositif de couplage selon la revndication 2, caractérisé en ce que la bague (19) possède des languettes élastiques (19a) réparties régulièrement sur sa surface extérieure, de manière à assurer en plusieurs points de l'anneau inférieur {17) une poussée radiale de rappel sur celui-ci. 4. Dispositif de couplage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la bague est fermée. 5. Dispositif de couplage selon la revendiction 2 ou 3, caractérisé en ce que la bague est ouverte. 6. Dispositif de couplage selon l'une des revendictions 2 à 5, caractérisé en ce que la bague (19) est métallique. 7. Dispositif de couplage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de couplage (1l, 12, 14, 16, 17) comprennent un anneau supérieur (11) entraîné par le moyeu (6), un anneau intermédiaire haut (12) entraîné par un flasque (13) solidaire du pignon (4), un anneau intermédiaire bas (14) entraîné par le moyeu, un anneau inférieur haut {16)entraîné par flasque (13), et un anneau inférieur bas {17) entraîné par le moyeu (6). 8. Dispositif de couplage s n l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau inférieur bas 5 (17) est retenu axialement sur le moyeu par un anneau d'arrêt {23) sur celui-ci. 9. Dispositif de couplage selon revendication 7, caractérisé en ce qu'il présente une rondelle de réglage (22) dont l'épaisseur détermine la course d'ouverture des moyens 10 de couplage (Il, 12, 14, 16, 17), qui est disposée entre l'anneau inférieur bas (17) et son anneau d'arrêt (23). 10. Dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux moyeux 6 séparés l'arbre supportant deux groupes de 15 moyens de couplage (Il, 12, 14, 16, 17), associés chacun à un pignon fou (4). 20 25