Brevet FR3010476A1 — publié le 20150313

MARCHE ARRIERE DE BOITE DE VITESSES DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC FREIN D'ARBRE PRIMAIRE L'invention a trait au domaine des transmissions, plus particulièrement aux boîtes de vitesses des véhicules automobiles. Plus particulièrement encore, l'invention a trait à la marche arrière de boîtes de vitesses notamment de véhicules automobiles. Les boîtes de vitesses, plus particulièrement les boîtes manuelles ou robotisées, comprennent habituellement un arbre primaire animé par le moteur et un arbre secondaire entrainant les roues du véhicule. Ces deux arbres supportent des paires de roues dentées, habituellement à denture hélicoïdale, correspondant aux différents 10 rapports de transmission selon les différents diamètres des roues. Les roues de chacune des paires peuvent en effet être solidarisées à leurs arbres respectifs, et ce de manière sélective selon le rapport à engager, au moyen de synchroniseurs et de crabots. Au moins une des roues de chacune des autres paires peut alors tourner librement sur son arbre. Pour la marche arrière, un troisième axe est habituellement 15 prévu, cet axe supportant une roue dentée de marche arrière, apte à engager avec une roue dentée de chacun des arbres primaire et secondaire, inversant ainsi le sens de rotation de l'arbre secondaire. Un synchroniseur de marche arrière peut être prévu mais impose que la ou les roues de marche arrière engrène(nt) en permanence avec les roues dentées correspondantes sur les arbres primaire et 20 secondaire. Une marche arrière avec synchroniseur rend par conséquent la boîte de vitesse plus complexe et est habituellement réservée aux modèles de véhicule haut de gamme. Alternativement, la marche arrière peut être non synchronisée, à savoir que la roue dentée sur l'axe intermédiaire est mobile le long de l'axe via un baladeur de manière à engrener de manière sélective avec une roue dentée de l'arbre 25 secondaire tout en restant engrenée avec une roue dentée de l'arbre primaire. Il est alors utile de pouvoir arrêter la rotation de l'arbre primaire et de la roue dentée de marche arrière sur l'axe intermédiaire avant d'engager la marche arrière, l'arbre secondaire étant habituellement à l'arrêt. Le document de brevet publié US 8,322,243 B2 divulgue un dispositif de freinage de 30 roue dentée de marche arrière par rapport à son axe. Le dispositif consiste essentiellement en un système complexe avec une bague formant une surface de friction conique coopérant avec la roue dentée et avec des dents coopérant avec des rainures longitudinales formées sur la surface extérieure de l'axe. Essentiellement, le déplacement axial de la roue dentée via, par exemple, une fourchette de commande, a pour effet d'amener lesdites dents en contact avec des butées inclinées des rainures, la bague se voyant alors retenue axialement, ce qui a alors pour effet de mettre en pression sa surface conique avec une surfacé correspondante de la roue dentée, produisant ainsi le ralentissement de la roue dentée. Les dents peuvent ensuite se déplacer par glissement le long des butées inclinées, pour continuer leur course dans des prolongations de rainures, relâchant alors l'effort de freinage sur la roue dentée. Ce dispositif est intéressant mais présente toutefois une certaine complexité de construction, notamment au niveau de l'axe. Le document de brevet publié US 2002/0170372 Al divulgue, similairement au document précédent, un dispositif de freinage de l'arbre primaire d'une boîte de vitesses de véhicule automobile, comprenant un axe fixe sur lequel est montée libre en rotation une première roue dentée avec un cône de friction. L'axe en question supporte également une deuxième roue dentée libre en rotation et coulissante, destinée à engrener lors de son déplacement en coulissement avec une roue dentée de l'arbre primaire et une roue dentée de l'arbre secondaire en vue de réaliser la marche arrière. Pour arrêter la rotation de l'arbre primaire, le dispositif comprend deux leviers en forme de demi-cercle disposés dans un manchon coulissant supportant la deuxième roue dentée. Un cône de friction fixe en rotation est disposé en face du cône de friction de la première roue dentée. Lors du déplacement du manchon baladeur en vue d'engrener la deuxième roue dentée avec les arbres primaire et secondaire, les leviers sont commandés et déplacent le cône de friction fixé en rotation, ce qui ralentit et arrête l'arbre primaire via la première roue dentée de l'axe de marche arrière. Au-delà d'une position axiale prédéterminée du baladeur, correspondant à une position où l'arbre primaire doit être en principe arrêté, les leviers reviennent à leur position initiale et relâchent la pression entre les deux cônts de friction. Similairement à l'enseignement précédent, ce dispositif est intéressant mais présente toutefois une certaine complexité de construction. Le document de brevet publié US 2011/0226076 A divulgue un dispositif de marche arrière synchronisée. L'arbre primaire supporte de manière tournante et coulissante une roue dentée de marche arrière, engrenant avec une roue dentée intermédiaire non représentée. Des moyens de synchronisation ainsi qu'un crabot sont prévus entre l'arbre et la roue dentée. Lors de l'engagement de la marche arrière, la roue dentée est déplacée le long de l'arbre primaire via une fourchette de commande. Ce mouvement a pour effet de mettre en contact les moyens de synchronisation avec la roue dentée, permettant ainsi de rapprocher les vitesses de rotation de l'arbre primaire et de la roue. Le crabot est ensuite engagé de manière à permettre la transmission de couple de l'arbre primaire à la roue dentée de marche arrière. En référence à la discussion générale précédente relative aux marches arrière, cet enseignement a trait à une marche arrière synchronisée, de construction plus complexe qu'une marche arrière non synchronisée. L'invention a pour objectif de proposer un dispositif de transmission palliant au moins un des problèmes de l'art antérieur sus mentionné. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de proposer un dispositif de marche arrière qui soit de construction simple, économique et performante. L'invention a pour objet une transmission mécanique comprenant: un carter; un axe supporté par le carter; une roue dentée montée tournante et coulissante sur l'axe; des moyens d'arrêt en rotation de la roue dentée lors de son coulissement le long de l'axe; remarquable en ce que les moyens d'arrêt comprennent: une surface de contact circulaire extérieure liée à la roue dentée; et un élément de freinage, avec une surface en arc de cercle épousant la surface de contact circulaire de la roue dentée et comprenant des moyens de glissement et/ou de roulement avec ladite surface dans la direction de coulissement et de friction dans la direction de rotation. L'arc de cercle peut s'étendre sur un secteur compris entre 20° et 90°, préférentiellement entre 45° et 90°. L'élément de freinage est généralement fixe par rapport au carter de la transmission. Selon un mode avantageux de l'invention, les moyens de glissement et/ou roulement dans la direction de coulissement et de friction dans la direction de rotation comprennent des rouleaux disposés le long de l'arc de cercle, les axes de rotation desdits rouleaux étant généralement parallèles à des tangentes correspondantes à l'arc de cercle. Selon un mode avantageux de l'invention, les rouleaux sont logés dans des cavités formées dans la surface en arc de cercle de l'élément de freinage. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface de contact circulaire extérieure de la roue dentée est généralement lisse et cylindrique. Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément de freinage est soutenu via des moyens élastiques de manière mobile dans une rainure fixe par rapport au carter, la rainure étant préférentiellement généralement perpendiculaire à l'axe. L'élément de freinage est mobile dans une direction essentiellement radiale par rapport à l'axe. Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément de freinage et la rainure décrivent un arc de cercle, les moyens élastiques étant répartis le long dudit arc entre le fond de la rainure et la face de l'élément de freinage en vis-à-vis dudit fond. Selon un mode avantageux de l'invention, l'élément de freinage est configuré pour pouvoir se déplacer le long de la rainure contre un effort de rappel élastique sous l'effet de friction avec la surface de contact circulaire, ledit déplacement étant préférentiellement excentré par rapport à ladite surface de sorte à exercer une pression sur ladite surface, qui est croissante avec ledit déplacement. Selon un mode avantageux de l'invention, la rainure est formée dans le carter. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface de freinage est la surface extérieure d'un disque rapporté sur la roue dentée. Selon un mode avantageux de l'invention, la transmission comprend un arbre primaire et un arbre secondaire, la roue dentée étant une roue dentée de marche arrière, et préférentiellement ladite roue engrenant avec une roue dentée de l'arbre primaire et étant apte à engrener avec une roue dentée de l'arbre secondaire par le mouvement de translation. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles assurent une mise à l'arrêt d'une roue dentée, en l'occurrence d'une roue dentée de marche arrière et de l'arbre primaire qui est lié en rotation avec ladite roue, et ce de manière simple et économique. Elles évitent de prévoir un système de billage supplémentaire (système d'arrêt élastique au moyen d'une bille soumise à un effort élastique dans une cavité d'un premier élément et coopérant avec un creux sur un deuxième élément) pour un synchroniseur. Elles n'ont aucun impact sur les rapports de marche avant et permettent par conséquent de conserver l'agrément et la facilité de passage des rapports de marche avant. Elles permettent également un réglage aisé de l'efficacité du dispositif de freinage et de l'effort de passage de la marche arrière qui en résulte. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une illustration d'une partie des éléments mobiles d'une transmission conforme à l'invention ; - La figure 2 est une illustration de détail d'un dispositif de freinage de l'arbre primaire de la transmission de la figure 1 ; - La figure 3 est une illustration de détail du carter de la transmission des figures 1 et 2 ; - La figure 4 est une vue en coupe de la transmission des figures 1 à 3 en position neutre ou en marche avant ; - La figure 5 est une vue en coupe de la transmission des figures 1 à 3, similaire à la figure 4, à une première étape du passage de marche arrière ; - La figure 6 est une vue en coupe de la transmission des figures 1 à 3, similaire aux figures 4 et 5, à une deuxième étape du passage de marche arrière ; - La figure 7 est une vue en coupe de la transmission des figures 1 à 3, similaire aux figures 4 à 6, la marche arrière étant engagée. Les figures 1 à 3 illustrent une transmission avec un dispositif de marche arriérè conforme à l'invention. Plus particulièrement, la figure 1 est une vue d'une partie des composants mobiles de la transmission 2. En l'occurrence, il s'agit d'une boîte de vitesses manuelle de véhicule automobile. La transmission 2 comprend un arbre primaire 4 animé en rotation par le moteur (non représenté) du véhicule et comportant plusieurs roues dentées 6, 8 et 10, et un arbre secondaire 12 comportant lui aussi des roues dentées (partiellement représentées) engrenant avec les roues dentées de l'arbre primaire et aptes à être solidarisées de manière sélective avec l'arbre secondaire selon les différents rapports de marche avant de la boîte de vitesses et de manière bien connue en soi de l'homme de métier. La transmission 2 comprend également un axe intermédiaire 16 supportant une roue dentée 18 de marche arrière. Cette roue dentée 18 est montée libre en rotation et apte à coulisser axialement via un baladeur. Elle peut engrener avec la roue dentée 6, fixe avec l'arbre primaire, sur toute sa course axiale. Elle est destinée à engrener avec la roue dentée 14 sur l'arbre secondaire 4 lorsqu'elle est déplacée axialement en position de marche arrière, en l'occurrence vers la droite à la figure 1. La roue dentée 14 de l'arbre secondaire est préférentiellement liée en rotation de manière permanente avec son arbre. Les roues dentées 6, 14 et 16 présentent de manière préférentielle des dentures droites, favorisant leur engrènement lors du mouvement coulissant de la roue 18 et évitant la génération d'efforts axiaux susceptibles de perturber le positionnement axial de la roue 18. L'axe intermédiaire peut être fixe (en translation et rotation) par rapport au carter de la transmission. Une portion du carter 24 supportant une extrémité de l'axe est illustrée à la figure 1. La roue dentée 18 comprend un disque 20 avec une surface généralement cylindrique. Le disque 20 peut être rapporté sur la roue dentée 18. La transmission 2 comprend également un élément de freinage 22 monté sur le carter (non représenté à la figure 1) de la transmission et apte à coopérer avec la surface extérieure du disque en vue de freiner la rotation de la roue dentée 18 et de l'arbre primaire 4 avant engagement de la dite roue 18 avec la roue 14 de l'arbre secondaireil. La figure 2 est une illustration de détail des moyens d'arrêt en rotation de la roue dentée 18 de marche arrière. Cette vue illustre le carter qui n'est pas représenté à la figure 1. Il s'agit par ailleurs d'une vue en coupe dans le carter selon un plan généralement parallèle au plan moyen du disque 20. On peut observer à la figure 2 que l'élément de freinage 22 présente une forme courbe correspondant essentiellement à un arc de cercle. L'arc de cercle peut s'étendre sur un secteur compris entre 20° et 90°, préférentiellement entre 45° et 90°. Il est logé dans une cavité 26 de forme correspondante du carter 24. Cette cavité correspond à une fente ou rainure pratiquée dans une portion courbe du carter 24. L'élément de freinage 22 est soutenu par des ressorts de compression 30 disposés entre le fond de la cavité 26 et la surface de l'élément qui est en vis-à-vis dudit fond. Ces moyens élastiques permettent à l'élément 22 d'être mobile selon une direction radiale. La cavité 26 présente des butées longitudinales 28 et 32 de l'élément de freinage 22. L'une de ces butées 32 peut être formée intégralement dans le carter 24, et l'autre 28 peut être rapportée de manière à permettre la mise en place de l'élément de freinage 22 dans sa cavité 26. Un ou plusieurs ressorts 34 peuvent être disposés au niveau d'une des butées de l'élément de freinage, préférentiellement au niveau de la butée 32 contre laquelle l'élément de freinage 22 exerce un effort lorsqu'il freine la rotation du disque 20. Plus précisément, un ressort de compression 34 est disposé entre les faces de contact respectives de la butée 32 et de l'élément de freinage. En référence à la figure 2, la rotation du disque est dans le sens horloger. Le fonctionnement de base du dispositif d'arrêt est le suivant. Lors du déplacement en coulissement le long de son axe d'une roue dentée potentiellement en mouvement rotatif, la surface extérieure du disque 20 lié rigidement à la roue dentée vient en contact avec la surface en arc de cercle de l'élément de freinage 22. Ce dernier exerce une pression au niveau du contact avec le disque, ce qui a pour effet de générer des efforts de friction et, partant, des efforts de freinage de la roue dentée et du disque. Ces efforts de pression et de friction ne sont présents que lorsque le disque coopère avec l'élément de freinage. Ces efforts sont par conséquent temporaires et disparaissent lorsque le disque 20 passe outre l'élément de freinage 22 lors du mouvement de coulissement de la roue dentée. L'élément de ireinage 22 peut comprendre des rouleaux 36 logés dans des cavités formées sur sa surface en vis-à-vis de la surface de contact du disque. Ces rouleaux 36 sont orientés de manière à ce que leurs axes de rotation correspondent, ou du moins soient parallèles, à la tangente au profil circulaire de la surface en question de l'élément de freinage 22. Lors de l'engagement de la marche arrière de la transmission, la composante axiale du déplacement du disque 20 déplace la surface extérieure du disque par roulement sur les rouleaux 36 en rotation. A l'inverse, la composante rotationnelle du disque 20 génère un mouvement de friction de la surface de contact du disque avec les rouleaux 36, ce mouvement étant généralement aligné avec les axes de rotation desdits rouleaux 36. Les rouleaux sont préférentiellement logés sur un peu plus de la moitié de leur diamètre dans des cavités de l'élément de freinage. L'ouverture de ces cavités peut être refermée, après insertion des rouleaux, par déformation plastique de manière à empêcher la sortie desdits rouleaux 36 de leurs cavités. L'huile de lubrification de la transmission assure un mouvement de rotation satisfaisant des rouleaux dans leurs cavités. Il à noter que d'autres moyens aptes à favoriser le déplacement axial du disque et à freiner sa rotation peuvent être prévus. A titre d'exemple, des rainures orientées axialement peuvent être prévues. Ces rainures vont alors former des arêtes essentiellement axiales susceptibles de favoriser les efforts de friction avec la surface de contact du disque. La figure 3 illustre le carter de la transmission des figures 1 et 2, plus précisément la portion de carter 24 supportant les moyens d'arrêt en rotation de la roue dentée de marche arrière. On peut observer que la cavité logeant l'élément de freinage 22 peut être formée dans une nervure 38 du carter, ladite nervure présentant un profil transversal généralement circulaire. Les figures 4 à 7 illustrent différentes positions de la roue dentée 18 et du disque 20 lors de l'enclenchement de la marche arrière, illustrant ainsi le principe de fonctionnement du dispositif d'arrêt. Il s'agit de vues en coupe passant par l'axe intermédiaire. A la figure 4, la transmission est en position neutre ou avec un rapport de marche avant engagé. On peut en effet observer que la roue dentée n'est pas engagée avec la roue dentée 14 de l'arbre secondaire. La roue 18 et son disque 20 sont en position de coulissement extrême, en l'occurrence en position gauche. Le disque 20 n'est pas en contact avec l'élément de freinage 22. La roue 18 et le disque 20 peuvent donc tourner librement, entrainés par l'arbre primaire. A la figure 5, la roue dentée 18 et le disque 20 se sont déplacés vers la position de marche arrière, en l'occurrence vers la droite, dans une position intermédiaire. La 30 surface de contact du disque 20 est en contact avec l'élément de freinage 22. La roue dentée 18 n'est pas encore engagée avec la roue 14 de l'arbre secondaire. Dans cette position, l'élément de freinage assure sa fonction d'arrêt en rotation de la roue dentée. L'arbre primaire et la roue dentée 18 sont par conséquent en principe à l'arrêt. A la figure 6, la roue dentée 18 et le disque 20 se sont déplacés davantage vers la position de marche arrière, en l'occurrence vers la droite, toutefois toujours dans une position intermédiaire. Dans cette position, la surface de contact du disque 20 n'est plus en contact avec l'élément de freinage 22 et la roue dentée 18 est prête à engrener avec la roue dentée 14 de l'arbre secondaire. La rotation de la roue dentée 18 est par conséquent en principe à l'arrêt. La roue dentée 14 de l'arbre secondairel4 est elle également en principe à l'arrêt pour autant que la marche arrière soit engagée lorsque le véhicule est à l'arrêt. A la figure 7, la roue dentée 18 est en position de marche arrière, à savoir où elle engrène avec la roue dentée 14 de l'arbre secondaire. Le disque 20 s'est davantage éloigné de l'élément de freinage. Le mouvement de coulissement de la roue dentée 18 peut être assuré par une fourchette de commande, bien connue en soi de l'homme de métier. Le dispositif d'arrêt en rotation d'une roue dentée, qui vient d'être décrit de manière détaillée ci-avant, est applicable à différentes transmissions, plus particulièrement à la fonction de marche arrière d'une telle transmission. Il est toutefois envisageable de l'appliquer à d'autres fonctions ou des fonctions similaires d'une transmission où une mise à l'arrêt en rotation d'un élément coulissant est nécessaire. Le disque 20, l'élément de freinage 22 et éventuellement les rouleaux sont p, référentiellement en matériau métallique. REVENDICATIONS1. Transmission mécanique (2) comprenant un carter (24) ; - un axe (16) supporté par le carter (24) ; - une roue dentée (18) montée tournante et coulissante sur l'axe (16) ; des moyens d'arrêt en rotation (20, 22) de la roue dentée (18) lors de son coulissement le long de l'axe (16) ; caractérisé en ce que les moyens d'arrêt comprennent : - une surface de contact circulaire extérieure (20) liée à la roue dentée (18) ; et un élément de freinage (22), avec une surface en arc de cercle épousant la surface de contact circulaire (20) de la roue dentée (18) et comprenant des moyens (36) de glissement et/ou de roulement avec ladite surface dans la direction de coulissement et de friction dans la direction de rotation. 2. Transmission mécanique (2) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (36) de glissement et/ou roulement dans la direction de coulissement et de friction dans la direction de rotation comprennent des rouleaux (36) disposés le long de l'arc de cercle, les axes de rotation desdits rouleaux étant généralement parallèles à des tangentes correspondantes à l'arc de cercle. 3. Transmission mécanique (2) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les rouleaux (36) sont logés dans des cavités formées dans la surface en arc de cercle. 4. Transmission mécanique (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface de contact circulaire extérieure de la roue dentée (18) est généralement lisse et cylindrique. 5. Transmission mécanique (2) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément de freinage (22) est soutenu via des moyens élastique (30, 34) de manière mobile dans une rainure (26) fixe par rapport au-11 carter (24), la rainure (26) s'étendant préférentiellement généralement perpendiculairement à l'axe (16). 6. Transmission mécanique (2) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément de freinage (22) et la rainure (26) décrivent un arc de cercle, les moyens élastiques (30) étant répartis le long dudit arc entre le fond de la rainure (26) et la face de l'élément de freinage (22) en vis-à-vis dudit fond. 7. Transmission mécanique (2) selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'élément de freinage (22) est configuré pour pouvoir se déplacer le long de la rainure (26) contre un effort de rappel élastique (34) sous l'effet de friction avec la surface de contact circulaire (20), ledit déplacement étant préférentiellement excentré par rapport à ladite surface (20) de sorte à exercer une pression sur ladite surface qui est croissante avec ledit déplacement. 8. Transmission mécanique (2) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la rainure (26) est formée dans le carter (24). 9. Transmission mécanique (2) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la surface de contact circulaire est la surface extérieure d'un disque (20) rapporté sur la roue dentée (18). 10. Transmission mécanique (2) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un arbre primaire (4) et un arbre secondaire (12), la roue dentée (18) étant une roue dentée de marche arrière, et préférentiellement ladite roue (18) engrenant avec une roue dentée (6) de l'arbre primaire (4) et étant apte à engrener avec une roue dentée (14) de l'arbre secondaire (12) par le mouvement de translation.25