Brevet FR3006406A1 — publié le 20141205

DISPOSITIF PASSIF DE LUBRIFICATION DE LA MECANIQUE INTERNE D'UNE BOITE DE VITESSES [0001] L'invention concerne un dispositif de lubrification passif de la mécanique interne d'une boîte de vitesses. [0002] L'invention a pour but d'optimiser la lubrification de la mécanique interne d'une boîte de vitesses d'un véhicule notamment automobile, de manière dite passive, sans adjonction de pompe de lubrification. [0003] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des boîtes de vitesses mécaniques pour véhicule automobile. [0004] Les véhicules comportent une chaîne de traction formée par un organe de propulsion (formé par un moteur thermique et/ou machine électrique), un embrayage, et une boîte de vitesses qui entraîne les roues du véhicule. [0005] L'embrayage est relié d'une part à l'organe de propulsion et d'autre part à la boîte de vitesses, elle-même reliée aux roues du véhicule. [0006] Une boîte de vitesses comporte un arbre primaire relié à l'embrayage et un arbre secondaire relié aux roues du véhicule, ces deux arbres étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'engrenages formant autant de rapports de démultiplication de vitesses que de rapports de vitesses. [0007] Chaque engrenage comporte un moyeu lié en rotation à un des arbres dit primaire, un pignon fou monté fou sur ce même arbre primaire et une roue liée en rotation sur l'arbre dit secondaire, cette roue étant en engrènement avec le pignon fou qui se retrouve entraîné en rotation par la roue et donc par l'arbre secondaire. [0008] Lorsqu'un rapport de vitesse particulier est sollicité, le moyeu et le pignon fou s'accouplent, entrainant ainsi la roue correspondante de l'arbre secondaire (et donc les roues du véhicule) avec une vitesse dépendant du diamètre de cette roue de l'arbre secondaire. [0009] Au contraire, le moyeu et le pignon fou associés à un rapport de vitesse donné sont désaccouplés lorsque ledit rapport de vitesse donné n'est pas sollicité. Lorsqu'ils sont désaccouplés, le moyeu et le pignon fou peuvent ainsi présenter des vitesses de rotation différentes, le moyeu ayant celle de l'arbre primaire et le pignon fou, celle de l'arbre secondaire qui est celle des roues du véhicule. [0010] Or lorsqu'un engrenage de ce type est sollicité, c'est pour que la vitesse de l'arbre primaire soit transmise par son intermédiaire à l'arbre secondaire et ainsi aux roues du véhicule. [0011] Il est alors nécessaire d'accoupler le moyeu et le pignon qui présentent pourtant des vitesses de rotation différentes comme mentionné ci-dessus. [0012] A cet effet, il faut d'abord obtenir une synchronisation de la vitesse de rotation de ce moyeu et du pignon monté fou. [0013] Pour cela, un synchroniseur ou dispositif de synchronisation est interposé entre le moyeu et le pignon fou. [0014] Ce dispositif de synchronisation est formé par des bagues de friction coniques qui coopèrent avec le moyeu et avec le pignon fou afin de lier en rotation le moyeu avec le pignon fou. [0015] Plus précisément, les bagues de friction sont généralement formées par au moins un stator lié en rotation au moyeu et par au moins un rotor, lié en rotation au pignon fou. La plupart des synchroniseurs comporte n stators et n rotors. Ces bagues sont disposées les unes à l'intérieur des autres en respectant une alternance rotors/stators. [0016] Il y a synchronisation des vitesses de rotation du moyeu et du pignon fou et couplage du moyeu avec le pignon fou lorsque les différentes bagues se frottent les unes contre les autres jusqu'à elles soient solidarisées les unes avec les autres. Pour que le frottement se produise, un manchon baladeur est déplacé vers les bagues de manière à ce que les bagues glissent les unes à la suite des autres et que des frottements se produisent entraînant la synchronisation progressive du moyeu avec le pignon fou. Le manchon est disposé autour du moyeu et est en liaison glissière avec le moyeu. Ce manchon est commandé de manière connue par un mécanisme d'entraînement de type fourchette. [0017] Ces éléments tournants et en contact les uns des autres, nécessitent d'être enduits d'un film de fluide de lubrification, généralement de l'huile, pour assurer leur bon fonctionnement. [0018] A cet effet, divers systèmes sont actuellement adoptés : la lubrification par gravité et la lubrification par gavage externe ou interne à la boîte de vitesses opéré par une pompe électrique ou mécanique. [0019] Le système de lubrification par gravité nécessite d'attendre que le barbotage des pignons et des autres éléments tournants, dans l'huile présente en partie basse de boîte de vitesses, véhicule cette huile vers le haut de la boîte de vitesses pour obtenir une circulation d'huile suffisante pour remplir ensuite par gravité l'intérieur des arbres tournant. Ce système de lubrification n'est donc pas optimal à froid dès les premiers tours moteurs. [0020] Le système de lubrification par pompe représente un coût, un poids supplémentaires, sont consommateurs en CO2 et requièrent un temps de montage 20 supplémentaires. [0021] L'invention vise à pallier ces inconvénients. [0022] A cet effet, l'invention concerne un Dispositif de lubrification de la mécanique 25 interne d'une boîte de vitesses d'un véhicule notamment automobile, comprenant : - un moyeu destiné à être monté solidaire en rotation autour d'un premier arbre de la boîte de vitesses, un pignon destiné à être monté fou autour de ce même arbre et susceptible d'engrener une roue montée solidaire en rotation autour d'un deuxième arbre de la 30 boîte de vitesses, le moyeu et le pignon fou définissant respectivement deux faces avant à proximité l'une de l'autre et étant destinés à s'accoupler l'un l'autre, par l'intermédiaire d'un synchroniseur de la boîte de vitesse qui est monté autour du moyeu et du pignon lorsqu'un rapport de vitesses est sélectionné, et - un moyen d'acheminement d'un fluide de lubrification vers les parois internes du pignon et du moyeu. [0023] Selon l'invention, les deux faces du moyeu et du pignon définissent ensemble au moins une gorge d'acheminement du fluide de lubrification depuis les parois internes du moyeu et du pignon jusqu'aux bords latéraux de ces faces en regard (11, 12) du moyeu et du pignon, et au moins une poche de stockage de ce liquide en périphérie de ces faces en regard (11, 12) du moyeu et du pignon afin de lubrifier le dispositif de synchronisation de la boîte de vitesses adjacent. [0024] Le dispositif selon l'invention peut comprendre l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes: - le moyeu et le pignon comprennent chacun une partie proéminente formant un manchon, les deux manchons pointant l'un vers l'autre par leurs bords frontaux respectifs qui définissent les faces avant du moyeu et du pignon - chaque gorge d'acheminement du fluide de lubrification est formée par une rainure réalisée dans la face avant du moyeu ou du pignon et débouchant à la fois sur la paroi interne et sur le bord latéral de la face avant du moyeu ou du pignon - chaque poche de stockage est formée par un creux réalisé dans la face avant du moyeu ou du pignon à partir de la périphérie de cette face, et s'arrêtant à distance de la paroi latérale interne de ce moyeu ou de ce pignon - le creux d'une poche de stockage s'étend sur une portion de la paroi latérale externe délimitant la face du manchon du moyeu ou du pignon - l'ensemble des rainures et des creux est porté par l'un ou l'autre du moyeu ou du pignon, - le moyeu ou le pignon doté de l'ensemble des rainures d'acheminement et des poches de stockage est fabriqué par frittage - la face avant du pignon ou du moyeu dépourvu de rainure d'acheminement ou de poche de stockage, est plane [0025] L'invention concerne également une boîte de vitesses pour véhicule notamment automobile, comprenant le dispositif de lubrification décrit ci-dessus, un arbre primaire portant le moyeu et le pignon fou, un arbre secondaire portant une roue engrenant le pignon fou et un synchroniseur interposé latéralement entre une partie périphérique du moyeu et une partie périphérique du pignon, au niveau de leurs faces avant, chaque gorge d'acheminement du fluide de lubrification et chaque poche de stockage de ce fluide débouchant sur le synchroniseur pour l'alimenter en fluide de lubrification. [0026] L'invention concerne aussi un moyeu de boîte de vitesses destiné à équiper un dispositif de lubrification de la mécanique interne d'une boîte de vitesses comprenant une paroi latérale interne circulaire par laquelle le moyeu est susceptible d'être monté sur un arbre, une paroi latérale externe destinée à être disposée à proximité d'un dispositif de synchronisation, et une face avant destinée à venir en regard d'une face avant d'un pignon, avec lequel le moyeu est susceptible de s'accoupler. [0027] Selon l'invention, la face avant du moyeu comprend une rainure débouchant sur la paroi interne et sur la paroi externe du moyeu et un creux réalisé à partir de la paroi externe de ce moyeu et s'arrêtant à distance de la paroi latérale interne. [0028] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 montre une coupe transversale partielle du dispositif selon l'invention intégré au sein d'une boîte de vitesse, - la figure 2 illustre un mode de réalisation d'un moyeu du dispositif selon l'invention coopérant avec le pignon fou de la figure 1, - la figure 3 représente un mode de réalisation du pignon fou du dispositif selon l'invention. [0029] Le dispositif selon l'invention s'intègre au sein d'une boîte de vitesse repérée par 1 sur la figure 1, pour assurer, sans surcoût supplémentaire, et y compris à froid et surtout dès les premiers tours moteurs, une lubrification entre les moyeux de synchroniseur et les pignons disposés en vis-à-vis. [0030] Cette figure représente en coupe, un arbre primaire 2 de la boîte de vitesses, lié au moteur du véhicule, un moyeu monté sur cet arbre 2 solidaire en rotation, un pignon 4 monté fou sur ce même arbre 2 et un dispositif de synchronisation 6 des vitesses de rotation du moyeu 3 et du pignon monté fou interagissant comme explicité précédemment. [0031] Le dispositif de synchronisation comprend des bagues de friction coniques disposées entre le moyeu 3 et le pignon fou 4. Ces bagues sont formées par au moins un stator lié en rotation au pignon 4. [0032] Le dispositif de synchronisation 6 comprend également un manchon 7 qui est disposé en liaison glissière avec le moyeu 3. Ce manchon permet d'exercer un effort axial sur le stator de plus grand diamètre, afin de générer un couple par friction de l'ensemble des stators et des rotors entraînant en rotation le pignon fou 4 avec le moyeu 3. Ce manchon est commandé de manière connue par un mécanisme d'entraînement de type fourchette et d'un actionneur, par exemple hydraulique ou électrique. Le manchon est lié en rotation au moyeu 3 mais est mobile pour permettre l'accrochage du moyeu 3 avec le pignon fou 4. [0033] Lorsque tous les stators et les rotors sont liés les uns avec les autres par friction, le pignon fou 4 s'accouple au moyeu 3 par crabotage ou autre mécanisme d'accrochage. La vitesse de rotation de l'arbre secondaire (non représenté) est donc liée à la vitesse de rotation du moteur. Lorsque le moteur ralentit, la vitesse de rotation des roues est ralentie pour obtenir une décélération du véhicule. Lorsque le moteur accélère, la vitesse de rotation augmente pour obtenir une accélération du véhicule. [0034] Lorsque le véhicule est à l'arrêt, moteur arrêté, aucun rapport de vitesse n'est engagé. Le pignon 4 n'est pas accouplé au moyeu 3, le moyeu 3 et les stators d'une part, le pignon 4 et les rotors d'autre part, sont statiques. [0035] Lorsque le véhicule est en déplacement, le moteur en marche, un rapport de vitesse est engagé. Les bagues sont amenées au contact les unes par rapport aux autres suivant leur ordre de positionnement les unes par rapport aux autres. Les stators et les rotors sont liés en rotation et tournent à la même vitesse. C'est la synchronisation. [0036] Pour assurer un bon fonctionnement de la boîte de vitesses, il est nécessaire d'acheminer de l'huile à l'intérieur du synchroniseur pour le refroidir durant son fonctionnement mais aussi de déposer un film d'huile sur les divers cônes de friction et faces d'appui, ainsi que sur les dents de manchon et couronnes crabots afin d'éviter tout problème de grippage et d'usure prématurée. [0037] Selon l'invention, cet acheminement s'effectue sans pompe de lubrification additionnelle et sans attendre que le cycle de barbotage nécessaire à la bonne mise en oeuvre de la lubrification par gravité, ne soit terminé. [0038] A cet effet, l'invention prévoit que le moyeu et le pignon soient configurés de façon à distribuer l'huile de lubrification aux éléments composant le synchroniseur 6. [0039] Plus précisément, comme déductible des figures 2 et 3, les deux faces en regard 11, 12 du moyeu 3 et du pignon 4 définissent ensemble des gorges d'acheminement du fluide de lubrification 13 depuis les parois internes 15M, 15P du moyeu 3 et du pignon 4 jusqu'aux bords latéraux de ces faces frontales en regard 11, 12 du moyeu et du pignon, et des poches de stockage de ce liquide 14 disposées en périphérie des faces en regard 11, 12 du moyeu 3 et du pignon 4 afin de lubrifier le dispositif de synchronisation de la boîte de vitesses. [0040] Dans l'exemple représenté, les gorges d'acheminement du liquide 13 sont au nombre de trois et réparties à 120° l'une de l'aube, et les poches de stockage 14 sont également au nombre de trois, interposées chacune entre deux gorges d'acheminement et à équidistance de ces gorges. [0041] Elles sont formées sur des parties proéminentes du moyeu 3 et du pignon 4, qui sont en forme de manchon, et dont les bords frontaux 11, 12 sont disposés en regard l'un de l'autre, à très faible distance l'un de l'autre comme l'illustre la figure 1, et définissent les faces avant susmentionnées 11, 12, et dont les parois latérales externes 10 qui dépassent de la couronne principale 20 du moyeu ou du pignon, se retrouvent, comme l'illustrent la figure 1, à proximité du dispositif de synchronisation 6. [0042] Plus précisément, chaque gorge d'acheminement 13 est formée par un cran de graissage ou rainure rectiligne 16 réalisée dans la face avant du moyeu 3 débouchant sur la paroi interne 15M et sur une portion plane 21 de la paroi latérale externe 10 du manchon du moyeu 3 et visible sur la figure 2, et par une portion plane correspondante (figure 3) de la face avant du pignon et qui vient s'appliquer sur la rainure et autorise ainsi le passage de l'huile à l'intérieur du synchroniseur 6. [0043] Et chaque poche de stockage du liquide est formée par un creux 17 ou renfoncement réalisé à la jointure entre la paroi latérale externe 10 et la face avant 11 du manchon du moyeu 3 et présentant sur la face avant, un contour en forme de U dont le fond est disposé sensiblement à mi-largeur de la face avant annulaire 11, et les bords forment des sommets de sinusoïdes, et sur la paroi latérale externe 10, un contour en forme de C bombé vers la couronne principale 20 du moyeu 3 et dont le fond est disposé sensiblement au quart de la hauteur de la paroi latérale 10 en partant de la face avant 11 .0e contour en forme de C débouche sur une portion de la paroi latérale 10 bombée à l'opposé de l'axe du moyeu et joignant deux portions planes. [0044] La paroi interne 15M du moyeu selon l'invention est, de façon classique, pourvue de dents axiales sur toute l'épaisseur du manchon 11 et de la couronne principale 20, pour être rendue solidaire en rotation de l'arbre primaire qui comporte des dentelures 15 complémentaires. [0045] La couronne principale 20 comprend une partie interne de laquelle fait saillie le manchon, et qui est annulaire et continue 22, et une partie externe discontinue définissant trois lobes successifs 23, 24, 25 séparés deux à deux par une échancrure 27 disposée dans le prolongement d'un creux 17 formé sur le manchon, ces lobes s'étendant ainsi sur 20 un secteur de 120°. [0046] Chaque lobe 23-25 comprend une partie plane interne 31 et de même épaisseur et contiguë à l'anneau 22, et une partie externe 32 comportant des dents d'engrènement s'étendant selon l'axe du moyeu 3 et d'une longueur supérieure à l'épaisseur de la partie plane 31 du lobe considéré, les deux dents d'extrémité 28 de ce lobe présentant une 25 longueur encore plus importante, et dépassant vis-à-vis des dents centrales, du côté du moyeu 3 faisant face au pignon 4. [0047] Ce moyeu 3 est réalisé par un procédé de frittage selon lequel une poudre métallique hautement compressée est disposée dans un moule de la forme à réaliser, qui est passé dans des fours de cuisson, afin de lier les particules entre elles. Les divers 30 reliefs, et formes du moyeu sont réalisés au sein du moule à l'aide de poissons ou pavés amovibles, qui facilitent la réalisation du moule. Ce moyeu de forme complexe est ainsi réalisé facilement en une unique étape, sans nécessiter d'usinage supplémentaire. [0048] Le pignon 4 comprend un manchon central 36 dont le bord frontal avant forme la face avant du pignon et est destiné à venir en regard de la face avant du moyeu 3, ce manchon 36 faisant saillie d'une couronne principale externe 37 dotée sur sa paroi latérale externe 38 de dents 39 d'engrènement avec la roue correspondante de l'arbre secondaire (non représentée). La paroi latérale interne du pignon est lisse. [0049] Lorsque le moyeu 3 et le pignon 4 ci-dessus décrits sont montés sur l'arbre primaire, tel que représenté sur la figure 1, leurs faces avant 11, 12 portées par leur parties en forme de manchon, définissent ensemble les gorges d'acheminement du liquide depuis l'arbre sur lequel ils sont montés, jusqu'à la périphérie de leurs manchon, périphérie qui coïncide avec le dispositif de synchronisation 6, ainsi que les poches de stockage, dont une seule est représentée qui débouche sur ce dispositif de synchronisation. Le fond 30 d'une poche se retrouve à être constitué par les parties planes restantes des faces avant 11, 12 qui sont effectivement séparées l'une de l'autre par une distance suffisamment faible pour que le liquide de lubrification soit retenu dans ces poches lorsque les arbres de la boîte de vitesse sont à l'arrêt. [0050] L'arbre comporte un trou de lubrification de cage à aiguille par lequel de l'huile de lubrification est délivrée pour alimenter le roulement de cage à huile 42 interposé entre le pignon fou 4 et l'arbre. [0051] Grâce aux gorges formées par les faces avant 11, 12 du moyeu 3 et du pignon 4, l'huile parvenant au roulement 42 le long de la paroi interne 15P du pignon 4, va pouvoir être véhiculée à travers ces gorges, à l'opposé de cette paroi interne 15P puisque ces gorges permettent une communication entre la paroi interne et la paroi externe du manchon du pignon, pour acheminer l'huile vers le synchroniseur 6. [0052] Le synchroniseur pourra ainsi être refroidi pendant son fonctionnement, et un film d'huile pourra en outre être déposé sur les divers cônes de friction, faces d'appui ainsi que sur les dents de manchons et couronnes crabots de ce synchroniseur ce qui évitera la survenance de problèmes de grippage ou d'usure prématurée. [0053] Les gorges vont en outre alimenter en huile les poches périphériques 14 à la redescente de l'huile lorsque la rotation des arbres est à l'arrêt. Dès que la rotation des arbres reprend, ces poches viennent libérer leur contenu en arrosant les éléments périphériques, dont ceux du synchroniseur et le pignon et le moyeu aux mêmes. [0054] Cette action permet de réduire dès les premiers tours des arbres, la friction des surfaces en appui les unes sur les autres des éléments tournants du synchroniseur, sans attendre que le cycle de barbotage classique fasse son effet. REVENDICATIONS1. Dispositif de lubrification de la mécanique interne d'une boîte de vitesses d'un véhicule notamment automobile, comprenant : - un moyeu destiné à être monté solidaire en rotation autour d'un premier arbre de la boîte de vitesses, un pignon destiné à être monté fou autour de ce même arbre et susceptible d'engrener une roue montée solidaire en rotation autour d'un deuxième arbre de la boîte de vitesses, le moyeu et le pignon fou définissant respectivement deux faces avant à proximité l'une de l'autre et étant destinés à s'accoupler l'un l'autre, par l'intermédiaire d'un synchroniseur de la boîte de vitesse qui est monté autour du moyeu et du pignon lorsqu'un rapport de vitesses est sélectionné, et - un moyen d'acheminement d'un fluide de lubrification vers les parois internes du pignon et du moyeu, caractérisé en ce que les deux faces avant (11, 12) du moyeu (3) et du pignon (4) définissent ensemble au moins une gorge d'acheminement (13) du fluide de lubrification depuis les parois internes (15M, 15P) du moyeu (3) et du pignon (4) jusqu'aux bords latéraux (10) de ces faces avant (11, 12), et au moins une poche de stockage (14) de ce liquide en périphérie de ces faces avant (11, 12) afin de lubrifier le dispositif de synchronisation de la boîte de vitesses adjacent (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyeu (3) et le pignon (4) comprennent chacun une partie proéminente formant un manchon, les deux manchons pointant l'un vers l'autre par leurs bords frontaux respectifs qui définissent les faces avant (11, 12). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque gorge d'acheminement du fluide de lubrification (13) est formée par une rainure (16) réalisée dans la face avant (11, 12) du moyeu ou du pignon et débouchant à la fois sur la paroi interne (15M, 15P) et sur le bord latéral (10) de la face avant (11, 12) du moyeu ou du pignon. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque poche de stockage (14) est formée par un creux (17) réalisé dans la face avant (11, 12) du moyeu ou du pignon à partir de la périphérie (10) de cette face (11, 12), et s'arrêtant à distance de la paroi latérale interne (15M, 15P) de ce moyeu ou de ce pignon. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le creux (17) d'une poche de stockage (14) s'étend sur une portion de la paroi latérale externe (10) délimitant la face avant du moyeu ou du pignon. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble des rainures (16) et des creux (17) est porté par l'un ou l'autre du moyeu (3) ou du pignon (4). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyeu (3) ou le pignon (4) doté de l'ensemble des rainures (16) et des creux (17) est fabriqué par frittage. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la face avant (12, 11) du pignon (4) ou du moyeu (3) dépourvue de rainures (16) ou de creux (17), est plane. 9. Boîte de vitesses pour véhicule notamment automobile, comprenant le dispositif de lubrification selon l'une des revendications précédentes, un arbre primaire portant le moyeu (3) et le pignon fou (4), un arbre secondaire portant une roue engrenant le pignon fou et un synchroniseur interposé latéralement entre une partie périphérique du moyeu et une partie périphérique du pignon, au niveau de leurs faces avant (11, 12), chaque gorge d'acheminement (13) du fluide de lubrification et chaque poche de stockage de ce fluide (14) débouchant sur le synchroniseur (6) pour l'alimenter en fluide de lubrification. 10. Moyeu de boîte de vitesses destiné à équiper un dispositif de lubrification de la mécanique interne d'une boîte de vitesses comprenant une paroi latérale interne circulaire par laquelle le moyeu est susceptible d'être monté sur un arbre, une paroi latérale externe destinée à être disposée à proximité d'un dispositif de synchronisation, et une face avant destinée à venir en regard d'une face avant d'un pignon, avec lequel le moyeu est susceptible de s'accoupler, caractérisé en ce que la face avant (11) du moyeu (3) comprend une rainure (16) débouchant sur la paroi interne (15M) et sur une paroi externe (10) du moyeu et un creux (17) réalisé à partir de la paroi externe (10) de ce moyeu (3) et s'arrêtant à distance de la paroi latérale interne (15 M).