Brevet FR3016419A1 — publié le 20150717

- 1 - DISPOSITIF DE FREINAGE DE PIGNON DE MARCHE ARRIERE La présente invention se rapporte à un dispositif de frein de marche arrière pour boîte de vitesses à commande 5 manuelle, qui s'applique notamment sur les véhicules automobiles. Plus précisément, elle a pour objet un dispositif de freinage d'un pignon intermédiaire de marche arrière entrainé en rotation de manière permanente par un arbre primaire de 10 boîte de vitesses, et déplacé en translation par une commande d'engagement de marche arrière à partir d'une position de repos pour être freiné avant de s'engager dans une denture portée par un arbre secondaire de la boîte pour transmettre le couple aux roues du véhicule sur un rapport de marche arrière. 15 Dans les commandes habituelles de marche arrière, montées sur les boîtes de vitesses à commande manuelle, il y a soit absence de moyen de freinage de l'arbre menant, soit un frein de marche arrière, soit, à partir d'un certain niveau gamme ou de motorisation, un synchroniseur de marche arrière. La 20 présence d'un frein réduit les désagréments sonores (craquements) dans la plupart des cas. Il répond globalement à l'attente du client de véhicules de catégorie moyenne. Les freins d'engagement de marche arrière équipent les boîtes de vitesses depuis de nombreuses années, et se 25 présentent sous différentes formes. On connait notamment, par la publication FR 2 461 156, un dispositif de freinage intégré à l'ensemble intermédiaire de marche arrière. Dans ce dispositif, un pignon intermédiaire engrène de manière permanente en position repos, avec un pignon fixe de l'arbre 30 primaire. Il est supporté par un axe, bloqué en rotation et en translation. Le pignon intermédiaire a une position de travail, où il engrène également avec un pignon de l'arbre secondaire. Le pignon intermédiaire possède une denture - 2 - périphérique, avec une gorge extérieure pouvant recevoir une fourchette de commande, et une surface tronconique intérieure de freinage. Il est libre en rotation sur une bague à faible frottement montée sur un manchon. Celui-ci possède une surface extérieure tronconique. Deux rainures de largeurs différentes, s'étendant dans le prolongement l'une de l'autre sur toute sa longueur, sont reliées par des rampes. Enfin, une rampe d'indexage marque et stabilise les positions de repos et de travail. Les rainures, ainsi que la rampe, coopèrent avec un pion, implanté dans l'axe. La rampe d'indexage coopère avec un piston d'indexage, repoussé par un ressort. L'ensemble est également implanté dans l'axe. Pour engager la marche arrière, on déplace le pignon vers la droite. Le cône du manchon entre alors en contact avec le cône du pignon. Dans un premier temps, le piston d'indexage empêche la translation du manchon, et fait augmenter la pression de contact dans le cône. En raison du couple de frottement, le pignon entraine en rotation le manchon. Dans un deuxième temps, la rampe entre en contact avec le pion d'interdiction, et interdit tout déplacement axial du manchon et du pignon, tant que le couple de frottement perdure (freinage du pignon jusqu'à arrêt). Pour cela, l'inclinaison de la rampe doit être judicieusement choisie. Quand le couple de freinage s'annule, le déplacement axial du pignon peut reprendre, et le crabotage peut s'effectuer. Le pion s'engage dans la rainure étroite, et le piston d'indexation se détend dans le cran de marche arrière engagée. Un tel dispositif de frein de marche arrière, avec un axe fixe, n'est pas adaptable à toutes les boîtes de vitesses. C'est le cas notamment, lorsque le pignon intermédiaire est agencé à une extrémité de la boîte, et que le système de commande est situé du côté opposé. Il est alors préférable d'avoir un axe coulissant, sur lequel on peut déporter le - 3 - point de liaison du dispositif avec sa commande, par rapport au pignon intermédiaire. Par ailleurs, le système est volumineux en direction radiale, du fait de l'agencement des fonctions d'interdiction et d'indexation sous le pignon. Il peut ne pas convenir à certains environnements de boîte, en particulier lorsque la denture de marche arrière est placée sur un baladeur, et lorsque l'encombrement axial disponible est délimité par deux pignons fixes de l'arbre primaire. Il faut en effet que le pignon intermédiaire de marche arrière n'entre pas en contact avec la denture du baladeur, lorsque celui-ci est déplacé pour engager un rapport de marche avant. Il en résulte que : - la course d'engagement du pignon intermédiaire de marche arrière est fortement augmentée par la course morte correspondant à la course d'engagement du baladeur en marche avant à réaliser en supplément, et - le positionnement des fonctions d'interdiction et d'indexation sous le pignon intermédiaire, augmente la largeur de celui-ci. La présente invention vise à réaliser un dispositif de freinage de pignon intermédiaire de marche arrière, adapté à une commande éloignée du pignon intermédiaire, dans un environnement contraint axialement et radialement par l'implantation et l'encombrement des pignons fixes de la boîte de vitesses. Dans ce but, elle propose que le pignon intermédiaire soit fixé sur un axe de marche arrière coulissant entre sa position de repos et sa position d'engagement de marche arrière. De préférence, l'axe est bloqué en rotation. Selon un mode de réalisation de l'invention, le freinage du pignon est assuré par un manchon agencé autour de l'axe de marche arrière, et disposant d'un jeu axial autour de celui- - 4 - ci, qui permet au pignon de tourner librement sur l'axe en situation de repos. Le manchon possède une surface conique de frottement, apte à coopérer avec une surface conique complémentaire de frottement du pignon pour assurer le 5 freinage de celui-ci avant l'engagement de la marche arrière. 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 : 10 - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle de la boîte de vitesses montrant le pignon intermédiaire au repos, - la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle selon A-A de l'arbre primaire et de l'arbre intermédiaire 15 de marche arrière correspondant à la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe transversale partielle selon B-B de l'entraînement de la noix d'orientation, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle de la boîte de vitesses montrant le pignon intermédiaire 20 en phase de freinage, - la figure 5 est une vue en coupe transversale partielle selon C-C, de l'arbre primaire et de l'arbre intermédiaire de marche arrière correspondant à la figure 4, et 25 - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale partielle de la boîte de vitesses montrant le pignon intermédiaire en position de marche arrière engagée. Nomenclature des pièces représentées sur les figures 30 1 Ensemble boîte de vitesses 20 Carter d'embrayage 21 Carter de mécanisme 30 Arbre primaire - 5 - 30,a à Pignons fixes de 1 è, , 2ème , 3ème ,4ème et marche 30,e arrière 31 Pignon fou de 5ème 32 Groupe de synchronisation et crabotage de 5ème 40 Arbre secondaire 41 Pignon fou de lère 42 Pignon fou de 2ème 43 Pignon fou de 3ème 44 Pignon fou de 4ème 45 Groupe de synchronisation et crabotage 1-2 46 Groupe de synchronisation et crabotage 3-4 46,a Denture de marche arrière 100 Ensemble intermédiaire de MAR 110 Axe intermédiaire de MAR 110,a Plat sur axe 110 (face pignon de 4ème) 110,b Plat sur axe 110 (face pignon de 5ème) 111 Pignon intermédiaire de MAR 111,a Bague sous pignon intermédiaire de marche arrière 111,b Cône de freinage du pignon intermédiaire de marche arrière 111,c Denture d'entraînement en marche arrière 112 Fourreau de freinage 112,a Corps de fourreau 112,b Cône de freinage rapporté 112,c Excroissance d'interdiction 112,d Orifice d'orientation 112,e Cône d'interdiction 112,f Plat sur manchon (proximité pignon 30,c) 113 Noix d'orientation 113,a Bras d'orientation 114 Clou d'entraînement 115 Goupille 120 Pion d'orientation 120,a Cône d'interdiction 130 Commande d'engagement Sur la figure 1, on a représenté en coupe longitudinale partielle une boîte de vitesses 1 correspondant à un mode de réalisation non limitatif de l'invention. Entre les carters d'embrayage 20 et de mécanismes 21, est disposé un arbre primaire 30, comportant des dentures fixes 30,a, du rapport de première, 30,b du rapport de deuxième, 30,c du rapport de troisième, 30d du rapport de quatrième, et enfin 30,e de marche arrière. En extérieur des carters, dans un couvercle - 6 - non représenté, l'arbre primaire supporte un pignon fou de cinquième 31 et son groupe de synchronisation 32. L'arbre secondaire 40 de la boîte, supporte les pignons fous correspondant aux rapports cités précédemment : 41 pour le rapport de première, 42 pour le rapport de deuxième, 43 pour le rapport de troisième, et 44 pour le rapport de quatrième. Les pignons fous sont regroupés par paires. Un groupe de synchronisation et de crabotage est intercalé entre les deux pignons fous de chaque paire : - le groupe 45 entre les pignons fous de première et de deuxième, et - le groupe 46 entre les pignons fous de troisième et de quatrième, dont le baladeur supporte en périphérie extérieure une denture de marche arrière 46a. Un axe intermédiaire de marche arrière 110 est agencé entre les arbres primaires 30 et secondaire 40, et entre les carters d'embrayage 20 et de mécanismes 21. Il supporte un pignon intermédiaire de marche arrière 111, monté libre en rotation sur sa bague 111,a. Le pignon 111 est maintenu axialement d'un côté par la goupille 115, plantée transversalement à l'axe 110. De l'autre côté, il est maintenu par un manchon 112, qui possède un corps principal 112,a centré sur l'axe 110 et arrêté axialement sur celui-ci par la noix d'orientation 113. Le freinage du pignon est assuré par le manchon 112 agencé autour de l'axe de marche arrière 110. Il dispose d'un jeu axial autour de celui-ci, permettant au pignon 111 de tourner librement sur l'axe 110 en situation de repos. Le manchon 112 possède aussi une partie conique de frottement 112,b, apte à coopérer avec une surface conique complémentaire de frottement 111,b du pignon 111, pour assurer le freinage de celui-ci, avant l'engagement de la marche arrière. Le freinage du pignon intermédiaire de marche arrière 111, est réalisé par la friction entre un premier cône femelle - 7 - 111,b, porté par le pignon 111, et un second cône mâle 112,b associé au manchon 112. La référence 100 de la figure 1 désigne le dispositif de freinage du pignon intermédiaire de marche arrière 111 dans 5 son ensemble. Ce pignon est entrainé en rotation de manière permanente par l'arbre primaire 30 de la boîte. Il est déplacé en translation par la commande d'engagement de marche arrière 130, à partir d'une position de repos, de manière à être freiné avant de s'engager dans la denture 46,a portée par 10 l'arbre secondaire, pour transmettre le couple aux roues du véhicule sur un rapport de marche arrière. Le pignon intermédiaire 111 est fixé sur un l'axe de marche arrière 110, qui coulisse entre sa position de repos et sa position d'engagement de marche arrière. Dans cet état de 15 repos, illustré par la figure 1, le manchon 112 a un jeu axial sur l'axe 110, permettant au pignon 111, entraîné en permanence en rotation par la denture 30,e de l'arbre primaire 30, de tourner librement sur l'axe 110. Le manchon 112 possède une excroissance 20 d'interdiction ll2,c, disposée à l'extrémité opposée de sa surface conique de frottement 112,b. Elle apparaît sur les figures 1 4 et 6, et est agrandie sur les figures 2 et 5. L'excroissance ll2,c, est percée d'un orifice avec une partie cylindrique 112,d et une partie conique 112,e. Cet orifice 25 coopère avec le pion cylindrique d'orientation 120 qui est planté dans le carter d'embrayage 20, et qui se termine par une restriction conique 120,a et une extrémité à diamètre réduit. Cette coopération contrôle le déplacement de l'axe 111 et du manchon 112, de façon telle que le pignon 111 soit 30 freiné avant l'engagement de sa denture 111,c avec la denture 46,a. Les parties coniques 120,a du pion 120 et 112,e du manchon 112 coopèrent pour bloquer axialement le manchon et le pignon pendant la phase de freinage. - 8 - Sur la coupe de la figure 2, on visualise la position angulaire de l'excroissance 112,c, vis-à-vis de l'axe 110. Sur la coupe de la figure 3, on retrouve le pion cylindrique d'orientation 120, la noix d'orientation 113 et une partie 130 (non représentée sur la figure 1), de la commande d'engagement de marche arrière. Pour réaliser l'engagement de la marche arrière, le pignon intermédiaire 111 est entraîné axialement par l'axe 110. Le dispositif de commande 130 coopère avec le clou d'entrainement 114 planté transversalement dans l'axe 110 et la noix 113. Il permet de déplacer l'ensemble intermédiaire de marche arrière 100, entre la position repos de la figure 1 et la position marche arrière engagée de la figure 6, en passant par la phase intermédiaire de freinage, illustrée par la figure 4. L'axe de marche arrière 110, possède à proximité des pignons 30,d de quatrième et 31 de cinquième, des méplats de dégagement 110,b et 110,c orientés, qui sont visibles sur la figure 4. L'axe 110 est orienté angulairement par l'intermédiaire de la noix d'orientation 113, elle-même orientée sur l'axe par le clou 114, et par le pion d'orientation 120 enserré par les bras 113a de la noix 113 (cf. figure 3). L'engagement de la marche arrière s'effectue en déplaçant axialement le pignon intermédiaire 111. Il est entraîné avec l'axe 110 dans le sens de déplacement vers l'engagement, par la goupille 115 plantée transversalement sur l'axe 110. Il est ramené à sa position repos par le manchon 112. A partir de sa position de la figure 1, le pignon 111 se déplace sur une course C2 (voir figure 6), pour atteindre la position finale, où sa denture extérieure 111,c est en vis-à-vis de la denture 46,a du baladeur du groupe de synchronisation 46. Pour réaliser l'engagement sans bruit de - 9 - choc des dents du pignon intermédiaire 111,c avec celles 46,a du baladeur 46 (généralement à l'état non tournant), il est nécessaire de stopper la rotation (non systématique) du pignon intermédiaire 111 entraîné par l'arbre primaire 30. Le freinage du pignon 111 est obtenu par son déplacement sur une course Cl (voir figure 4), jusqu'à l'étape intermédiaire de freinage des figures 4 et 5, permettant de l'immobiliser en rotation. Pour que le dispositif de freinage du pignon intermédiaire joue son rôle, il faut que le cône ll2,b du manchon soit bloqué en rotation, vis-à-vis du cône lll,b du pignon 111 entraîné en rotation par l'arbre primaire 30. Selon une double tendance, le manchon 112 prend au repos la position particulière qu'il a sur les figures 4 et 5 : sous le simple poids son excroissance 112,c, il a tendance à tourner dans le sens (horaire) indiqué par la flèche de la figure 5. Par ailleurs, le frottement, aussi minime soit-il, entre les cônes lll,b du pignon 111 et ll2,b du manchon 112, a tendance à faire tourner le manchon dans le même sens, qui est déterminé par le sens de rotation unique de l'arbre primaire. La rotation du manchon 112 autour de l'axe 110 est limitée par la coopération de la partie conique ll2,e de son orifice excentré, avec la restriction conique 120,a, du pion d'orientation 120. Toutefois, l'orientation angulaire de l'axe 110 est contrôlée par le système d'indexation constitué de la noix d'indexation 113, fixée sur l'axe par un clou d'entraînement 114, qui sert à son entraînement par la commande de changement de rapport, et possède deux bras 113,a, entre lesquels glisse le pion d'orientation 120. Dans ces conditions, l'orifice d'orientation 112,d est automatiquement décentré par rapport au pion d'orientation 120 conformément à la figure 5. Les cônes ll2,e et 120,a se font face partiellement. En fonction des caractéristiques -10- géométriques du système de freinage, à savoir le diamètre et l'inclinaison des cônes lll,b et ll2,b, le coefficient de frottement, et la distance du pion d'orientation 120 de l'axe de marche arrière 110, il existe un angle d'inclinaison des cônes 120,a et 112,e, à partir duquel le pignon intermédiaire est bloqué dans sa course axiale, tant qu'il a un couple de freinage (pignon intermédiaire tournant), et quelle que soit la force appliquée par le conducteur sur le clou d'entrainement par l'intermédiaire de la commande interne 130. En résumé, le pignon intermédiaire 111 est entrainé en rotation de manière permanente par la denture 30,e de l'arbre primaire 30. Il est entraîné axialement par l'axe coulissant 110 lui-même bloqué en rotation par la noix d'entraînement 113 et le pion d'orientation 114. Le pignon 111 est pourvu d'un cône lll,b coopérant avec un cône ll2,b du manchon 112. Le manchon 112 est limité en rotation par son orifice conique 112e qui coopère avec la restriction conique 120,a, du pion d'orientation 120. Grâce à ces dispositions, Le pignon intermédiaire 111 passe par une phase de freinage avant l'engagement des dentures 111,c et 46,a. REVENDICATIONS1. Dispositif de freinage d'un pignon intermédiaire de marche arrière (111) entrainé en rotation de manière 5 permanente par un arbre primaire (30) de boîte de vitesses, et déplacé en translation par une commande d'engagement de marche arrière (130) à partir d'une position de repos pour être freiné avant de s'engager dans une denture (46,a) portée par un arbre secondaire de la boîte pour transmettre le couple 10 aux roues du véhicule sur un rapport de marche arrière, caractérisé en ce que le pignon intermédiaire est fixé sur un axe de marche arrière (110) coulissant entre sa position de repos et sa position d'engagement de marche arrière. 2. Dispositif de freinage selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que l'axe (110) est bloqué en rotation. 3. Dispositif de freinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le freinage du pignon est assuré par un manchon (112) agencé autour de l'axe de marche arrière et disposant d'un jeu axial autour de celui-ci permettant au 20 pignon (111) de tourner librement sur l'axe (110) en situation de repos, et possédant un cône de frottement (112,b) apte à coopérer avec une surface conique complémentaire de frottement (111,b) du pignon (111) pour assurer le freinage de celui-ci avant l'engagement de la marche arrière. 25 4. Dispositif de freinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que Le manchon (112) possède une excroissance d'interdiction (112,c) percée d'un orifice (112,d, 112,e) coopérant avec un pion cylindrique d'orientation (120) fixe, pour contrôler le déplacement de 30 l'axe (111) et du manchon (112) de façon telle que le pignon (111) soit freiné avant l'engagement de sa denture (111,c) avec la denture (46,a). 5. Dispositif de freinage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pion (120) et l'orifice excentré- 12 - (112,d, ll2,e) du manchon (112) présentent des parties coniques (120,a) et (112,e) qui coopèrent pour bloquer axialement le manchon et le pignon pendant la phase de freinage. 6. Dispositif de freinage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'excroissance (112,c) du manchon (112) est disposée à l'extrémité opposée de la surface conique de frottement (112,b). 7. Dispositif de freinage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la rotation du manchon (112) autour de l'axe (110) est limitée par la coopération de la partie conique (ll2,e) de son orifice excentré, avec la restriction conique (120,a), du pion d'orientation (120). 8. Dispositif de freinage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orientation angulaire de l'axe (110) est contrôlée par un système d'indexation comportant une noix d'indexation (113) fixée sur l'axe par un clou d'entraînement (114) servant à son entraînement par la commande de changement de rapport, et qui possède deux bras (113,a) entre lesquels glisse le pion d'orientation (120). 9. Dispositif de freinage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pignon intermédiaire de marche arrière (111) est entraîné dans le sens de déplacement vers l'engagement, par une goupille (115) plantée transversalement sur l'axe (110). 10. Dispositif de freinage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pignon intermédiaire (111) est ramené à sa position repos par le manchon (112).30