Brevet FR3018571A1 — publié le 20150918

DISPOSITIF ET PROCEDE DE COUPLAGE A BALADEUR ET A CLABOTS POUR BOITE DE VITESSES L'invention se situe dans le domaine des boites de vitesses manuelles, automatiques ou robotisées, ainsi que de tout type de transmission hybride équipant des véhicules terrestres à moteur, intégrant un système de passage de vitesses à clabots. Plus précisément, elle a pour objet un dispositif de couplage à clabots d'un pignon fou sur un arbre de boîte de vitesses, comprenant un moyeu fixé sur l'arbre du pignon, une couronne à clabots solidaire du pignon fou, et un manchon baladeur déplacé par la commande interne de vitesse de la boîte pour lier mécaniquement en rotation l'arbre et le pignon lors de l'engagement d'un rapport. Cette invention a également pour objet un procédé de couplage d'une couronne à clabots solidaire d'un pignon fou sur un arbre de boîte de vitesses avec un moyeu fixé sur l'arbre du pignon, à l'aide d'un manchon baladeur déplacé par la commande interne de vitesse de la boîte pour lier mécaniquement en rotation l'arbre et le pignon, lors de l'engagement d'un rapport. Le moyeu d'un système de couplage à baladeur, est généralement lié en rotation par des cannelures internes, à des cannelures externes de l'arbre. Dans tout système de couplage de boîte de vitesses à clabots, les clabots permettent d'assurer les changements de rapports et la transmission du couple moteur vers les roues du véhicule. Ils ont donc deux fonctions principales : permettre l'engagement du rapport sans synchronisation, et assurer le passage du couple sans sauts de vitesses, en rapport engagé. Selon une disposition habituelle, le baladeur intègre des clabots, qui s'engagent entre les clabots de la couronne lors du couplage. L'insertion des clabots du baladeur dans ceux du pignon, nécessite de ménager un jeu de denture suffisant entre eux, compte tenu des conditions de rotation différentielles des pièces, et de la vitesse axiale du baladeur, lors du passage de vitesses. Le jeu permet d' « entrer » du premier coup, sans rebond ni retour, pour lier les pièces en rotation. La valeur idéale du jeu entre les clabots du pignon et ceux du baladeur, dépend des contraintes fonctionnelles du passage de vitesses. Cependant, le jeu nécessaire à la fonction « passage de vitesses » est conservé pendant la poursuite de la pénétration des clabots, et également lorsque les pièces sont couplées en rotation. Mais, le simple crabotage axial du baladeur sur la couronne du pignon, ne permet pas de les verrouiller totalement en rapport engagé, si bien que, à partir d'un certain effort de dégagement, la vitesse peut sauter. L'effort axial minimum pour dé-craboter le baladeur (saut de vitesse) s'abaisse dès lors que le baladeur peut basculer légèrement sur son axe, et que l'usure et la prise de jeu apparaissent dans le système : rayonnage des arêtes, matage, « rotulage » du baladeur autour du moyeu, etc. Par la publication FR 2 887 604, on connaît un agencement à clabots pour boîte de vitesses à clabots, dans lequel le baladeur et la couronne de clabotage du pignon portent des clabots dont les flancs présentent des contre-dépouilles appelées « anti-lâchers », dont la fonction est d'assurer une conversion du couple en effort axial, et d'éviter ainsi les sauts de vitesses. Les anti-lâchers sont efficaces pour limiter les sauts de vitesse. Toutefois, leur réalisation sur les clabots est très contraignante pour les processus de fabrication, notamment car l'obtention des pièces par frittage devient difficile, et que les opérations nécessaires de roulage, ou de taillage des pièces, impliquent des surcoûts machine / investissement importants. Ce constat est valable quel que soit le type d'anti-lâcher, que ce soit avec des surfaces de clabots planes, ou en développante de cercle. La présente invention vise à garantir un verrouillage absolu du baladeur en rapport engagé, tout en simplifiant les pièces au maximum, et en autorisant des processus d'obtention de type frittage, ou formage, pour l'ensemble des pièces, grâce à leur géométrie simplifiée. Dans ce but, elle propose que le moyeu présente à sa 5 périphérie des encoches axiales supportant des clavettes qui basculent de part et d'autres d'une position centrale de point mort sous la poussée axiale du baladeur pour s'engager entre les clabots de la couronne lors de l'engagement d'une vitesse, de manière à assurer la transmission du couple entre 10 l'arbre de la boîte et le pignon fou sur le rapport engagé. De préférence, les clavettes basculent autour de bossettes en forme de demi-cylindre radialement en saillie au fond des encoches du moyeu. En fonctionnement, le dispositif présente : 15 une phase de point mort où le baladeur est guidé sur le moyeu par sa portée cylindrique, les clavettes étant centrées sur des bossettes du moyeu, et calées entre des rampes du baladeur, une phase d'accostage des clabots avec les 20 clavettes, où le baladeur se déplace axialement et les clavettes tournent autour des bossettes, sous la poussée d'une rampe du baladeur, les clavettes n'étant pas encore engagées entre les clabots, et une phase d'engagement où un déplacement axial 25 final du baladeur entraine les clavettes angulairement entre les clabots de la couronne. 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, 30 sur lesquels : la figure 1 est une vue éclatée du système proposé, la figure 2 est une vue séparée du baladeur, la figure 3 montre l'agencement des clavettes sur le moyeu, 35 la figure 4 est une vue de détail montrant les zones fonctionnelles des clavettes, les figures 5A à 5D illustrent le fonctionnement du système, et la figure 6 illustre une variante de l'invention. Le système proposé se compose essentiellement d'un 5 moyeu 1, de couronnes à clabots 2, d'un manchon-baladeur 3 et d'un ensemble de clavettes 4 basculantes. Il s'agit d'un dispositif de couplage à clabots d'un pignon fou sur un arbre de boîte de vitesses, comprenant un moyeu 1 fixé sur l'arbre du pignon, une couronne à clabots 2 solidaire du pignon fou, 10 et un manchon baladeur 3, déplacé par la commande interne de vitesse de la boîte pour lier mécaniquement en rotation l'arbre et le pignon lors de l'engagement d'un rapport. Le manchon-baladeur 3, ne comporte aucune cannelure intérieure. Il est centré sur le moyeu 1 par une portée cylindrique 3a, 15 bordée de deux rampes d'appui latérales 3b. En cas de risque d'usure par l'apparition d'une rotation différentielle par rapport aux clavettes, un indexage angulaire peut s'avérer nécessaire. Sans sortir du cadre de l'invention, le baladeur peut donc comporter des 20 moyens d'indexage angulaire sur le moyeu, comme sur la figure 6. Il possède une interface 3c avec la fourchette (non représentée) actionnant le système axialement. L'interface se présente dans le mode de réalisation décrit, sous la forme une collerette « mâle » 3c, apte à coopérer avec une 25 fourchette « femelle ». Toutefois la disposition inverse (gorge sur le baladeur en vis-à-vis d'une fourchette « mâle ») ne sort pas du cadre de l'invention. Les rampes latérales 3b, visibles sur les figures 1 et 2, permettent d'actionner les clavettes 4, tout au long de 30 l'engagement/dégagement du rapport. Le moyeu 1 possède des cannelures internes la pour transmettre le couple à l'arbre de boîte portant le pignon à claboter. Elles assurent sa liaison mécanique entre l'arbre et le moyeu 1. Le moyeu 1 présente à sa périphérie des encoches axiales lb supportant 35 des clavettes 4 qui basculent de part et d'autre d'une position centrale de point mort, sous la poussée axiale du baladeur 3 pour s'engager entre les clabots 2a de la couronne 2 lors de l'engagement d'une vitesse, de manière à assurer la transmission du couple entre l'arbre de la boîte et le pignon fou sur le rapport engagé. Ces rainures, ou encoches lb, sont donc ménagées sur le moyeu 1 pour recevoir les clavettes 4. Les bossettes lc que l'on trouve au fond des encoches lb, permettent le basculement des clavettes 4 au cours de l'engagement du rapport. Leur forme en demi-cylindre facilite le basculement des clavettes 4, qui reposent sur celles-ci. Des écopes de lubrification ld, sont découpées sur les flancs du moyeu 1, pour assurer la lubrification au contact avec les pignons fous. Le moyeu peut être massif, conformément aux schémas, ou allégé dans le respect d'un compromis satisfaisant entre sa tenue / rigidité et sa masse. Enfin, la portée cylindrique extérieure du moyeu le, assure le centrage du baladeur. Chaque clavette 4 interagit par basculement lors de l'engagement, avec le baladeur 3, le moyeu 1 et les clabots de la couronne 2 à verrouiller. Le basculement total de la clavette 4, lorsqu'elle vient en butée angulaire avec le fond de dent des clabots, assure le verrouillage de la fonction pour transmettre le couple du moyeu vers la couronne à clabots. La figure 4 permet de distinguer sur la clavette 4 : - les rampes d'appui 4a du baladeur lors de l'engagement d'une vitesse, et du retour au point mort, - les flancs de reprise de couple et de guidage angulaire 4b en vis-à-vis du moyeu, - les rampes de centrage 4c autour de la bossette du 30 moyeu, lors du basculement, et - les zones d'accrochage 4d avec les clabots (flanc tirage et flanc rétro). Au point mort (figure 5B), le baladeur 3 est guidé sur le moyeu 1 par sa portée cylindrique 3a. Les clavettes 4 sont 35 centrées sur les bossettes lc du moyeu, et calées entre les rampes 3b du baladeur. L'ensemble est maintenu ainsi par équilibrage, et positionné axialement par la fourchette. Il existe un jeu J1 radial entre les clavettes et les clabots, de chaque côté, donc pour chaque rapport. Ce jeu garantit qu'il n'y a aucun contact entre les pièces lorsque le système est au point mort. Lors de la phase d'accostage des clabots avec les clavettes (figure 5C), le baladeur 3 se déplace axialement sous l'action de la fourchette, entraînée elle-même par une commande interne de boite de vitesses manuelle ou robotisée. Les clavettes 4 tournent autour des bossettes lc, sous la poussée de la rampe 3b du baladeur. Les clavettes 3 ne sont pas encore engagées entre les clabots de la couronne 2. Elles sont en en attente d'une configuration angulaire autorisant leur engagement. L'insertion des clavettes les clabots 2a de la couronne, nécessite de ménager un jeu de denture permettant, aux clavettes d'entrer du premier coup sans rebond ni retour pour lier les pièces entre-elles, compte tenu de différentiel de vitesse entre les pièces en rotation. Toutefois, un ressort (non représenté car intégré à la commande interne de la boîte) permet de garantir un accostage sans choc ressenti. L'engagement, ou phase de verrouillage (figure 5D), conclut le passage du rapport par un déplacement axial final du baladeur 3 entrainant les clavettes angulairement entre les clabots de la couronne 2. La position radiale du baladeur 3 interdit désormais tout retour des clavettes 4, qui sont bloquées radialement et angulairement, car leurs bossettes reposent alors hors de la rampe 3b du baladeur, sur sa partie cylindrique 3a. Le couple est transmis sans risque de saut de rapports. La mise en butée axiale du baladeur en fin de course est réalisée, soit par une butée mécanique sur le pignon fou, soit par la position de la commande interne. L'essentiel est de garantir un recouvrement suffisant des pièces. Les flancs 4b des clavettes sont toujours en prise latérale avec le moyeu 1. Elles assurent ainsi la transmission du couple entre les clabots et le moyeu. Contrairement aux systèmes connus, le baladeur n'assure ici qu'une fonction de passage de vitesses sans transmettre de couple. Enfin, le retour au point mort, se fait dans l'ordre inverse des opérations décrites précédemment. Une géométrie de type bossette à l'extrémité du baladeur peut s'avérer utile pour assurer l'irréversibilité du système sous couple. Dans certaines applications, où la position point mort doit être donnée par le baladeur, on peut prévoir d'ajouter des billages montés dans des trous du moyeu, par exemple trois systèmes de billages 6, répartis à 120° autour du baladeur. Dans cette variante, qui est illustrée par la figure 6, le baladeur 3 présente une gorge intérieure 3f, pour recevoir les billages. Cette disposition est réalisable avec des procédés de frittage et perçages de trous dans le moyeu pour loger ressorts et billes ou cartouche de billage. Sans sortir du cadre de l'invention, il est aussi possible de monter d'autres systèmes d'indexage, du type joncs, ressorts en tôle etc. Les avantages de l'invention sont nombreux : - le verrouillage absolu en rapport engagé, supprime tout risque de saut de vitesses, - la suppression des anti-lâchers sur les clabots facilite la fabrication des pièces, - l'encombrement axial du dispositif est réduit, et - toutes les pièces peuvent être obtenues par frittage, ce qui permet un gain en masse global de l'ordre de 20%.30 REVENDICATIONS1. Dispositif de couplage à clabots d'un pignon fou sur un arbre de boîte de vitesses, comprenant un moyeu (1) 5 fixé sur l'arbre du pignon, une couronne à clabots (2) solidaire du pignon fou, et un manchon baladeur (3) déplacé par la commande interne de vitesse de la boîte pour lier mécaniquement en rotation l'arbre et le pignon lors de l'engagement d'un rapport, caractérisé en ce que le moyeu (1) 10 présente à sa périphérie des encoches axiales (lb) supportant des clavettes (4) qui basculent de part et d'autres d'une position centrale de point mort sous la poussée axiale du baladeur (3) pour s'engager entre les clabots (2a) de la couronne (2) lors de l'engagement d'une vitesse de manière à 15 assurer la transmission du couple entre l'arbre de la boîte et le pignon fou sur le rapport engagé. 2. Dispositif de couplage à clabots selon la revendication 1, caractérisé en ce que les clavettes basculent atour de bossettes de (1c) en forme de demi- 20 cylindre radialement en saillie au fond des encoches (lb) du moyeu. 3. Dispositif de couplage à clabots selon la revendication 1, ou 2, caractérisé en ce que les clavettes (4) présentent des rampes d'appui (4a) du baladeur (3), lors 25 de l'engagement d'une vitesse, et du retour au point mort. 4. Dispositif de couplage à clabots selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les clavettes (4) présentent des flancs (4b) de reprise de couple et de guidage angulaire vis-à-vis du moyeu (1), qui sont en 30 prise latérale avec celui-ci, pour assurer la transmission du couple entre les clabots (2a) et le moyeu (1). 5. Dispositif de couplage à clabots selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les clavettes (4) présentent des rampes de centrage (4c) autour 35 de la bossette du moyeu, lors du basculement, et des zones d'accrochage (4d) avec les clabots. 6. Dispositif de couplage à clabots, selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il existe un jeu radial (J1) entre les clavettes (4) et les clabots (2a) au point mort. 7. Dispositif de couplage à clabots selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le baladeur (3) ne comporte aucune cannelure intérieure, et en ce qu'il centré sur le moyeu (1) par une portée cylindrique (3a) bordée de deux rampes latérales (3b). 8. Dispositif de couplage à clabots, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des systèmes de billage (6) montés dans des trous du moyeu(1). 9. Dispositif de couplage à clabots, selon la 15 revendication 8, caractérisé en ce que le baladeur (3) présente une gorge intérieure (3f), pour recevoir les systèmes de billage (6). 10. Procédé de couplage de couplage d'une couronne à clabots (2) solidaire d'un pignon fou (2) sur un arbre de 20 boîte de vitesses avec un moyeu (1) fixé sur l'arbre du pignon, à l'aide d'un manchon baladeur (3) déplacé par la commande interne de vitesse de la boîte pour lier mécaniquement en rotation l'arbre et le pignon lors de l'engagement d'un rapport, caractérisé en ce qu'il présente 25 les phases suivantes : - une phase de point mort où le baladeur (3) est guidé sur le moyeu (1) par sa portée cylindrique (3a), les clavettes (4) étant centrées sur des bossettes (1c) du moyeu, et calées entre des rampes (3b) du baladeur, 30 - une phase d'accostage des clabots (2a) avec les clavettes (4), où le baladeur (3) se déplace axialement et les clavettes (4) tournent autour des bossettes (1c) sous la poussée d'une rampe (3b) du baladeur, les clavettes 3 n'étant pas encore engagées entre les clabots (2), et 35 - une phase d'engagement où le baladeur 3 entraine les clavettes angulairement entre les clabots (2a).