Brevet FR3060080A1 — publié le 20180615

SYSTEME DE SYNCHRONISATION POUR BOITE DE VITESSES COMPRENANT UN MANCHON AVEC VERROUILLAGE À BILLES La présente invention concerne un système de synchronisation pour une boîte de vitesses de véhicule automobile, ainsi qu'une boîte de vitesses équipée de tels systèmes de synchronisation, et un véhicule automobile comportant une telle boîte de vitesses. Les véhicules automobiles comportent généralement une boîte de vitesses disposée en sortie du moteur thermique, présentant différents rapports de vitesse permettant d'ajuster la démultiplication entre le moteur et les roues motrices. Un type de boîte de vitesses connu comporte des couples de pignons portés par deux arbres parallèles, présentant pour chaque couple un pignon fixe sur son arbre et l'autre pignon qui est libre en rotation. Chaque pignon libre est associé à un système de synchronisation, comportant un manchon coulissant axialement lié en rotation avec l'arbre par des cannelures, qui commande un dispositif assurant la synchronisation de la vitesse du pignon libre, puis son crabotage afin d'effectuer l'engagement du rapport de vitesse défini par le couple de pignon. Ces boîtes de vitesses peuvent comporter un simple embrayage en entrée, et une commande manuelle ou automatique, ou un double embrayage en entrée. La commande des vitesses est faite par un levier réalisant d'abord une sélection d'une fourchette par un mouvement transversal de ce levier, puis un déplacement de cette fourchette par le déplacement longitudinal. Un type de système de synchronisation connu, présenté notamment par les documents FR-B1-2853377 et FR-B1-2830302, comporte un moyeu fixe par rapport à l'arbre, recevant un manchon engagé sur des cannelures de son contour extérieur. Une bille poussée dans la direction radiale par un ressort, engagée dans un perçage radial du manchon pour le premier document, et du moyeu 3060080 2 pour le deuxième document, est pressée sur une forme complémentaire de l'autre élément afin de réaliser un verrouillage de la position axiale du manchon de synchronisation. Toutefois certains systèmes de synchronisation ne comportent pas de moyeu fixé sur l'arbre. 5 Un autre système de synchronisation connu sans moyeu fixe, présenté notamment par le document FR-A1-2986290, comporte un manchon comprenant un flasque central disposé transversalement, présentant une partie annulaire extérieure d'entraînement déplacée par une fourchette de commande. Un moyeu de crabotage fixé de chaque côté du flasque central, 10 comporte des cannelures intérieures coulissant directement sur l'arbre. Le flasque central supporte un anneau axial présentant de chaque côté de ce flasque une face intérieure conique de frottement qui coopère avec un cône de frottement lié en rotation au pignon, et une denture de crabotage. Ce système de synchronisation ne comporte pas de dispositif de 15 verrouillage de la position axiale du manchon, qui est reporté sur la commande de la boîte de vitesses. On peut en particulier disposer un verrouillage sur l'arbre de commande sortant de la boîte de vitesses. On peut en variante disposer dans chaque fourchette de commande une bille pressée par un ressort, qui est engagée dans des creux formés sur la tige supportant 20 cette fourchette pour la bloquer dans des positions prédéfinies. Toutefois ce système de synchronisation pose différents problèmes. Avec les jeux et les dispersions de fabrication, le verrouillage de l'arbre de commande ou de la fourchette laisse une certaine incertitude sur la position du manchon qui reste légèrement flottant. Ses faces coniques peuvent venir 25 lécher les cônes de frottement des pignons, ce qui entraîne un risque d'échauffement, d'usure, et d'augmentation de la traînée de la boîte de vitesses occasionnant des pertes de rendement. Par ailleurs un autre système de synchronisation connu, présenté notamment par le document EP-A1-1239174, comporte un manchon 30 présentant dans un perçage central des cannelures coulissant directement sur l'arbre, formé par deux moyeux disposés de manière symétrique. Suivant une version de ce système, des ressorts sont disposés radialement entre les 3060080 3 deux moyeux, chacun pressent vers l'arbre une bille qui s'ajuste dans un creux usiné sur cet arbre, afin de réaliser un verrouillage du manchon. Toutefois ce dispositif de verrouillage du manchon comportant les ressorts disposés radialement, présente un encombrement radial important, 5 qui peut gêner l'implantation des différents composants de ce manchon. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un système de synchronisation de pignons d'une boîte de vitesses, comportant un arbre portant ces pignons, et un 10 manchon entraîné en rotation par l'arbre, coulissant axialement pour réaliser une synchronisation et un crabotage des pignons disposés de chaque côté, ce système étant remarquable en ce que le manchon comporte des perçages disposés radialement débouchant sur un creux formé sur l'arbre, contenant chacun une bille, et en ce qu'il comporte un jonc élastique de 15 verrouillage qui entoure radialement à l'extérieur l'ensemble des billes. Un avantage de ce système de synchronisation est que le jonc élastique entourant l'ensemble des billes, constitue un ressort pressant les billes dans des creux formés sur l'arbre, qui présente un encombrement très réduit. 20 En particulier on ajoute au-dessus des billes seulement la section transversale du jonc, qui peut présenter des dimensions très réduites. L'espace radialement au-dessus du jonc élastique est libre pour disposer d'autres composants du manchon. Le système de synchronisation selon l'invention peut de plus comporter 25 une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, chaque perçage est prévu pour déboucher sur le sommet d'une cannelure de l'arbre. Avantageusement, chaque perçage présente vers l'arbre un diamètre 30 réduit inférieur à celui de la bille. 3060080 4 Avantageusement, le système de synchronisation comporte une bague de verrouillage ajustée sur l'arbre, comprenant les perçages recevant les billes. En particulier, le perçage central de la bague de verrouillage peut 5 comporter des cannelures prévues pour s'ajuster sur des cannelures de l'arbre. En particulier, le manchon peut comporter de chaque côté d'un flasque central un moyeu réalisé en tôle, la bague de verrouillage étant ajustée dans un perçage central du flasque, entre les deux moyeux. 10 Avantageusement, la bague de verrouillage comporte une rainure circulaire ouverte radialement vers l'extérieur, recevant le jonc de verrouillage. Dans ce cas, avantageusement le manchon de synchronisation comporte un jonc ouvert d'armement pressant radialement vers l'extérieur 15 sur des doigts axiaux d'armement reliés à des bagues de synchronisation comportant des cônes de frottement, ce jonc d'armement étant disposé autour du jonc de verrouillage. L'invention a aussi pour objet une boîte de vitesses pour un véhicule automobile, équipée de pignons libres prévus pour réaliser des rapports de 20 vitesse, comportant des systèmes de synchronisation pour l'engagement de ces pignons libres comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile équipé d'une boîte de vitesses disposée entre un moteur et les roues motrices, 25 comprenant la caractéristique précédente. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un système de 30 synchronisation selon l'invention prévu pour être disposé entre deux pignons libres, un seul de ces pignons étant représenté ; 3060080 5 - la figure 2 est une vue éclatée présentant les composants de ce système ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale partielle du manchon de synchronisation de ce système ; 5 - la figure 4 est une vue en coupe transversale de la bague centrale de ce système présentant une bille de verrouillage ; et - la figure 5 est une vue du manchon de synchronisation présenté en coupe transversale suivant le plan médian. Les figures 1, 2, 3, 4 et 5 présentent un système de synchronisation 10 comportant un manchon de synchronisation 4 disposé sur un arbre 2 d'une boîte de vitesses, présentant une symétrie par rapport à un plan transversal médian, prévu pour recevoir de chaque côté un pignon libre 6. Chaque pignon 6 comporte un moyeu présentant un alésage lisse de guidage sur le diamètre extérieur des cannelures de l'arbre 2, une denture 15 extérieure 10, et entre les deux sur la face latérale tournée vers le manchon 4, un épaulement circulaire de centrage 38. Le manchon 4 comporte un flasque central 30 formant une rondelle plate, présentant une couronne extérieure prévue pour être engagée dans une fourchette de commande de la boîte de vitesses, assurant un 20 coulissement axial de ce manchon. Chaque côté du flasque central 30, reçoit un moyeu 20 en tôle présentant une face transversale plane qui se prolonge vers l'arbre 2 par un déport axial 24 tourné vers le pignon 6, se terminant par un rebord radial comportant un perçage central présentant des cannelures intérieures 26 qui 25 s'ajustent sur celles de l'arbre 2 afin d'assurer l'entraînement. Les deux moyeux 20 sont fixés ensemble avec le flasque 30 intercalé entre eux, par six rivets 42 traversant des perçages 44 de ces moyeux et du flasque, présentant un épaulement de sertissage à chaque extrémité. Le contour extérieur de chaque moyeu 20 comporte une denture de 30 crabotage 28 présentant pour chaque dent un côté tourné vers le pignon 6 qui est taillé en pointe. 3060080 6 Chaque pignon 6 reçoit sur son épaulement de centrage 38 une couronne de crabotage 32 réalisée en tôle, comportant une partie transversale plane présentant un perçage central ajusté sur cet épaulement, qui est fixée au pignon par une soudure. 5 La couronne de crabotage 32 comporte radialement vers l'extérieur un rebord axial 34 tourné vers le manchon 4, comprenant à son extrémité une denture de crabotage 36 découpée dans la tôle, présentant pour chaque dent une extrémité taillée en pointe, prévue pour recevoir axialement la denture 28 du moyeu 20 disposé en face afin d'assurer une liaison 10 d'entraînement entre le manchon 4 et le pignon 6. Le rebord axial 34 de chaque couronne de crabotage 32 présente une face intérieure légèrement conique, se resserrant vers le pignon 6, recevant un cône de frottement formé sur l'extérieur d'une bague de synchronisation 40, qui s'ajuste dedans. 15 Les deux bagues de synchronisation 40, les deux moyeux 20 ainsi que le flasque central 30 comportent trois séries de perçages 50 formant chacun un alignement traversant cet ensemble. Chaque alignement de perçages 50 reçoit un doigt axial sensiblement cylindrique 52, présentant à chaque extrémité 54 une partie affinée qui s'ajuste dans le perçage 50 d'une bague 20 de synchronisation 40 afin d'être sertie pour assurer une fixation rigide sur ces bagues. Le flasque central 30 présente un perçage central recevant à l'intérieur un jonc d'armement ouvert 60, dont l'ouverture est retenue par un bossage 62 dépassant à l'intérieur de ce perçage. Le jonc d'armement 60 est calé 25 latéralement de chaque côté par la face transversale plane d'un moyeu 20, qui est serrée sur le côté du flasque central 30. Chaque doigt axial 52 présente une face plane parallèle à l'axe, tournée vers l'arbre 2, comportant une rainure en forme de « V » disposée perpendiculairement à l'axe. Quand le manchon 4 est dans sa position 30 centrale de repos, le contour radialement extérieur du jonc d'armement 60 est ajusté dans la rainure en « V », en pressant radialement vers l'extérieur par son élasticité sur le fond de cette rainure. 3060080 7 La partie affinée centrale 56 de chaque doigt axial 52, est reliée de chaque côté à une partie de plus grand diamètre par une partie conique. L'espace disposé entre les déports axiaux 24 des deux moyeux 20, est rempli par une bague de verrouillage 66 réalisé par le moulage d'une matière 5 plastique, comportant dans son perçage central des cannelures engagées sur celles de l'arbre 2. Le contour extérieur de la bague de verrouillage 66 comporte une fente circulaire disposée dans le plan médian, ouverte radialement vers l'extérieur, recevant un jonc ouvert de verrouillage 64 dont l'ouverture est aussi calée 10 par le bossage intérieur 62 du flasque 30. Le jonc d'armement 60 disposé autour de la bague de verrouillage 66, présente une largeur un peu inférieure à celle du flasque 30 de manière à être guidé axialement entre les deux manchons 20 tout en pouvant faire librement son expansion. 15 En variante le jonc d'armement 60 peut être inséré et guidé dans la fente circulaire de la bague de verrouillage 66, autour du jonc de verrouillage 64. La bague de verrouillage 66 comporte dans son plan médian trois perçages radiaux 72 qui débouchent avec un diamètre réduit sur le sommet 20 d'une cannelure de l'arbre 2. Chaque perçage radial 72 reçoit une bille 68, qui est serrée vers l'arbre 2 par le jonc de verrouillage 64 entourant toutes les billes. La figure 4 présente la distance H qui est la hauteur de la bille dépassant par rapport au sommet de la cannelure de l'arbre 2. 25 Les perçages 72 débouchant vers l'arbre 2 avec un diamètre inférieur à celui des billes 68, permettent de maintenir ces billes à l'intérieur de la bague de verrouillage 66 après avoir disposé autour le jonc de verrouillage 64, sans risquer de perdre ces billes. On réalise de cette manière un sous-ensemble comme présenté figure 3, facile à installer sur l'arbre 2 de la boîte de 30 vitesses lors de son assemblage, sans risquer de perdre des billes 68. L'arbre 2 présente trois creux 70 formés par usinage sur le sommet de cannelures, présentant chacun dans un plan axial une courbure prévue pour 3060080 8 recevoir une bille 68. Dans la position neutre du manchon 4, les billes 68 de la bague de verrouillage 66 sont pressées au fond des creux 70, ce qui réalise un maintien axial de ce manchon dans une position précise. Lors d'un mouvement du manchon 4 d'un côté ou de l'autre, les billes 5 68 doivent sortir des creux 70 suivant la hauteur H en repoussant vers l'extérieur le jonc de verrouillage 64, puis ensuite coulissent librement sur leur cannelure de l'arbre 2 sans gêner la suite du mouvement de synchronisation et de crabotage de ce manchon. En variante on peut prévoir un nombre différent de billes 68. On peut 10 aussi prévoir d'autres creux 70 sur l'arbre 2 permettant le verrouillage du manchon 4 dans les positions de crabotage. On notera que le jonc de verrouillage 64 constitue un ressort unique pressant également sur toutes les billes 68, qui présente en coupe axiale un encombrement très réduit. On peut en particulier loger facilement au-dessus 15 du jonc de verrouillage 64, le jonc d'armement 60, puis les doigts axiaux 52 et les bagues de synchronisation 40. L'ensemble présente une compacité importante. Le système de synchronisation est formé de manière simple et économique, avec notamment le manchon 4 comprenant le flasque central 20 30 et les deux moyeux 20, et les couronnes de crabotage 32 qui sont réalisés par des tôles découpées et embouties présentant un coût réduit. REVENDICATIONS1 - Système de synchronisation de pignons (6) d'une boîte de vitesses, comportant un arbre (2) portant ces pignons (6), et un manchon (4) entraîné en rotation par l'arbre (2), coulissant axialement pour réaliser une synchronisation et un crabotage des pignons (6) disposés de chaque côté, caractérisé en ce que le manchon (4) comporte des perçages (72) disposés radialement débouchant sur un creux (70) formé sur l'arbre (2), contenant chacun une bille (68), et en ce qu'il comporte un jonc élastique de verrouillage (64) qui entoure radialement à l'extérieur l'ensemble des billes (68). 2 - Système de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque perçage (72) est prévu pour déboucher sur le sommet d'une cannelure de l'arbre (2). 3 - Système de synchronisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque perçage (72) présente vers l'arbre (2) un diamètre réduit inférieur à celui de la bille (68). 4 - Système de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une bague de verrouillage (66) ajustée sur l'arbre (2), comprenant les perçages (72) recevant les billes (68). 5 - Système de synchronisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le perçage central de la bague de verrouillage (66) comporte des cannelures prévues pour s'ajuster sur des cannelures de l'arbre (2). 6 - Système de synchronisation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le manchon (4) comporte de chaque côté d'un flasque central (30) un moyeu réalisé en tôle (20), la bague de verrouillage (66) étant ajustée dans un perçage central du flasque (30), entre les deux moyeux (20). 7 - Système de synchronisation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la bague de verrouillage (66) comporte une rainure circulaire ouverte radialement vers l'extérieur, recevant le jonc de verrouillage (64). 3060080 10 8 - Système de synchronisation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le manchon de synchronisation (4) comporte un jonc ouvert d'armement (60) pressant radialement vers l'extérieur sur des doigts axiaux d'armement (52) reliés à des bagues de synchronisation (40) comportant des 5 cônes de frottement, ce jonc d'armement (60) étant disposé autour du jonc de verrouillage (64). 9 - Boîte de vitesses pour un véhicule automobile, comportant des pignons libres (6) prévus pour réaliser des rapports de vitesse, caractérisée en ce qu'elle comporte des systèmes de synchronisation pour l'engagement 10 de ces pignons libres (6), réalisés selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10 - Véhicule automobile comportant une boîte de vitesses disposée entre un moteur et les roues motrices, caractérisé en ce que cette boîte de vitesses est selon la revendication 9.