Brevet FR3060077A1 — publié le 20180615

SYSTEME DE SYNCHRONISATION POUR BOITE DE VITESSES COMPORTANT UNE LIAISON D'ARMEMENT RELIEE AU PIGNON 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 couramment utilisé 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. Un type de système de synchronisation connu, présenté notamment par le document EP-A1-1239174, réalisé suivant un principe appelé « Borg Warner », comporte un manchon comprenant de chaque côté une tôle formant un rebord axial présentant à l'intérieur une denture de crabotage. La denture de crabotage du manchon comporte vers l'avant des pentes qui pressent sur des chanfreins d'entrée de la denture d'une bague de 30 synchronisation comprenant un cône de frottement engagé sur un cône correspondant du pignon libre, formant un système de dévirage. Pendant la phase de synchronisation la différence de vitesse entre les deux cônes 3060077 2 applique un couple d'entraînement vers l'avant sur la bague de synchronisation, qui donne un décalage angulaire entre les dents des deux jeux de dentures empêchant le manchon d'avancer. Quand la différence de vitesse devient faible le couple d'entraînement 5 s'annule pratiquement ce qui permet une petite rotation en sens arrière de la bague de synchronisation formant un dévirage, permettant l'avance rapide de la denture du manchon sur celle de cette bague, puis son engagement sur une denture de crabotage liée au pignon. Le système de dévirage est disposé entre le manchon et la bague de 10 synchronisation. La bague de synchronisation a une position axiale fixe, pendant l'engagement du rapport le manchon avance par rapport à cette bague. Ce type de système de synchronisation pose un problème d'efficacité des cônes de frottement, qui sont disposés sur un diamètre nettement 15 inférieur à celui des dentures de crabotage. Pour y remédier on peut disposer en parallèle plusieurs cônes de frottement, ce qui augmente le nombre d'éléments et le coût. Un autre type de système de synchronisation connu, présenté notamment par le document FR-A1-2986290, comporte un manchon 20 comprenant un flasque central disposé transversalement, présentant un contour extérieur de commande déplacé par une fourchette de commande. Un moyeu de crabotage fixé de chaque côté du flasque central, comporte des cannelures intérieures coulissant sur l'arbre, et sur son contour extérieur une denture de crabotage. 25 Un anneau axial disposé en dessous du contour extérieur de commande du flasque, présente de chaque côté de ce flasque une face conique intérieure tournée vers le pignon. L'anneau traversant le flasque, est lié à ce flasque par une liaison d'armement à ressort assurant un entraînement en rotation, et permettant un coulissement axial. Une bague de synchronisation liée en rotation au pignon comporte un cône extérieur de frottement coopérant avec la face conique intérieure de 3060077 3 l'anneau, et comporte décalé en dessous de ce cône extérieur, un perçage axial équipé d'une denture intérieure de crabotage. Le déplacement du flasque central entraîne par la liaison d'armement à ressort l'anneau, sa face intérieure conique presse sur le cône de la bague 5 de synchronisation afin de synchroniser la vitesse du pignon libre. Quand la différence de vitesse devient faible, un système de dévirage permet l'avance du manchon, l'anneau restant en arrière en appui sur la bague de synchronisation qui ne se déplace pas, puis l'engagement de la denture extérieure de crabotage du moyeu dans la denture intérieure de 10 cette bague. L'implantation des cônes de synchronisation sur un grand diamètre à l'extérieur de la denture de crabotage, donne un couple élevé de synchronisation grâce au rayon d'action du couple de frottement qui est important. Toutefois la liaison entre l'anneau et le flasque comportant la 15 liaison d'armement, est complexe à réaliser. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un système de synchronisation pour une boîte de vitesses, comportant au moins un pignon libre porté par un arbre, une 20 bague de synchronisation liée en rotation au pignon, présentant un cône radialement extérieur de frottement, et comportant un manchon coulissant entraîné par l'arbre, équipé d'une première denture de crabotage avec le pignon et d'une face conique interne de frottement coopérant avec le cône extérieur de frottement, ce système étant remarquable en ce que la bague de 25 synchronisation est reliée au pignon par une liaison d'armement permettant son coulissement après la phase de synchronisation, et en ce qu'une deuxième denture de crabotage est fixée au pignon. Un avantage de ce système de synchronisation est que la liaison d'armement étant disposée entre la bague de synchronisation et le pignon, la 30 face conique intérieure du manchon est reliée à ce manchon de manière fixe ce qui simplifie cette fixation. La liaison d'armement peut être facilement 3060077 4 réalisée entre la bague de synchronisation et le pignon, en utilisant notamment la largeur de ce pignon. Le système de synchronisation selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées 5 entre elles. Avantageusement, le manchon comporte un moyeu réalisé en tôle, comprenant radialement vers l'extérieur un rebord axial extérieur présentant la face conique interne de frottement. Dans ce cas, avantageusement le rebord axial extérieur se termine par 10 une découpe de la tôle formant la première denture de crabotage. Avantageusement, le moyeu comporte un rebord axial intérieur présentant une face conique externe de frottement, coopérant avec un cône intérieur de la bague de synchronisation. En particulier, le manchon peut comporter deux moyeux liés l'un à 15 l'autre, prévu chacun pour l'engagement d'un pignon libre disposé de son côté, recevant une couronne extérieure réalisée par surmoulage d'une matière plastique présentant une forme annulaire d'engagement d'une fourchette de commande du manchon. Avantageusement, la liaison d'armement comporte des plots axiaux 20 parallèles liés à la bague de synchronisation, qui peuvent coulisser axialement par rapport au pignon. Dans ce cas, avantageusement les plots axiaux comportent des pentes recevant l'appui d'un ressort qui s'oppose au coulissement axial de la bague de synchronisation vers le pignon. 25 De plus chaque plot axial peut comporter un cône axial en appui pendant la synchronisation sur un chanfrein d'entrée d'un perçage lié au pignon, ces appuis s'opposant au coulissement axial de la bague de synchronisation vers le pignon. L'invention a aussi pour objet une boîte de vitesses pour un véhicule 30 automobile équipée de pignons libres prévus pour réaliser des rapports de vitesse, cette boîte de vitesses comportant des systèmes de synchronisation 3060077 5 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, 5 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 présentée en perspective, d'un 10 système de synchronisation selon l'invention disposé entre deux pignons libres ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale présentée de face, de ce système de synchronisation ; - la figure 3 est une vue de détail d'une couronne de crabotage fixée sur 15 un pignon ; et - la figure 4 est une vue de détail du manchon de synchronisation équipé des bagues de synchronisation. Les figures 1, 2, 3 et 4 présentent un système de synchronisation comportant un manchon de synchronisation 4 disposé axialement sur un 20 arbre 2 d'une boîte de vitesses, entre deux pignons libres 6. Chaque pignon 6 comporte un moyeu 8 présentant un alésage lisse de guidage sur le diamètre extérieur des cannelures de l'arbre 2, une denture extérieure 10 non représentée, et entre les deux un flasque transversal comportant des perçages 12 régulièrement répartis. 25 Le manchon 4 comporte deux moyeux 20 en tôle, disposés symétriquement par rapport à un plan transversal médian P de symétrie, présentant chacun une face transversale plane 22 soudée sur la même face transversale de l'autre moyeu. La face transversale 22 de chaque moyeu 20 se prolonge vers l'arbre 2 30 par un rebord axial intérieur 24 tourné vers le pignon 6, se terminant par un perçage axial présentant des cannelures intérieures 36 qui s'ajustent sur celles de l'arbre 2 afin d'assurer l'entraînement. 3060077 6 Le contour extérieur de la face transversale 22 de chaque moyeu 20 se prolonge par un rebord axial extérieur 26 tourné vers le pignon 6, comportant à son extrémité une première denture de crabotage 28 présentant pour chaque dent une extrémité taillée en pointe. 5 Une couronne extérieure 30 formée par le surmoulage d'une matière plastique, notamment un polyamide, sur l'extérieur des deux moyeux 20 au niveau de leur jonction, présente une rainure circulaire extérieure disposée dans le plan médian P permettant l'engagement des doigts d'une fourchette de commande appliquant un mouvement axial pour déplacer le manchon 4. 10 En variante, la couronne extérieure 30 pour la commande du manchon peut être formée par tout autre moyen, comprenant notamment une bague réalisée par décolletage qui est insérée entre les deux moyeux 20 avent leur assemblage. Chaque pignon 6 présente du côté du manchon 4, une face latérale 15 plane se terminant vers l'axe par un rebord permettant le centrage et l'appui d'une couronne plate de crabotage 32 qui est fixée sur ce pignon par soudure. La couronne de crabotage 32 comporte sur son diamètre extérieur une deuxième denture de crabotage 34 prévue pour recevoir axialement la 20 première denture 28 du moyeu 20, afin d'assurer une liaison d'entraînement entre le manchon 4 et le pignon 6. Le rebord axial extérieur 26 de chaque moyeu 20 présente une face interne légèrement conique se resserrant vers le plan médian P, recevant un cône extérieur de frottement d'une bague de synchronisation 40 qui s'ajuste 25 dedans. D'une manière similaire, le rebord axial intérieur 22 de chaque moyeu 20 présent une face externe légèrement conique se resserrant vers le pignon 6, recevant un cône intérieur de frottement de la bague de synchronisation 40. 30 La bague de synchronisation 40 comporte sur une face transversale disposée près du plan médian P, trois plots axiaux parallèles 60 tournés vers le pignon 6, présentant successivement en partant de cette face 3060077 7 transversale, une première partie cylindrique, puis une deuxième partie cylindrique de diamètre réduit 42, reliée à cette première partie par un cône de liaison. Chaque deuxième partie cylindrique 42 des plots axiaux 60 rentre avec 5 du jeu successivement dans un perçage 50 de la couronne 32, puis dans un perçage 12 du pignon 6. Chaque perçage 50 de la couronne de crabotage 32 comporte à son entrée tournée vers le manchon 4, un chanfrein d'entrée. La couronne de crabotage 32 comporte sur sa face tournée vers le manchon 4, radialement au niveau des perçages 50, trois crochets 48 10 répartis angulairement, présentant chacun une ouverture tournée radialement vers l'extérieur, recevant à l'intérieur un jonc circulaire ouvert 46 qui est de cette manière calé axialement dans ces ouvertures. Chaque plot 60 comporte sur le côté tourné vers l'arbre 2, en partant du pignon 6, dans des plants tangents, une première partie plane, puis une 15 pente 44 qui se rapproche de cet arbre, et enfin une deuxième partie plane. Le contour radialement extérieur du jonc circulaire 46 appui de manière élastique sur chaque plot 60, en s'opposant d'abord par sa compression radiale sur les pentes 44 au déplacement de la bague de synchronisation 40 vers le pignon 6, puis en coulissant ensuite sur la deuxième partie plane 20 parallèle sans s'opposer à ce déplacement. Le fonctionnement du système de synchronisation est le suivant. Quand le manchon 4 est dans sa position neutre centrée sur le plan médian P, chaque jonc 46 se trouve au début de la pente 44 des plots 60 de la bague de synchronisation 40 disposée de son côté. De cette manière les 25 deux bagues de synchronisation 40 sont calées axialement, avec un petit jeu entre leurs cônes de frottement et les faces internes coniques correspondantes des moyeux 20, de manière à éviter un frottement et une perte d'énergie. Lors du déplacement du manchon 4 d'un côté, la face conique interne 30 et la face conique externe du moyeu 20 de ce côté viennent presser axialement, respectivement sur le cône extérieur et le cône intérieur de la bague de synchronisation 40, le jonc 46 formant un ressort qui est comprimé 3060077 8 radialement vers l'axe par les pentes 44 en s'opposant au déplacement de cette bague pour la retenir. On obtient un couple de synchronisation sur la bague de synchronisation 40 venant du frottement s'appliquant en parallèle sur ses 5 deux cônes de frottement, qui est transmis au pignon 6 par la liaison d'armement comprenant les cônes de liaison des plots 60 prenant appui sur les chanfreins d'entrée des perçages 50 de la couronne de crabotage 32. La force tangentielle sur les cônes de liaison des plots 60 s'oppose à une avance du manchon 4, afin d'éviter l'engagement des dentures de crabotage 10 28, 34 entre elles. Les frottements en parallèle sur les deux cônes de frottement de la bague de synchronisation 40 permettent d'augmenter le couple de synchronisation, et de réduire l'usure sur les surfaces de frottement. En fin de synchronisation le couple de synchronisation devenant 15 suffisamment faible, l'appui des chanfreins d'entrée des perçages 50 de la couronne de crabotage 32 sur les cônes de liaison des plots 60 ne s'oppose plus à une rotation en sens inverse du pignon 6. On obtient un dévirage du pignon 6 réalisant une rotation en sens inverse, permettant l'avance des cônes de liaison des plots 60 dans les perçages 50. 20 La bague de synchronisation 40 et le manchon 4 peuvent rapidement avancer en réalisant grâce aux pointes des extrémités de la denture de crabotage 28 du moyeu 20, un engagement facile sur la denture 34 de la couronne de crabotage 32. On notera que sur chaque moyeu 20, la denture de crabotage 28 est 25 disposée radialement juste en dessous de la couronne extérieure 30 comportant la rainure transversale de commande du manchon, et que la face interne conique de frottement de ce moyeu est disposée au plus près de cette denture de crabotage. On obtient les plus grands diamètres possibles à la fois pour les 30 dentures de crabotage 28 et les cônes extérieurs de frottement, qui donnent la meilleure efficacité des fonctions synchronisation et crabotage. Ces 3060077 9 fonctions nécessitent en particulier une poussée axiale minimum de commande, ce qui assure le confort de conduite du véhicule. Le système de synchronisation est formé de manière simple et économique, avec notamment les moyeux 20 réalisés par des tôles 5 découpées et embouties présentant un coût réduit. On peut en particulier prévoir tous types de matière ou de revêtement pour les surfaces coniques de frottement, apportant un coefficient de frottement élevé et une résistance à l'usure. On peut aussi prévoir toute autre forme pour le système de dévirage. REVENDICATIONS1 - Système de synchronisation pour une boîte de vitesses, comportant au moins un pignon libre (6) porté par un arbre (2), une bague de synchronisation (40) liée en rotation au pignon (6), présentant un cône radialement extérieur de frottement, et comportant un manchon coulissant (4) entraîné par l'arbre (2), équipé d'une première denture de crabotage (28) avec le pignon (6) et d'une face conique interne de frottement coopérant avec le cône extérieur de frottement, caractérisé en ce que la bague de synchronisation (40) est reliée au pignon (6) par une liaison d'armement permettant son coulissement après la phase de synchronisation, et en ce qu'une deuxième denture de crabotage (34) est fixée au pignon (6). 2 - Système de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (4) comporte un moyeu (20) réalisé en tôle, comprenant radialement vers l'extérieur un rebord axial extérieur (26) présentant la face conique interne de frottement. 3 - Système de synchronisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rebord axial extérieur (26) se termine par une découpe de la tôle formant la première denture de crabotage (28). 4 - Système de synchronisation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyeu (20) comporte un rebord axial intérieur (24) présentant une face conique externe de frottement, coopérant avec un cône intérieur de la bague de synchronisation (40). 5 - Système de synchronisation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le manchon (4) comporte deux moyeux (20) liés l'un à l'autre, prévu chacun pour l'engagement d'un pignon libre (6) disposé de son côté, recevant une couronne extérieure (30) réalisée par surmoulage d'une matière plastique présentant une forme annulaire d'engagement d'une fourchette de commande du manchon (4). 6 - Système de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison d'armement 3060077 11 comporte des plots axiaux parallèles (60) liés à la bague de synchronisation (40), qui peuvent coulisser axialement par rapport au pignon (6). 7 - Système de synchronisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plots axiaux (60) comportent des pentes (44) recevant l'appui d'un 5 ressort (46) qui s'oppose au coulissement axial de la bague de synchronisation (40) vers le pignon (6). 8 - Système de synchronisation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque plot axial (42) comporte un cône axial en appui pendant la synchronisation sur un chanfrein d'entrée d'un perçage (50) lié au 10 pignon (6), ces appuis s'opposant au coulissement axial de la bague de synchronisation (40) vers le pignon (6). 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 15 de ces pignons libres (6) 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.