Brevet FR3060079A1 — publié le 20180615

SYSTEME DE SYNCHRONISATION POUR BOITE DE VITESSES AVEC CÔNE DE FROTTEMENT ET DENTURE SUR UNE MËME COURONNE 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. 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 d'une 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 3060079 2 applique un couple d'entraînement vers l'avant sur la bague de synchronisation, qui donne un décalage angulaire entre les deux 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 alignant les dentures, 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. On a aussi un problème de coût relativement élevé. En particulier la denture de crabotage du manchon comportant des pentes à l'avant, 20 nécessite un usinage qui entraîne des coûts. Un autre type de système de synchronisation connu, 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 25 commande. Un moyeu de crabotage fixé de chaque côté du flasque central, comporte des cannelures intérieures coulissant sur l'arbre, et sur son contour une denture extérieure de crabotage. Chaque côté du flasque central reçoit en dessous de la partie extérieure d'entraînement, un anneau présentant une forme axiale comprenant un cône intérieur tourné vers le pignon. L'anneau est poussé par un système d'armement à ressort transmettant un effort sur le cône extérieur d'une bague de synchronisation liée à ce pignon, qui peut s'escamoter 3060079 3 ensuite pour laisser le mouvement de crabotage. La bague de synchronisation comporte décalé en dessous du cône extérieur, un perçage axial équipé d'une denture intérieure de crabotage. Le déplacement du flasque central entraîne par le système d'armement 5 à ressort l'anneau axial, son cône intérieur presse sur le cône de la bague de synchronisation afin de synchroniser la vitesse du pignon libre. Quand la différence de vitesse devient faible, le système de dévirage permet l'avance du manchon, et l'engagement de la denture extérieure du moyeu de crabotage dans la denture intérieure de la bague de 10 synchronisation. 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. 15 Toutefois la denture de crabotage réalisée dans un perçage axial de la bague de synchronisation, disposée sur un diamètre réduit décalé en dessous du cône extérieur de frottement, donne un effort d'engagement de ce crabot relativement important. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients 20 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 disposé suivant un axe, et un manchon coulissant entraîné en rotation par l'arbre comprenant une première denture de crabotage avec le pignon, ce manchon 25 coulissant entraînant en rotation une bague de synchronisation comprenant un premier cône de frottement tourné radialement vers l'extérieur, ce système étant remarquable en ce que le pignon porte une couronne de synchronisation et de crabotage formée dans une tôle, présentant un rebord axial tourné vers le manchon se terminant par une deuxième denture de 30 crabotage, ce rebord axial comprenant une face intérieure conique recevant le premier cône de frottement de la bague de synchronisation. 3060079 4 Un avantage de ce système de synchronisation est qu'il présente sur le rebord axial formé par la tôle de la couronne de synchronisation et de crabotage, à la fois la denture de crabotage découpée de manière économique à l'extrémité de ce rebord, et la face intérieure de frottement qui 5 est disposée juste en dessous. On a donc radialement une juxtaposition de la denture et de la face de frottement sans distance entre eux, ce qui permet d'obtenir à la fois le plus grand diamètre d'implantation de la denture et de cette face. On réalise ainsi une optimisation des volumes du système de 10 synchronisation, donnant simultanément les meilleures performances de synchronisation et de crabotage. De plus la couronne de crabotage est réalisée de manière économique par emboutissage et découpe d'une tôle. Le système de synchronisation selon l'invention peut de plus comporter 15 une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le pignon comporte un épaulement de centrage recevant la couronne de synchronisation et de crabotage. Dans ce cas, l'épaulement de centrage peut comporter radialement un 20 centrage extérieur recevant la couronne de crabotage, et un centrage intérieur recevant une couronne de synchronisation présentant un cône de frottement. En particulier, la bague de synchronisation peut comporter deux cônes de frottement, le pignon comportant une couronne de synchronisation 25 réalisée en tôle fixée dessus, présentant un cône de frottement. Avantageusement, le moyen d'armement forme une liaison en rotation de la bague de synchronisation avec le manchon, comprenant des doigts disposés axialement qui sont fixés sur cette bague de synchronisation. De plus, le pignon peut être lié à une couronne de synchronisation 30 formée dans une tôle, présentant un rebord axial comprenant une face extérieure conique coopérant avec un deuxième cône de frottement tourné radialement vers l'intérieur de la bague de synchronisation. 3060079 5 Dans ce cas, avantageusement l'épaulement de centrage comporte radialement un centrage extérieur recevant la couronne de synchronisation et de crabotage, et un centrage intérieur recevant la couronne de synchronisation. 5 Avantageusement, le manchon coulissant entraîne en rotation la bague de synchronisation par un moyen d'armement comprenant des doigts disposés axialement, qui sont fixés sur cette bague de synchronisation. Avantageusement, les doigts axiaux comportent une extrémité sertie sur la bague de synchronisation. 10 Avantageusement, le manchon comporte un ressort appliquant une force sur des pentes des doigts axiaux, transmettant la poussée axiale de ce manchon sur la bague de synchronisation. En particulier, le ressort peut être un jonc ouvert présentant un contour radialement extérieur pressant sur les doigts axiaux. 15 L'invention a aussi pour objet une boîte de vitesses pour un véhicule automobile, équipée de pignons libres prévus pour réaliser des rapports de vitesse, comportant des systèmes de synchronisation pour l'engagement de ces pignons libres comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. 20 L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile équipé d'une boîte de vitesses disposée entre un moteur et les roues motrices, 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 25 donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un système de synchronisation selon l'invention disposé entre deux pignons libres, comprenant d'un côté un simple cône de frottement et de l'autre côté deux cônes de frottement ; 30 - la figure 2 est une vue de face de ce système de synchronisation présenté suivant une coupe axiale ; et 3060079 6 - la figure 3 est une vue du système de synchronisation seul présentant une coupe axiale partielle. Les figures 1, 2 et 3 présentent un système de synchronisation comportant un manchon de synchronisation 4 disposé sur un arbre 2 d'une 5 boîte de vitesses, présentant globalement une symétrie par rapport à un plan transversal médian, recevant 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 extérieure 10, et entre les deux sur la face latérale tournée vers le manchon 10 4, un épaulement circulaire de centrage 38 tourné radialement vers l'extérieur. 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 15 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 20 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 de ces moyeux et du flasque, présentant un épaulement de sertissage à chaque extrémité. Le contour extérieur de chaque moyeu 20 comporte une première 25 denture de crabotage 28 présentant pour chaque dent un côté tourné vers le pignon 6 qui est taillé en pointe. Chaque pignon 6 reçoit sur son épaulement de centrage 38 une couronne de crabotage extérieure 32 réalisée en tôle, faisant aussi la synchronisation, comportant une partie transversale plane présentant un 30 perçage central ajusté sur cet épaulement, qui est fixée au pignon par une soudure. 3060079 7 La couronne de crabotage extérieure 32 comporte radialement vers l'extérieur un rebord axial 34 tourné vers le manchon 4, comprenant à son extrémité une deuxième denture de crabotage 36 découpée dans la tôle, présentant pour chaque dent une extrémité taillée en pointe, prévue pour 5 recevoir axialement la première denture 28 du moyeu 20 disposé en face afin d'assurer une liaison 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 premier cône de frottement 72 tourné radialement vers l'extérieur d'une 10 bague de synchronisation 40, qui s'ajuste dedans. Le pignon 6 présenté sur le côté droit des figures 1 et 2, comporte radialement à l'intérieur de l'épaulement de centrage 38, un centrage intérieur qui reçoit une couronne de synchronisation 70 réalisée en tôle, soudée sur ce pignon. 15 La couronne de synchronisation 70 comporte un rebord axial tourné vers le manchon 4, présentant une face extérieure légèrement conique, se resserrant vers le manchon 4, recevant un deuxième cône de frottement 74 tourné radialement vers l'intérieur de la bague de synchronisation 40 disposée de ce côté, qui s'ajuste autour. 20 Les deux bagues de synchronisation 40, les deux moyeux 20 ainsi que le flasque central 30 comportent trois séries de perçages formant chacun un alignement traversant cet ensemble. Chaque alignement de perçages reçoit un doigt axial sensiblement cylindrique 52, présentant à chaque extrémité 54 une partie affinée qui s'ajuste dans le perçage d'une bague de 25 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 dépassant à l'intérieur de ce perçage. Le jonc 60 est calé latéralement de 30 chaque côté par la face transversale plane d'un moyeu 20, qui est serrée sur le côté du flasque central 30. 3060079 8 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 centrale de repos, le contour radialement extérieur du jonc 60 est ajusté dans 5 la rainure en « V », en pressant radialement vers l'extérieur par son élasticité sur le fond de cette rainure. 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. Le fonctionnement du système de synchronisation est le suivant : 10 quand le manchon 4 est dans sa position centrale, le jonc 60 appuie sur le fond de la rainure des doigts axiaux 52 ce qui maintient ces doigts ainsi que les bagues de synchronisation 40 dans une position au repos, légèrement éloignée des faces intérieures des couronnes de crabotage 32 et de la face extérieure de la couronne de synchronisation 70. 15 De cette manière les deux bagues de synchronisation 40 sont calées axialement, avec un petit jeu entre leurs cônes de frottement 72, 74 et les faces coniques correspondantes des couronnes de crabotage 32 et de la couronne de synchronisation 70, pour éviter un frottement parasite et une perte d'énergie. 20 Lors du déplacement du manchon 4 d'un côté pendant la phase d'armement, le jonc ouvert 60 restant au fond de la rainure des doigts 52, transmet par ces doigts une poussée axiale sur la bague de synchronisation 40 de ce côté. Du côté gauche, la bague de synchronisation 40 prend appui par son 25 cône de frottement extérieur 72 sur la face intérieure conique de la couronne de crabotage 32. Du côté droit la bague de synchronisation 40 prend appui à la fois par son cône de frottement extérieur 72 sur la face intérieure conique de la couronne de crabotage 32, et par son cône de frottement intérieur 74 sur la face extérieure conique de la couronne de synchronisation 70, pour 30 obtenir deux couples de synchronisation qui s'additionnent. On obtient un couple de synchronisation de la vitesse du pignon 6, qui est plus élevé pour le pignon relié aux deux cônes de frottement 72, 74 3060079 9 agissant en parallèle. Ce couple de synchronisation venant de la bague de synchronisation 40, s'applique au manchon 4 et à l'arbre 2 par l'intermédiaire des doigts 52 sur les perçages du flasque central 30 et des moyeux 20 recevant ces doigts. 5 En parallèle les parties coniques des doigts 52 prenant appui sur les côtés des perçages pour transmettre le couple de synchronisation, s'opposent à la fin du mouvement axial du manchon 4 afin d'éviter l'engagement des dentures de crabotage 28, 36 entre elles. En fin de synchronisation le couple de synchronisation devenant 10 suffisamment faible, les parties coniques des doigts 52 ne s'opposent plus à l'avance du manchon 4. On obtient un dévirage permettant une rotation en arrière du pignon 6 sous l'effet de ces parties coniques. Le jonc 60 sort de la rainure en « V » des doigts 52, le manchon 4 peut rapidement avancer en réalisant grâce aux pointes des extrémités de la 15 denture 36 de la couronne de crabotage 32, un engagement facile sur la denture 28 du moyeu 20. On notera que sur la couronne de crabotage 32, la denture de crabotage 36 est disposée radialement juste en dessous de la partie extérieure de commande du flasque central 30 par une fourchette, et que la 20 face intérieure de frottement de cette couronne est disposée juste en dessous, au plus près de cette denture. On obtient les plus grands diamètres possibles à la fois pour les dentures de crabotage 28, 36 et pour les cônes extérieurs de frottement 72, qui donnent la meilleure efficacité des fonctions synchronisation et 25 crabotage. Ces fonctions nécessitent en particulier une poussée axiale minimum de commande, ce qui assure le confort de conduite du véhicule. De plus sur le pignon 6 présentant le plus grand diamètre, on a disposé deux faces de frottement réalisées par des tôles embouties, permettant avec un coût réduit d'augmenter le couple de synchronisation. On notera qu'on 30 utilise un même épaulement circulaire de centrage 38, pour centrer à la fois les deux faces de frottement sur l'intérieur et l'extérieur de cet épaulement. 3060079 10 Le système de synchronisation est formé de manière simple et économique, avec notamment le flasque central 30, les deux moyeux 20, les couronnes de crabotage 32 ainsi que la couronne de synchronisation 70, qui sont réalisés par des tôles découpées et embouties présentant un coût 5 réduit. On peut en particulier prévoir tous types de matière ou de revêtement pour les cônes et les faces 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) disposé suivant un axe, et un manchon coulissant (4) entraîné en rotation par l'arbre (2) comprenant une première denture de crabotage (28) avec le pignon (6), ce manchon coulissant (4) entraînant en rotation une bague de synchronisation (40) comprenant un premier cône de frottement (72) tourné radialement vers l'extérieur, caractérisé en ce que le pignon (6) porte une couronne de synchronisation et de crabotage (32) formée dans une tôle, présentant un rebord axial (34) tourné vers le manchon (4) se terminant par une deuxième denture de crabotage (36), ce rebord axial (34) comprenant une face intérieure conique recevant le premier cône de frottement (72) de la bague de synchronisation (40). 2 - Système de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pignon (6) comporte un épaulement (38) de centrage recevant la couronne de synchronisation et de crabotage (32). 3 - Système de synchronisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pignon (6) est lié à une couronne de synchronisation (70) formée dans une tôle, présentant un rebord axial comprenant une face extérieure conique coopérant avec un deuxième cône de frottement (74) tourné radialement vers l'intérieur de la bague de synchronisation (40). 4 - Système de synchronisation selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'épaulement de centrage (38) comporte radialement un centrage extérieur recevant la couronne de synchronisation et de crabotage (32), et un centrage intérieur recevant la couronne de synchronisation (70). 5 - Système de synchronisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon coulissant (4) entraîne en rotation la bague de synchronisation (40) par un moyen d'armement comprenant des doigts disposés axialement (52), qui sont fixés sur cette bague de synchronisation (40). 3060079 12 6 - Système de synchronisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les doigts axiaux (52) comportent une extrémité (54) sertie sur la bague de synchronisation (40). 7 - Système de synchronisation selon la revendication 5 ou 6, 5 caractérisé en ce que le manchon (4) comporte un ressort (60) appliquant une force sur des pentes des doigts axiaux (52), transmettant la poussée axiale de ce manchon (4) sur la bague de synchronisation (40). 8 - Système de synchronisation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ressort (60) est un jonc ouvert présentant un contour radialement 10 extérieur pressant sur les doigts axiaux (52). 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 de ces pignons libres (6), réalisés selon l'une quelconque des revendications 15 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.