Série de boîtes de vitessës L'invention concerne une série de boîtes de vitesses comprenant chacune un boîtier contenant des engrenages disposés sur des arbres parallèles reposant sur deux faces frontales dans des forages dont les centres forment les sommets d'un quadrilatère. Les boîtiers de la série ayant des quadrilatères respectifs dont les longueurs des côtés conjugués sont en progression géométrique.
On sait que le fabricant de boîtes de vitesses indus trielles est confronté avec le problème de fournir à ses clients des boîtes de vitesses répondant à des conditions très variées, relatives au nombre des rapports de trans mission, à la puissance à transmettre, à l'encombrement ou à la disposition des commandes. Elles doivent pré senter, selon les cas, de deux à plusieurs dizaines de rap ports de transmission (ou communément vitesses ).
Chaque problème est, jusqu'ici, l'objet d'une étude et d'une fabrication particulières.
L'invention a pour objet un matériel permettant la réalisation rapide et économique d'une boîte de vitesses répondant à des conditions quelconques de rapports. de puissance à transmettre, de disposition des arbres d'en trées et de sortie, ou d'accessibilité des organes de com mande.
La série de boîtes de vitesses selon l'invention est caractérisée en ce que chaque quadrilatère est un losange, et en ce que le côté du losange d'un boîtier est égal à la diagonale du losange du boîtier de dimension inférieure, qui suit immédiatement dans la série, le rapport d'une diagonale au côté losange étant une constante pour tous les boîtiers.
L'invention va maintenant être expliquée plus en détail au cours de la description suivante, qui est donnée à titre non limitatif, en regard du dessin ci-joint, qui montre La fig. 1, en perspective, une boîte de vitesses ; la fig. 2, en élévation, une vue latérale de la boîte de vitesses de la fig. 1 ; la fig. 3, un flasque constituant une des parois de la boîte de la fig. 1 ; la fig. 4, une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3 ;
la fig. 5, le flasque de la fig. 3 vu par l'autre face (interne) ; la fig. 6, une coupe de la boîte de vitesses de la fig. 1 par un plan perpendiculaire aux arbres et passant par l'axe des leviers de commande, la fig. 7 : une coupe suivant la ligne brisée VII-VII de la fi-. 6 ; la fig. 8, en élévation, un ensemble de deux boîtes de vitesses associées, l'une pouvant fonctionner en inver seur du sens de rotation, et la fig. 9, un diagramme relatif aux dimensions carac téristiques des carters de boîtes de vitesses.
Les fig. 1 à 7 sont relatives à une boîte de vitesses. Cette boîte permet quatre rapports différents. Elle com porte trois arbres, l'arbre de sortie tournant dans le même sens que l'arbre d'entrée.
On se réfère d'abord aux fig. 1 et 2.
La boîte de vitesses comporte un carter 21, avec les accessoires habituels (un reniflard d'huile et remplissage 22, un niveau 23 et un bouchon de vidange 24), un arbrr d'entrée 26, un arbre de sortie 27, des pièces mécani ques intérieures, décrites plus en détail ci-après, et des leviers de commande 28 et 29. Il y a deux leviers de commande si, comme dans le cas présent, la boîte com porte deux trains baladeurs, c'est-à-dire trois lignes d'ar bres. Les boîtes à deux lignes d'arbres qui ne compor tent qu'un train baladeur ne sont, bien entendu, munies que d'un seul levier de commande.
Le carter a la forme d'un cube dont les diverses faces sont repérées par les lettres C, D, E, F, G, H. Les faces C, D, E, F consti tuent un boîtier central 31 en un seul bloc, et le carter est complété sur les faces G et H par deux flasques 32 et 33 fixés de manière amovible par des vis. Les flasques 32 et 33 sont identiques et seul le flasque 32 sera décrit en détail ci-après, les éléments du flasque 33 étant représentés sur les dessins avec la même référence que l'élément correspondant du flasque 32, à laquelle on a ajouté le signe ' (prime).
Le carter offre la possibilité d'être fixé sur un bâti, support ou autre machine, par n'importe laquelle des faces D, E, F, G et H, qui com portent à cet effet des zones dressées, par exemple 34, 35. La face C est réservée aux organes de commande et aux accessoires, tandis que les faces G et H, constituées par les flasques démontables 32, 33, ou éventuellement des flasques-brides, sont prévues pour recevoir les arbres d'entrée ou de sortie ou des moteurs, réducteurs, varia teurs, etc., présentant eux-mêmes un flasque-bride.
Les flasques peuvent aussi servir, comme on le verra par la suite, à réaliser un couplage, entre deux carters identi ques juxtaposés. Les faces C et E du boîtier central comportent des bossages formant pattes incorporées et permettant de placer en toutes positions les organes pré vus pour le remplissage et la vidange d'huile, selon l'orientation que devra avoir la boîte de vitesses en ser vice. Bien qu'il soit parfois avantageux que le carter soit cubique, il est surtout important que les faces G et H, c'est-à-dire les flasques, soient carrées ou circulaires, le carter pouvant avoir la forme d'un parallélépipède rec tangle ou d'un cylindre droit.
On se réfère maintenant aux fig. 3, 4 et 5 qui repré sentent respectivement, vue de l'extérieur, en coupe, et de l'intérieur, le flasque démontable 32 formant la face G du carter de la boîte de vitesses. Ce flasque est traversé de part en part par un alésage 36 prévu pour le loge ment du roulement 38 ou 38' (fig. 7) de l'arbre d'entrée 26 ou sortie 27 et pour recevoir un porte-joint 37 sur la face externe (fig. 7).
La face interne (fig. 4 et 5) com- porte une surépaisseur circulaire 39 dans laquelle sont creusés des alésages ou logements 40, 41 et 141 ainsi que les trous d'axe de fourchette 90, 91 et 190, 191. Dans certains cas les alésages 40, 41 peuvent traverser le flasque et être refermés par des bouchons. La face externe (fig. 3) comporte une nervure circulaire 44, pou vant être utilisée pour le centrage de l'ensemble.
Autour de l'alésage 36 est prévu un renforcement 45 dont la surface est dressée pour recevoir le porte-joint 37 main tenant le roulement 38, l'arbre 26 étant maintenu soit par circlip , soit par épaulement. Des trous 46 sont prévus au voisinage des angles du flasque pour permet tre sa fixation, par vis, sur le boîtier central 31 du car ter. Les flasques 32 et 33 sont positionnés sur le carter par l'intermédiaire de deux trous repères 92 et 93.
Les centres 36a et 40a de l'alésage 36 et du loge ment 40 sur le flasque 32 sont situés à égale distance du centre 0 du carré formé par ce flasque (0 étant aussi le centre du renforcement circulaire 44) et sont sur l'axe de symétrie verticale XY. Ils sont distants de la longueur B. Pour fermer le carter de la boîte de vitesses, on uti lise deux flasques identiques, 32 et 33 qu'on place l'un en face de l'autre sur les faces ouvertes G et H du boî tier central 31, l'un 32, avec l'alésage traversant 36 placé en haut, et l'autre 33 avec l'alésage traversant 36' placé en bas.
Les flasques 31 et 32 sont donc placés symétri quement par rapport à l'axe des leviers de sélection. Les centres 36a et 40'a des alésages 36 et 40' sont en face l'un de l'autre, et de même les centres 40a et 36'a des alésages 40 et 36'. L'alésage ouvert 36 permet le pas sage de l'arbre d'entrée 26 et l'alésage ouvert 36' permet le passage de l'arbre de sortie 27.
Les centres 41a et 141a des alésages 41 et 141 sont placés: de part et d'autre de l'axe de symétrie vertical XY, à la même distance A des centres 36a et 40a des alésages 36 et 40. Les centres 41a, 36a, 40a et 141a sont donc disposés selon un losange de côté A et de centre 0 confondu avec le centre du cercle 44.
Par conséquent, des centres 41a et 41'a des alésages 41 et 41' sont placés l'un en face de l'autre quand les deux flasques 32 et 33 sont fixés au boîtier central 31 du carter, comme précisé ci-dessus, disposition qui permet de placer dans le car- ter un troisième arbre, comme représenté sur les fig. 6 et 7.
Ii est prévu, sur la partie intérieure de chaque flas que, quatre trous d'axe de fourchette non débouchants, 90, 91 et 190, 191, placés symétriquement par rapport à l'axe de symétries vertical XY et par rapport au centre 0.
Les symétries ainsi définies et concernant les alésages tels que 141 et 41 et les trous tels que 90, 91 et 190, 191, permettent d'obtenir les avantages suivants - le montage des boîtes à deux ou trois lignes d'arbres se fait indifféremment avec l'arbre d'entrée situé soit en haut ou en bas, à droite, soit en haut ou en bas, à gauche, pour un observateur regardant les leviers de sélection.
Les mêmes flasques entrée ou sortie, carrés, tels que 32 et 33, ou éventuellement circulaires, seront donc utili sés pour la construction de toutes les boîtes de deux à neuf vitesses et montés sur les carters d'un même type, c'est-à-dire de même face carrée ou circulaire, et ceci quelle que soit la position des leviers par rapport à l'arbre d'entrée.
Il en résulte qu'un seul type de flasque est suffisant par type de carter. Il est à remarquer toute fois qu'au cas où un montage en flasque-bride serait demandé pour montage direct d'un moteur, d'un réduc teur ou d'un variateur, lui-même à flasque-bride, ce type de flasque est parfaitement réalisable dans les mêmes conditions que le flasque normal.
Il peut être, comme lui, monté indifféremment à l'entrée ou à la sortie de la boîte ou aux deux extrémités, car il sera usiné avec les mêmes éléments de symétrie que le flasque normal. Il pourra être stocké en un seul modèle par type de carter, son centrage étant défini par la normalisation des centrages des moteurs électriques.
Dans le présent exemple, la boîte de vitesses com porte trois lignes d'arbres dont les axes correspondent aux alésages 36, 40 et 41. Les entraxes entre les arbres 36 et 41 d'une part, et 41 et 40 d'autre part, sont égaux et sont désignés sur la fig. 5 par A. Dans le cas d'un montage à deux lignes d'arbres, ce sont les alésages 36 et 40 qui seraient utilisés et l'entr'axe a pour valeur B, qui est supérieur à A.
On se réfère maintenant aux fi-.<B>6</B> et<B>7.</B>
Le levier de commande 29 est solidaire de l'axe 51 qui entraîne une fourchette 52 coulissant sur un axe 52a, muni de gorges coopérant avec une bille et un ressort portés par la fourchette, de la manière habituelle; et venant en prise dans une gorge 53 solidaire d'un train baladeur 54 coulissant sur l'arbre cannelé 27, et entraîné en rotation par ce dernier. Dans l'exemple représenté, le train baladeur 54 comporte deux pignons 54a et 54b. L'arbre 27 est maintenu dans les alésages 36' et 40 par les roulements 38' et 55, le porte-joint 37' et le seg- ment 38'a.
De même, le levier 28 est solidaire d'un man chon 56 entraînant une fourchette 57, coulissant égale ment sur un axe 57a muni de gorges coopérant avec une bille et un ressort portés par la fourchette, de la manière habituelle, et engagée dans la gorge formée entre les deux pignons 58a et 58b d'un train baladeur 58, solidaire en rotation de l'arbre 26 et pouvant coulisser sur ce der nier. L'arbre 26 est maintenu dans les alésages 36 et 40' par les roulements 38 et 55', le porte-joint 37 et le seg ment 38a. L'axe 51 et le manchon 56 sont montés dans un manchon à collerette 61 fixé au carter de façon appropriée.
Quatre pignons, 63, 64, 65 et 66 sont soli daires d'un troisième arbre 67, maintenu dans les alé sages 41 et 41' par les roulements 68 et 68'. Les pignons sont fixés de façon appropriée sur l'arbre 67 ; on peut, par exemple, faire usage d'un manchon d'écartement 67a, comme représenté fig. 7.
Le montage et le démontage d'une telle boîte de vitesses s'opèrent suivant les règles bien connues de l'homme de métier.
La boîte de vitesses fonctionne de la façon suivante L'arbre 26 reçoit le mouvement soit directement d'un moteur, soit par l'intermédiaire d'une poulie ou, éven tuellement, avec interposition d'un embrayage ou accou plement. L'arbre 27 est connecté à une machine quel conque qu'il s'agit d'entraîner à des vitesses diverses. En agissant sur le levier 28, vers la gauche de la fig. 1, on déplace. le train baladeur 58 vers la gauche de la fig. 7 et le pignon 58a vient en prise avec le pignon 65.
En déplaçant le levier 28 vers la droite (fig. 1), le train bala deur 58 se déplace vers la droite (fig. 7) et le pignon 58b vient en prise avec le pignon 66. Comme mentionné plus haut, les positions du train baladeur 58 sont assurées de la manière habituelle par l'engagement d'une bille solli citée par un ressort dans des gorges de l'axe de four chette 57a. L'action du levier 28 permet donc d'obtenir deux rapports de transmission. L'actionnement du levier 29 agissant sur le train baladeur 54 permet de la même façon, soit de mettre le pignon 54a en prise avec le pignon 63 de l'arbre 67, soit de mettre le pignon 54b en prise avec le pignon 64.
On peut obtenir avec le levier 29 deux rapports de transmission indépendants des deux rapports de transmission obtenus par le levier 28, ce qui donne en tout par multiplication quatre rapports de transmission différents. On comprend facilement que l'un des trains baladeurs ou les deux, pourraient comporter trois pignons, l'arbre 67 portant, le cas échéant, cinq ou six pignons au lieu de quatre, ce qui donnerait par con séquent six ou neuf rapports de transmission pour la boîte de vitesses. Le cas échéant un même pignon de l'arbre 67 pourrait être associé avec un pignon sur cha cun des deux autres arbres 26 et 27, en particulier dans le cas du rapport de transmission égal à un.
On propose de constituer une série de carters dont la section droite par un plan passant par l'axe des leviers soit un carré de côté L (fig. 1 et 2) ou un cercle de rayon R (fig. 5), et dont les mesures des côtés L ou des rayons R soient en progression géométrique. On choi sira avantageusement la série Renard R 10 utilisée déjà dans l'industrie dans des buts de normalisation de divers matériels, de raison 1,2589 (arrondi à l,25).
Cette disposition permet déjà de constituer à des con ditions acceptables le stock nécessaire pour réaliser sans engager de fabrication particulière une boîte de vitesses répondant à un problème donné dans des conditions d'approximation suffisantes ; il faudrait cependant avoir en stock un matériel particulier, pour chaque dimension de carter. Le nombre des éléments constituant ce maté riel peut être réduit d'une façon considérable par l'appli cation des mesures suivantes La distance A sur un carter est égale à la distance B sur le carter de type immédiatement inférieur dans la série envisagée ci-dessus, et par suite la distance B sur un carter est égaie à la. distance A sur le carter de type immédiatement supérieur dans la série.
Les rapports B/A sont égaux sur tous les carters d'une série. Il en résulte que les entr'axes forment égale ment une progression géométrique. On choisira de pré férence le rapport B/A, c'est-à-dire, la raison de cette dernière progression géométrique, égal à la raison de la progression géométrique utilisée pour déterminer les dimensions des carters. La fig. 9 est un diagramme figu rant les relations dimensionnelles entre les flasques de plusieurs carters qui se suivent dans la série. Chaque flasque est représenté par un carré, tous les carrés ayant en commun l'angle Z.
Les différentes longueurs d'arête sont indiquées par les lettres p, q, r, s, t et u. On a indi qué sur chaque carré les centres correspondant aux alé sages 36, 40 et 41 et on a joint les centres sur les entr'axes égaux 36-41 et 40-41 sur chaque flasque.
On a indiqué en A" la mesure de l'entr'axe 36u-41u et en Bu celle de l'entraxe 36u-40u du flasaue d'arête u et on a fait appa raître que l'entraxe 36t-40t du flasque d'arête t a pour mesure Bt, égale à la mesure Au de l'entraxe 36u-41u du flasque d'arête u.
Les diamètres des arbres, et par conséquent les alé sages des pignons, sont proportionnels aux entr'axes sur lesquels ils travaillent. On voit donc qu'il y aura pour la série de boîtes de vitesses envisagée un certain nombre de diamètres d'arbres formant une progression géométri que de même raison que les précédentes, chaque diamè tre correspondant à un entr'axe déterminé. Un pignon ne pouvant être monté que sur un diamètre d'arbre ne pourra être utilisé que sur un entr'axe déterminé ; il ne pourra donc être associé qu'à un seul autre pignon de même alésage.
Les pignons sont donc associés deux à deux, et tous les couples de pignons adaptés à un même entr'axe et ayant de ce fait le même alésage, constitueront une série dont tous les pignons auront de préférence le me me module, qui pourra être proportionnel à l'entr'axe (ou à l'alésage). Les modules des différentes séries de pignons seront donc eux aussi en progression géométri que de même raison que les précédentes. La même pro gression géométrique se retrouve donc sur le dessin de toutes les pièces principales telles que carters, pignonne- rie, arbres, entr'axes et modules.
Un carter recevra donc des arbres de diamètres différents selon qu'il est monté à deux ou trois lignes d'arbres. Le diamètre des arbres d'un carter monté à deux lignes d'arbres sera celui des arbres d'une boîte à trois lignes d'arbres dans le carter du type immédiatement supérieur dans la série. Ceci per met d'utiliser des couples de pignons de l'entr'axe A d'un carter à la place de l'entr'axe B dans le carter immédia tement inférieur et, de même, il est possible d'utiliser des couples de pignons de l'entr'axe B à la place de l'entr'axe A dans un carter de type immédiatement supé rieur.
Il est possible, en variante, pour augmenter le nom bre des combinaisons, que dans une boîte à trois lignes d'arbres, le diamètre de l'arbre de sortie soit supérieur aux deux autres. Dans ce cas, il est égal à celui de l'arbre d'entrée de la boîte à trois lignes d'arbres de type immédiatement supérieur dans la série. A titre d'exemple, les modules des engrenages pour ront être L/100 pour une boîte à trois lignes d'arbres et L/80 pour une boîte à deux lignes d'arbres.
On simplifie l'étude et la fabrication des boites de vitesses en réalisant les mêmes dessins d'engrenage et les mêmes nombres de dents dans tous les types, ce qui permet de former des rapports identiques dans toutes les dimensions de boites de vitesses.
La fig. 8 représente deux carters 81, 82 juxtaposés et solidaires l'un de l'autre par des boulons placés dans les bossages 83 et 84 des boîtiers centraux des carters. Il est ainsi possible de multiplier le nombre des vitesses, ou rapports de transmission. Le cas échéant, un carter peut être utilisé comme inverseur ou comme inverseur- changement de vitesse, le levier de commande 85 étant utilisé dans l'exemple de la fi-. 8 pour commander l'in version du sens de marche, les leviers 86, 87 et 88 étant utilisés pour changer les rapports. L'ensemble de la fig. 8 peut en particulier constituer une boîte à 27 vitesses avec inverseur.
L'invention permet de réaliser des boîtes de vitesses allant de deux à plusieurs dizaines de vitesses : deux vitesses avec un seul carter à deux lignes d'arbres et un train baladeur de deux pignons ; quatre-vingt et une vitesses avec deux carters comportant chacun trois lignes d'arbres et deux trains baladeurs de trois pignons. Il est également possible de modifier facilement une boîte de vitesses lors d'un changement de conditions de service. On peut passer d'une boîte à deux lignes d'arbres à une boîte à trois lignes d'arbres, et pour cela il est possible d'utiliser un train baladeur existant dans une autre boîte standard de mêmes dimensions à deux ou trois vitesses.
Par exemple, on peut passer d'une boîte à deux vitesses rapport 1 et 1.25 - à une boîte à quatre vitesses rap ports 1-1,25-1,4-1,6 en utilisant comme baladeur supplé mentaire le pignon de la boîte standard à deux vitesses de progression 1,4. Dans les mêmes conditions, et pour reprendre l'exemple précédent, on peut passer de deux vitesses - rapports 1 et 1,25 - à quatre vitesses - rapports 1-1,12-1,25 et 1,4 - en utilisant comme baladeur supplé mentaire le pignon existant dans la boîte standard deux vitesses de progression 1,12.
Ces remarques s'appliquent non seulement aux boîtes standards jusqu'à neuf vitesses, mais aux boîtes associées par deux ou trois dont le nombre de rapports peut atteindre 27-36-54 ou même un plus grand nombre de rapports. En définitive, l'invention fournit un matériel qui, tout en étant constitué d'un nombre relativement réduit d'éléments, couvre un grand champ d'application et a un débouché important. Il en résulte trois avantages principaux 1. Réduction du nombre des pièces à fabriquer pour construire une gamme complète de boîtes ; 2. Augmentation de l'importance des séries de pièces détachées, celles-ci étant utilisables pour plusieurs montages de boîtes; 3. Diminution du nombre des pièces à stocker, ce qui réduit très sensiblement les prix de revient.