FR2802995A1 - Internal multi-disc clutch esp for vehicle gearbox has hub with first set of discs able to rotate relative to shaft or be fixed to it - Google Patents
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Abstract
Description
"Dispositif d'embrayage interne multidisques pour boîte de vitesses et boîte de vitesses munie d'un tel dispositif" La présente invention se rapporte à la commande interne des boîtes de vitesses mécaniques, notamment de véhicule automobile. "Multidisk internal clutch device for gearbox and gearbox provided with such a device" The present invention relates to the internal control of mechanical gearboxes, in particular of a motor vehicle.
Elle a pour objet un dispositif d'embrayage interne multidisques pour boîtes de vitesses à arbres parallèles et engrenages comportant une première série de disques solidaires d'un moyeu porté par un arbre de la boîte et une seconde série de disques fixés dans une cloche elle-même solidaire d'un pignon fou de la boîte. It relates to a multi-plate internal clutch device for gearboxes with parallel shafts and gears comprising a first series of discs secured to a hub carried by a shaft of the box and a second series of discs fixed in a bell itself. even attached to an idler gear from the box.
L'invention concerne également une boîte de vitesses équipée d'un tel dispositif d'embrayage. The invention also relates to a gearbox equipped with such a clutch device.
On connaît des embrayages multidisques internes du type indiqué ci-dessus, qui comportent un moyeu lié en rotation, notamment par l'intermédiaire de cannelures à l'arbre primaire ou secondaire de la boîte et portant une pluralité de disques. Internal multidisk clutches of the type indicated above are known, which comprise a hub linked in rotation, in particular by means of grooves in the primary or secondary shaft of the box and carrying a plurality of discs.
Le moyeu est reçu dans une cloche externe qui est liée en rotation au pignon fou et qui comporte une pluralité de disques en regard des disques du moyeu. The hub is received in an external bell which is linked in rotation to the idler gear and which comprises a plurality of discs opposite the discs of the hub.
Dans un tel embrayage, les disques intérieurs de la cloche et les disques extérieurs du moyeu sont immergés dans un carter rempli d'huile. In such a clutch, the inner discs of the bell and the outer discs of the hub are immersed in a crankcase filled with oil.
Le moyeu est par ailleurs lié au piston d'un vérin hydraulique, et peut ainsi être actionné en coulissement axial vers une position active de sollicitation dans laquelle il presse les disques du moyeu contre les disques de la cloche, de façon à transmettre tout ou partie du couple moteur par le pignon fou. The hub is also linked to the piston of a hydraulic cylinder, and can thus be actuated by axial sliding towards an active position of stress in which it presses the discs of the hub against the discs of the bell, so as to transmit all or part of the engine torque by the idler gear.
Le moyeu est rappelé élastiquement vers une position de repos, notamment par un ressort à l'encontre d'une butée, dans laquelle les disques du moyeu sont disjoints des disques de la cloche. Le moyeu est par ailleurs lié au piston d'un vérin hydraulique et peut ainsi être actionné en coulissement axial vers une position active de sollicitation dans laquelle il presse les disques du moyeu contre les disques de la cloche. The hub is returned elastically to a rest position, in particular by a spring against a stop, in which the discs of the hub are separated from the discs of the bell. The hub is also linked to the piston of a hydraulic cylinder and can thus be actuated by axial sliding towards an active biasing position in which it presses the discs of the hub against the discs of the bell.
L'inconvénient d'une telle conception réside dans le fait qu'il existe des frottements internes entre les deux séries de disques de l'embrayage lorsque celui-ci est inactif, du fait de la différence de vitesse entre son moyeu et sa cloche. The disadvantage of such a design lies in the fact that there is internal friction between the two sets of discs of the clutch when the latter is inactive, due to the difference in speed between its hub and its bell.
En effet, les disques du moyeu et de la cloche sont relativement proches les uns des autres et la différence de leur vitesses de rotation provoque, du fait du frottement fluide entre les disques et l'huile, un échauffement de l'huile de l'embrayage associé. In fact, the discs of the hub and of the bell are relatively close to each other and the difference in their rotational speeds causes, due to the fluid friction between the discs and the oil, the oil of the associated clutch.
De telles pertes énergétiques pénalisent fortement le rendement d'une telle boîte de vitesses. Such energy losses strongly penalize the efficiency of such a gearbox.
Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un dispositif d'embrayage qui permet de découpler le moyeu de son arbre. To remedy this drawback, the invention proposes a clutch device which makes it possible to decouple the hub from its shaft.
Cette mesure permet de laisser tourner le moyeu et l'ensemble disques indépendamment de leur arbre, si bien que les frottements entre les disques n'ont plus d'incidence sur le rendement de la boîte. This measure allows the hub and disc assembly to rotate independently of their shaft, so that friction between the discs no longer affects the performance of the gearbox.
Dans ce but, l'invention prévoit que le moyeu puisse être sélectivement lié ou libre en rotation par rapport à son arbre. De préférence, le moyeu peut être craboté avec son arbre sous la commande du moyeu de serrage des disques. Selon un mode réalisation particulier de l'invention, le moyeu est libre en rotation sur un manchon solidaire de l'arbre. To this end, the invention provides that the hub can be selectively linked or free to rotate relative to its shaft. Preferably, the hub can be clutched with its shaft under the control of the disc tightening hub. According to a particular embodiment of the invention, the hub is free to rotate on a sleeve integral with the shaft.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe partielle par un plan axial de moyens de synchronisation, de la boîte de vitesses selon un état antérieur de la technique ; - la figure 2 est une vue en coupe par un plan axial des moyens de synchronisation de la boîte de vitesses selon l'invention représentés en position de repos ; - la figure 3 est une vue selon la figure 2 des moyens de synchronisation de la boîte de vitesses selon l'invention, représentés en position de crabotage du plateau auquel est lié le moyeu avec le manchon qui est lié à l'arbre secondaire ; - la figure 4 est une vue selon la figure 3 des moyens de synchronisation de la boîte de vitesses selon l'invention représentés en position du crabotage du plateau avec le manchon et en position de serrage des disques extérieurs du moyeu contre les disques intérieurs de la cloche ; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4 représentant le jeu de dentures du plateau craboté avec le jeu de dentures du manchon ; et - les figures 6a à 6c sont des vues de détail par un plan coupant parallèlement à la direction axiale les dentures du plateau et du manchon, et qui illustrent les étapes successives de crabotage du jeu de dentures du plateau avec le jeu de dentures du manchon. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which - FIG. 1 is a view in partial section through an axial plane of means of synchronization of the gearbox according to a prior state of the art; - Figure 2 is a sectional view through an axial plane of the gearbox synchronization means according to the invention shown in the rest position; - Figure 3 is a view according to Figure 2 of the synchronization means of the gearbox according to the invention, shown in the dog clutch position of the plate to which the hub is connected with the sleeve which is connected to the secondary shaft; - Figure 4 is a view according to Figure 3 of the synchronization means of the gearbox according to the invention shown in the dog clutch engagement position with the sleeve and in the clamping position of the outer discs of the hub against the inner discs of the Bell ; - Figure 5 is a sectional view along line 5-5 of Figure 4 showing the set of teeth on the clutch plate with the set of teeth on the sleeve; and - Figures 6a to 6c are detailed views through a plane cutting parallel to the axial direction the teeth of the plate and the sleeve, and which illustrate the successive stages of interconnection of the set of teeth of the plate with the set of teeth of the sleeve .
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. In the following description, identical reference numerals designate identical parts or having similar functions.
On a représenté à la figure 1 un pignon fou 12 d'une boîte de vitesses (non représentée) de type connu à arbres parallèles et engrenages. FIG. 1 shows a idler gear 12 of a gearbox (not shown) of a known type with parallel shafts and gears.
L'arbre 14 porte un pignon fou 12, qui engrène en permanence avec un pignon fixe (non représenté) d'un autre arbre de la boîte qui est susceptible d'être lié en rotation avec l'arbre 14 par le dispositif d'embrayage 16 commandé dont un premier élément, formé d'un moyeu 18 cylindrique fixe par rapport à l'arbre 14, est susceptible d'être lié en rotation à un second élément, formé d'une cloche avant 20 tubulaire fixe par rapport au pignon fou 12, pour lier en rotation l'arbre 14 au pignon fou 12. The shaft 14 carries a idler gear 12, which permanently meshes with a fixed gear (not shown) of another shaft of the box which is capable of being linked in rotation with the shaft 14 by the clutch device 16 controlled including a first element, formed by a cylindrical hub 18 fixed relative to the shaft 14, is capable of being linked in rotation to a second element, formed by a tubular front bell 20 fixed relative to the idler gear 12, to link the shaft 14 in rotation to the idler gear 12.
Le moyeu arrière 18 cylindrique est notamment monté sur l'arbre 14 par l'intermédiaire de cannelures 30 et il est arrêté axialement par rapport à celui-ci par l'intermédiaire d'un anneau élastique 19. The cylindrical rear hub 18 is notably mounted on the shaft 14 by means of grooves 30 and it is stopped axially with respect to the latter by means of an elastic ring 19.
Avantageusement, la cloche avant 20 est venue de matière avec le pignon fou avant 12. Advantageously, the front bell 20 has come integrally with the front idler gear 12.
La cloche avant 20 cylindrique entoure le moyeu 18 et est susceptible d'être liée à celui-ci par l'intermédiaire des disques de l'embrayage 16. Le moyeu 18 comporte sur sa périphérie 22 extérieure des disques 24, qui sont montés avec un jeu axial "J" en regard de disques 26 périphériques fixés à l'intérieur 28 de la cloche 20. The cylindrical front bell 20 surrounds the hub 18 and is capable of being linked to the latter by means of the disks of the clutch 16. The hub 18 comprises on its outer periphery 22 disks 24, which are mounted with a axial clearance "J" opposite peripheral discs 26 fixed inside 28 of bell 20.
L'arbre 14 porte un plateau 32 centré sur le moyeu 18. Le plateau porte 32 présente des trous 35 qui coulissent avec des crans 21 du moyeu 18. Le plateau 32 est ainsi lié en rotation avec le moyeu 18. Il est rappelé élastiquement par un ressort 33 qui laisse subsister un jeu entre les disques d'embrayage 24 et 26. Sa face d'appui avant 34 a un diamètre inférieur à celui de la cloche 20 et sensiblement égal à celui des disques 24. The shaft 14 carries a plate 32 centered on the hub 18. The plate 32 has holes 35 which slide with notches 21 of the hub 18. The plate 32 is thus linked in rotation with the hub 18. It is resiliently recalled by a spring 33 which leaves play between the clutch discs 24 and 26. Its front bearing face 34 has a diameter less than that of the bell 20 and substantially equal to that of the discs 24.
De la sorte le plateau 32 est mobile entre une position arrière de repos, dans laquelle il est rappelé élastiquement vers l'arrière par l'intermédiaire à l'encontre d'un roulement 48 qui forme butée et qui est porté par un vérin hydraulique 46 coaxial à l'arbre 14, et une position avant active dans laquelle sa face d'appui 34 sollicite l'empilement des disques 24 du moyeu 18 et 26 de la cloche 20 pour les presser les uns contre les autres et accoupler ainsi le moyeu 18 à la cloche 20. In this way the plate 32 is movable between a rear rest position, in which it is returned elastically towards the rear by means of a bearing 48 which forms a stop and which is carried by a hydraulic cylinder 46 coaxial with the shaft 14, and an active front position in which its bearing face 34 urges the stacking of the discs 24 of the hub 18 and 26 of the bell 20 so as to press them against each other and thus couple the hub 18 at bell 20.
Le vérin hydraulique 46, qui porte le roulement 48, est monté coulissant sur un arbre porteur 43 coaxial à l'arbre 14 entre une position arrière de repos dans laquelle il est en appui sur une face de butée 36 de l'arbre porteur 43 et une position avant active dans laquelle il sollicite le plateau 32 par l'intermédiaire du roulement 48. The hydraulic cylinder 46, which carries the bearing 48, is slidably mounted on a carrier shaft 43 coaxial with the shaft 14 between a rear rest position in which it is supported on an abutment face 36 of the carrier shaft 43 and an active front position in which it urges the plate 32 by means of the bearing 48.
Avantageusement, le ressort de rappel 33 est constam ment comprimé entre le plateau 32 et le moyeu 18 qu'il immobilise ainsi axialement contre l'anneau élastique 19. Advantageously, the return spring 33 is constantly compressed between the plate 32 and the hub 18 which it thus immobilizes axially against the elastic ring 19.
Ainsi, le coulissement axial d'arrière en avant du plateau 32 est assuré par le vérin 46 qui est commandé par un module électronique de commande et un distributeur hydraulique (non représentés) de la boîte de vitesses. Thus, the axial sliding from rear to front of the plate 32 is ensured by the jack 46 which is controlled by an electronic control module and a hydraulic distributor (not shown) of the gearbox.
Comme indiqué plus haut, cette conception présente un inconvénient majeur lié aux frottements entre les disques lorsque l'embrayage n'est pas sollicité. As indicated above, this design has a major drawback linked to the friction between the discs when the clutch is not stressed.
Le jeu entre les disques 26 de la cloche et les disques 24 du moyeu 18 étant très réduit et étant occupé par l'huile de lubrification de l'embrayage, il se produit un phénomène de frottement fluide qui transforme en pure perte une partie de l'énergie mécanique de l'arbre primaire, cheminant par l'engrènement des pignons fixes et des pignons fous 12, en énergie calorifique qui produit un échauffement de l'huile. The play between the discs 26 of the bell and the discs 24 of the hub 18 being very reduced and being occupied by the lubricating oil of the clutch, a phenomenon of fluid friction occurs which transforms part of the pure loss mechanical energy of the primary shaft, traveling through the meshing of the fixed pinions and idler pinions 12, in heat energy which produces heating of the oil.
Cette perte d'énergie pénalise fortement le rendement énergétique global de la boîte de vitesses. This loss of energy strongly penalizes the overall energy efficiency of the gearbox.
Pour remédier cet inconvénient, l'invention propose un dispositif 10 d'embrayage tel que décrit en référence aux figures 2 à 6c. To overcome this drawback, the invention provides a clutch device 10 as described with reference to Figures 2 to 6c.
Conformément à l'invention, et comme l'illustrent les figures 2 à 4, le moyeu 18 est susceptible d'être sélectivement lié en rotation à l'arbre 14 secondaire notamment par un crabot commandé. According to the invention, and as illustrated in FIGS. 2 to 4, the hub 18 is capable of being selectively linked in rotation to the secondary shaft 14 in particular by a controlled dog clutch.
A la différence des embrayages multidisques connus de l'état antérieur de la technique, le moyeu 18 est tubulaire et est monté libre en rotation par l'intermédiaire d'un palier 40, par exemple un roulement à aiguilles, sur un manchon 42 qui est monté fixe à une extrémité arrière 44 de l'arbre 14 et qui traverse la cloche 20 et le moyeu 18. Unlike the multi-plate clutches known from the prior art, the hub 18 is tubular and is mounted for free rotation by means of a bearing 40, for example a needle bearing, on a sleeve 42 which is fixedly mounted at a rear end 44 of the shaft 14 and which passes through the bell 20 and the hub 18.
Le dispositif d'embrayage 18 faisant l'objet de l'invention comporte un arbre 43 porteur qui est monté coaxialement à l'arbre 14. L'arbre 43 reçoit en coulissement axial un piston 46 d'un vérin coaxial à simple effet, qui porte le plateau 32 par l'intermédiaire d'un palier formé d'un roulement 48 à une rangée de billes à contact oblique. The clutch device 18 which is the subject of the invention comprises a carrier shaft 43 which is mounted coaxially with the shaft 14. The shaft 43 receives in axial sliding a piston 46 of a single-acting coaxial cylinder, which carries the plate 32 by means of a bearing formed by a bearing 48 to a row of angular contact balls.
Le piston 46 est mobile entre une position de repos, représentée à la figure 2, dans laquelle il est rappelé élastiquement par un ressort 33, porté par l'arbre 43 porteur arrière, à l'encontre d'une face d'épaulement 36 de l'arbre 43 porteur arrière, et une position de sollicitation du plateau 32 arrière qui est représentée à la figure 4. The piston 46 is movable between a rest position, shown in FIG. 2, in which it is resiliently returned by a spring 33, carried by the rear support shaft 43, against a shoulder face 36 of the rear carrier shaft 43, and a position for biasing the rear plate 32 which is shown in FIG. 4.
De la sorte, le plateau 32 est lui aussi mobile entre une position de repos, dans laquelle il est rappelé élastiquement vers l'arrière avec le piston 46 du vérin coaxial, et une position active dans laquelle sa face d'appui 34 sollicite l'empilement des disques extérieurs 24 du moyeu 18 et intérieurs de la cloche 20 pour les presser les uns contre les autres et accoupler ainsi le moyeu 18 à la cloche 20. In this way, the plate 32 is also movable between a rest position, in which it is returned elastically towards the rear with the piston 46 of the coaxial jack, and an active position in which its bearing face 34 urges the stacking of the outer discs 24 of the hub 18 and of the inner discs of the bell 20 so as to press them against each other and thus couple the hub 18 to the bell 20.
Le moyeu 18 est lié en rotation au manchon par l'intermédiaire d'au moins une patte 21 axiale qui est reçue en coulissement dans un trou axial 35 du plateau. De la sorte, le plateau 32 est à même de coulisser aussi sur le moyeu 18 entraîné en rotation par celui-ci. The hub 18 is linked in rotation to the sleeve by means of at least one axial lug 21 which is slidably received in an axial hole 35 of the plate. In this way, the plate 32 is able to also slide on the hub 18 driven in rotation by the latter.
D'une manière connue, le coulissement axial d'arrière en avant du piston 46 du vérin hydraulique, et donc du plateau 32 qui y est lié, est commandé par le module électronique de commande et son distributeur hydraulique associé (non représenté). In a known manner, the axial sliding from rear to front of the piston 46 of the hydraulic cylinder, and therefore of the plate 32 which is linked to it, is controlled by the electronic control module and its associated hydraulic distributor (not shown).
Pour accoupler préalablement le moyeu 18 à l'arbre 14, le plateau est, entre sa position de repos et la position active, susceptible d'occuper une position de crabotage avec le manchon 42. To couple the hub 18 to the shaft 14 beforehand, the plate is, between its rest position and the active position, capable of occupying a dog clutch position with the sleeve 42.
En effet, le plateau 32, comporte une portée annulaire transversale 52 qui est agencée sensiblement en regard d'une portée annulaire transversale arrière 54 du manchon 42. In fact, the plate 32 has a transverse annular bearing 52 which is arranged substantially opposite a rear transverse annular bearing 54 of the sleeve 42.
La portée annulaire transversale 52 du plateau 32 comporte un premier jeu de dentures axiales 56 susceptibles de coopérer avec un second jeu de dentures 58 qui s'étendent axialement à partir de la portée annulaire transversale 54 du manchon 42. The transverse annular bearing surface 52 of the plate 32 comprises a first set of axial teeth 56 capable of cooperating with a second set of teeth 58 which extend axially from the annular transverse bearing surface 54 of the sleeve 42.
Les dentures 56 et 58 sont d'une longueur "I" déterminée correspondant à seulement une première partie de la course du plateau 32. The teeth 56 and 58 are of a determined length "I" corresponding to only a first part of the stroke of the plate 32.
Avantageusement, le plateau 32 et le manchon 42 comportent chacun trois dentures 56 et 58, mais leur nombre n'est pas limitatif de l'invention et il pourrait être supérieur du moment qu'il est supérieur à trois, ceci afin de garantir un appui axial satisfaisant du plateau 32 sur le manchon 42. Advantageously, the plate 32 and the sleeve 42 each have three teeth 56 and 58, but their number is not limitative of the invention and it could be greater as long as it is greater than three, this in order to guarantee support. satisfactory axial of the plate 32 on the sleeve 42.
De la sorte, la course du plateau 32 se décompose en deux parties, une première partie, représentée à la figure 3, dans laquelle, après avoir quitté la position de repos de la figure 2, le jeu de dentures 56 du plateau 32 est craboté avec le jeu de dentures 58 du manchon 42 et dans laquelle les disques 24 du moyeu 18 et les disques 26 de la cloche 20 font entre eux un jeu "J", puis une deuxième partie, représentée à la figure 4, dans laquelle, les dentures 56 et 48 restant crabotées, le plateau 32 presse les disques 24 du moyeu 18 contre les disques 26 de la cloche 20 par l'intermédiaire de sa face d'appui 34 en annulant le jeu "J". In this way, the stroke of the plate 32 is divided into two parts, a first part, shown in FIG. 3, in which, after leaving the rest position of FIG. 2, the set of teeth 56 of the plate 32 is clutched with the set of teeth 58 of the sleeve 42 and in which the discs 24 of the hub 18 and the discs 26 of the bell 20 make a clearance "J" between them, then a second part, shown in FIG. 4, in which the teeth 56 and 48 remaining clutched, the plate 32 presses the discs 24 of the hub 18 against the discs 26 of the bell 20 by means of its bearing face 34, canceling the play "J".
Le détail du crabotage des jeux de dentures 56 et 58 est représenté plus en détail aux figures 6à à 6c. The detail of the interconnection of the sets of teeth 56 and 58 is shown in more detail in FIGS. 6 to 6c.
A la figure 6a, le plateau 32 étant au repos les dentures 56 et 58 sont par exemple face à face. A la figure 6b, le plateau arrive en fin de la première partie de sa course et les dentures 56 du plateau 32 et 58 du manchon 42 sont en contact. Comme le plateau 32 est animé d'un mouvement de rotation d'une vitesse différente de celle du manchon 42, les dentures 56 du plateau 32 se décalent angulairement d'elles-mêmes et sont crabotées l'une à l'autre tout le long de la deuxième partie de la course du plateau 32, comme illustré à la figure 6c et à la figure 5. In FIG. 6a, the plate 32 being at rest the teeth 56 and 58 are for example face to face. In FIG. 6b, the plate arrives at the end of the first part of its travel and the teeth 56 of the plate 32 and 58 of the sleeve 42 are in contact. As the plate 32 is driven in a rotational movement of a speed different from that of the sleeve 42, the teeth 56 of the plate 32 are angularly offset by themselves and are clutched to each other all along of the second part of the stroke of the plate 32, as illustrated in FIG. 6c and in FIG. 5.
Ainsi, l'invention permet avantageusement de désaccoupler le moyeu 18 de l'arbre secondaire 14 lorsque l'embrayage 16 est relâché, ce qui permet d'éliminer le problème des pertes énergétiques par frottement fluide qui sont l'apanage des embrayages multidisques à bain d'huile conventionnels. Thus, the invention advantageously makes it possible to decouple the hub 18 from the secondary shaft 14 when the clutch 16 is released, which makes it possible to eliminate the problem of energy losses by fluid friction which are the prerogative of multi-disc clutch clutches conventional oils.
Cette invention s'applique dans les mêmes conditions si la boîte concernée possède en ou plusieurs embrayages multidisques internes, portés par l'arbre primaire ou les arbres secondaires. Enfin, si cette boîte est robotisée, le ou les pistons de serrage d'embrayage pourront normalement être placés sous le contrôle du module de robotisation.This invention applies under the same conditions if the gearbox concerned has one or more internal multi-plate clutches, carried by the primary shaft or the secondary shafts. Finally, if this gearbox is robotized, the clutch clamping piston (s) can normally be placed under the control of the robotization module.
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| FR2802995B1 (en) | 2002-04-05 |
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