FR2885667A1 - Systeme de boite de vitesses a trains epicycloidaux - Google Patents

Abstract

Système de boîte de vitesses à trains épicycloïdaux, comprenant un élément d'entrée 2, un élément de sortie 3 coaxial à l'élément d'entrée 2, deux trains épicycloïdaux 4, 5, des embrayages pour obtenir une pluralité de rapports de transmission, et un train épicycloïdal diviseur de vitesse 6 pour obtenir au moins deux vitesses supplémentaires, chaque embrayage agissant entre d'une part un élément d'un desdits trains épicycloïdaux et d'autre part l'élément terre, l'élément d'entrée, ou un autre élément desdits trains épicycloïdaux, chaque train épicycloïdal comprenant un engrenage solaire, des engrenages satellites supportés par un porte-satellites, et une couronne, le train diviseur 6 étant disposé en amont du train d'entrée 4.

Description

Boîte de vitesses à trains épicycloïdaux.

La présente invention relève du domaine des transmissions, notamment pour véhicules automobiles, constitues de trains planétaires contrôlés par des éléments de friction tels que des embrayages et des freins pour obtenir une pluralité de rapports de transmission étagés. De façon conventionnelle, de telles transmissions sont associées à un organe de démarrage tel qu'un convertisseur de couple hydraulique ou un coupleur, muni ou non d'un embrayage de pontage.

On connaît de telles transmissions à quatre vitesses employant deux trains planétaires, cinq éléments de friction et un convertisseur de couple hydraulique.

Le document FR-A-2 656 055 décrit une transmission automatique multivitesses comportant un premier chemin de puissance suivant un premier rapport de vitesse fixe comportant un premier et un deuxième embrayages, et un deuxième chemin de puissance suivant un deuxième rapport de vitesse fixe supérieur au premier et de même sens et comportant un troisième embrayage, et d'autre part un train planétaire double concentrique à l'arbre de sortie comportant un premier élément relié à l'arbre d'entrée par le premier chemin de puissance au moyen du premier embrayage, un deuxième élément solidaire de l'arbre de sortie, un troisième élément relié à l'arbre de sortie par le deuxième chemin de puissance au moyen du troisième embrayage et immobilisé au moyen d'un premier frein, et un quatrième élément relié à l'arbre d'entrée par le premier chemin (le puissance au moyen du deuxième embrayage et immobilisé au moyen d'un deuxième frein. Une telle disposition peut permettre d'obtenir six vitesses avant et une vitesse arrière tout en étant relativement complexe.

La présente invention vise à obtenir une boîte de vitesses à trains épicycloïdaux de structure relativement simple et économique permettant d'obtenir un nombre élevé de vitesses, par exemple six, à partir d'un nombre raisonnable de coupleurs, par exemple six.

Le système de boîte de vitesses à trains épicycloïdaux comprend un carter fixe, un élément d'entrée, un élément de sortie coaxial à l'élément d'entrée, deux trains épicycloïdaux, des coupleurs pour obtenir une pluralité de rapports de transmission, et, en outre, un train épicycloïdal diviseur de vitesse pour obtenir au moins deux vitesses supplémentaires, chaque embrayage agissant entre d'un part un élément d'un desdits trains épicycloïdaux et d'autre part, l'élément carter fixe, l'élément d'entrée, ou un autre élément desdits trains épicycloïdaux, chaque train épicycloïdal comprenant un engrenage solaire, des engrenages satellites supportés par un porte-satellites, et une couronne, le train diviseur étant disposé en amont du train d'ent ée. L'ajout d'un train diviseur de vitesses permet d'obtenir des cinquième, et sixième vitesses en sus des trains d'entrée et de sortie fournissant les quatre premières vitesses. Un coupleur peut être formé par 'in embrayage ou par un frein.

Avantageusement, le système comprend une seule entrée de puissance d'où une limitation des pertes par friction.

Dans un mode de réalisation, l'engrenage >olaire du train diviseur est relié de façon permanente au carter fixe.

Dans un mode de réalisation, la couronne du train diviseur est 25 relié de façon débrayable au train d'entrée.

Dans un mode de réalisation, le porte-satellites du train diviseur est relié de façon permanente à l'élément d'entrée de la Boîte.

Dans un mode de réalisation, le porte-satellites du train diviseur est relié de façon débrayable au train d'entrée.

Dans un mode de réalisation, le porte-satellites du train diviseur porte une rangée de pignons satellites extérieurs engrenant avec la couronne et une rangée de pignons satellites intérieurs engrenant avec l'engrenage solaire et avec les pignons satellites extérieurs.

Dans un mode de réalisation, l'engrenage solaire du train d'entrée est relié de façon débrayable.

Dans un mode de réalisation, l'engrenage solaire du train d'entrée est relié de façon débrayable à l'entrée de la boîte.

Dans un mode de réalisation, l'engrenage solaire du train d'entrée 10 est relié de façon débrayable à la couronne du train diviseur.

Dans un mode de réalisation, la couronne du train d'entrée est reliée de façon permanente à la sortie.

Dans un mode de réalisation, le porte-satellites du train d'entrée est relié de façon débrayable à l'entrée.

Dans un mode de réalisation, le porte-satellites du train d'entrée est relié de façon débrayable.

Dans un mode de réalisation, le porte-satellites du train d'entrée est relié de façon permanente au train de sortie.

Dans un mode de réalisation, l'engrenage solaire du train de 20 sortie est relié de façon débrayable.

Dans un mode de réalisation, la couronne du train de sortie est reliée de façon débrayable.

Dans un mode de réalisation, la couronne du train de sortie est reliée de façon permanente au train d'entrée.

Dans un mode de réalisation, le porte-satellites du train de sortie est relié de façon permanente à la sortie. Dans un mode de réalisation, le système comprend six coupleurs.

Dans un mode de réalisation, l'embrayage reliant l'entrée et le portesatellites du train d'entrée est disposé entre le train d'entrée et le train diviseur.

Dans un autre mode de réalisation, l'embrayage reliant l'entrée et le porte-satellites du train d'entrée est disposé à l'opposé du train diviseur.

Dans un mode de réalisation, l'embrayage reliant la terre et l'engrenage solaire du train d'entrée, et l'embrayage reliant l'entrée et l'engrenage solaire du train d'entrée sont concentriques.

Dans un mode de réalisation, l'embrayage reliant la couronne du train diviseur et l'engrenage solaire du train d'entrée, l'embrayage reliant la terre et l'engrenage solaire du train d'entrée, l'embrayage reliant la terre et la couronne du train de sortie, et l'embrayage reliant la terre et la l'engrenage solaire du train de sortie sont alignés axialement.

Avantageusement, les arbres des trains d'entrée, de sortie et diviseur sont coaxiaux.

Avantageusement, le système peut être, par exemple, équipé d'un amortisseur associé à l'entrée, ledit amortisseur étant disposé directement entre ladite entrée et la sortie d'un moteur thermique. La sortie du moteur thermique peut être formée par u l arbre entraîné directement par un vilebrequin du moteur thermique. On peut ainsi se passer de la présence d'un convertisseur de couple de type hydraulique de masse, d'encombrement et de coût élevé et qui génère en outre des pertes importantes d'énergie par échauffement. Un ou plusieurs des coupleurs peuvent être dimensionnés de façon telle qu' ils soient aptes à assurer la mise en mouvement du véhicule à partir de l'arrêt et ce de façon répétée.

Le système peut consister seulement en trois trains associés à six coupleurs.

La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: É la figure 1 est une vue schématique d'une boîte de vitesses à trains épicycloïdaux selon un premier mode de réalisation; É la figure 2 représente la grille de sélection des coupleurs; É la figure 3 est un diagramme montrant l'échelonnement des vitesses; et É la figure 4 est une vue schématique d'une boîte de vitesses à trains épicycloïdaux selon un autre mode de réalisation.

Comme on peut le voir sur la figure 1, la transmission 1 comporte un arbre d'entrée 2 pouvant former une entrée unique de puissance, un arbre de sortie 3 coaxial à l'arbre d'entrée 2, un train d'entrée 4, un train de sortie 5, et un train diviseur 6, dans un carter 7 formant un élément fixe également appelé terre. L'arbre d'entrée 2 est relié par exemple à un moteur thermique 8 par un amortisseur de couple 9. Le train d'entrée 4, le train de sortie 5, et le train diviseur 6 sont coaxiaux.

Le train d'entrée 4 comprend un engrenage solaire 10, un porte-satellites 11 pourvu de pignons-satellites 12 circonférentiellement régulièrement espacés et une couronne 13. La couronne 13 est reliée à l'arbre de sortie 3. Le train de sortie 5 comprend un engrenage solaire 14, un portesatellites 15 portant une pluralité de pigr_ons-satellites 16 et une couronne 17. Le porte-satellites 15 est relié à l'arbre de sortie 3. En d'autres termes, la couronne 13 du train d'entrée 4 et le portesatellites 15 du train de sortie 5 sont reliés en rotatio:i en permanence avec l'arbre de sortie 3. La couronne 17 du train de sortie 5 est reliée en permanence avec le porte-satellites 11 du train d'entrée 4.

Le train diviseur 6 comprend un engrenage solaire 18, un porte-satellites double 19 portant deux séries de pignons-satellites, une série intérieure 20 et une série extérieure 21, et une courorne 22. Le porte-satellites 19 est relié en rotation de façon permanente a l'arbre d'entrée 2. Le train diviseur 6 est donc disposé en amont du train d'entrée 4. L'engrenage solaire 18 est relié en rotation de façon permanente à la terre, en d'autres termes immobilisé.

Les pignons-satellites intérieurs 20 engrènent avec l'engrenage solaire 18 et avec les pignons-satellites extérieurs 21. Les pignons-satellites extérieurs 21 engrènent avec la couronne 22 et avec les pignonssatellites intérieurs 20. En d'autres termes, les pignons-satellites sont disposés selon deux cercles concentriques de diamètres différents. Le nombre de dents des pignons-satellites intérieurs 20 peut être différent du nombre de dents des pignons-satellites extérieurs 21.

La transmission comprend en outre six coupleurs appelés freins lorsqu'ils agissent entre un élément des trains épicycloïdaux et la terre (symbolisant les carters porteurs de la boîte de vitesses), c'est-à-dire un point fixe tel que le carter de la boîte de vitesses et appelés embrayages lorsqu'ils agissent entre un éli:ment des trains épicycloïdaux et l'arbre d'entrée, l'arbre de sortie ou un autre élément desdits trains épicycloïdaux.

Les coupleurs sont disposés d'un point de vue cinématique comme suit.

L'embrayage 23 est disposé entre l'arbre d'entrée 2 et l'engrenage solaire 10 du train d'entrée 4. L'embrayage 24 est disposé entre l'arbre d'entrée 2 et le porte-satellites 11 du train d'entrée 4, ledit porte- satellites 11 étant relié en permanence à la couronne 17 du train de sortie 5. L'embrayage 25 est disposé entre la courcnne 22 du train diviseur 6 et l'engrenage solaire 10 du train d'entrée 4.

Le frein 26 est disposé entre le solaire 10 et la terre et permet de bloquer le solaire 10 de façon temporaire. Le frein 27 est disposé entre la couronne 17 du train de sortie 5 et la terre et permet de bloquer la couronne 17 et le porte-satellites 11 du train d'entrée 4 de façon temporaire. Le frein 28 est disposé entre l'engrenage solaire 14 du train de sortie 5 et la terre et permet de bloquer l'engrenage solaire 14 de façon temporaire.

Les coupleurs sont disposés d'un point de vue constructif comme suit.

Les embrayages 23 et 24 et le frein 26 sont concentriques et sensiblement alignés radialement. L'embrayage 25 et les freins 26, 27 et 28 sont sensiblement alignés axialement. Les embrayages 23, 24 et 25 et le frein 26 sont logés axialement entre le train diviseur 6 et le train d'entrée 4. Le frein 27 est logé autour du train d'entrée 4. Le frein 28 est logé axialement entre le train de sortie 5 et l'amortisseur 9.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, l'embrayage 23 et le frein 26 sont concentriques et sensiblement alignés radialement, et l'embrayage 24 et le frein 28 sont concentriques et sensiblement alignés radialement. L'embrayage 24 est logé axialement entre le train de sortie 5 et l'amortisseur 9.

La transmission fonctionne de la façon suivante La couronne 22 est entraînée par le train diviseur 6 dans le même sens que l'arbre d'entrée 2 et à une vitesse inférieure à la vitesse d'entrée. Lors de l'engagement de l'embrayage 25 et du frein 27, l'engrenage solaire 10 du train d'entrée 4 est entraîné à la même vitesse que la couronne 22. Le porte- satellites 11 du train d'entrée 4, et la couronne 17 du train de sortie 5 sont immobilisés par ledit frein 27. Il en résulte que les pignons- satellites 12 du train d'entrée 4 sont entraînés dans un sens de rotation opposé à celui de la couronne 22 et de l'arbre d'entrée 2. La couronne 13 du train d'entrée 4, engrenant avec les pignons-satellites 12, tourne dans le même sens de rotation que lesdits pignons-satellites 12. L'arbre de sortie 3 solidaire en rotation de la couronne 13 est donc entraîné dans un sens de rotation opposé à celui de l'arbre d'entrée 2, d'où un rapport de marche arrière avec une réduction fcrte dépendant de celle offerte par le train diviseur et du rapport de denture entre l'engrenage solaire 10 et la couronne 13 du train d'entrée 4. A titre optionnel une deuxième marche arrière peut être obtenue en actionnant en prise l'embrayage 23 et le frein 27. Une position de blocage de l'arbre de sortie peut être obtenue en actionnant en pris les freins 26 et 27 ou les freins 27 et 28.

Pour obtenir le premier rapport de vitesse de marche avant, l'embrayage 25 et le frein 28 sont actionnés en prise. L'engrenage solaire 14 du train de sortie 5 est immobilisé. L'arbre de sortie 3 est entraîné par le porte-satellites 15 du train de sortie 5 dont les pignons satellites 16 engrènent d'une part avec la couronne 1'' et d'autre part avec l'engrenage solaire 14. L'engrenage solaire 10 du train d'entrée 4 est entraîné à la même vitesse que la couronne 22. La liaison permanente entre le porte-satellites 11 du train d'entrée 4 et la couronne 17 du train de sortie 5 transmet un couple interne et assure une réduction. Il en résulte une forte réduction globale de la vitesse.

Pour obtenir le deuxième rapport de vitesse, l'embrayage 23 et le frein 28 sont actionnés en prise. Comme précédemment, l'engrenage solaire 14 du train de sortie 5 est immobilisé. L'engrenage solaire 10 du train d'entrée 4 est entraîné à la même vitesse que l'arbre d'entrée 2 par l'intermédiaire de l'embrayage 23. La couronne 17 du train de sortie 5 interagit avec le porte-satellites 15 solidaire de l'arbre de sortie 3 d'où une vitesse de sortie légèrement supérieure à la précédente à vitesse d'entrée égale en raison de la désactivation du train diviseur 6. Le couple passe par le train d'entrée 4 et le train de sortie 5.

Pour obtenir la troisième vitesse, l'embrayage 24 et le frein 28 sont actionnés en prise. Comme précédemment, l'engrenage solaire 14 du train de sortie 5 est immobilisé. L'engrenage solaire 10 est libre. Le portesatellites 11 du train d'entrée 4 et la couronne 17 du train de sortie 5 sont entraînés à la même vitesse que l'arbre d'entrée 2. Le portesatellites 15 du train de sortie 5 est entraîné par la couronne 17 et réagit sur l'engrenage solaire 14 fixe. Le rapport de vitesse dépend de la réduction offerte par le train de sortie 5.

Pour obtenir la quatrième vitesse, les embrayages 23 et 24 sont actionnés en prise. L'engrenage solaire 10 et le porte-satellites 11 du train d'entrée 4 sont entraînés à la vitesse de l'arbre d'entrée 2. Les pignons satellites 12 sont immobiles par rapport au porte-satellites 11. La couronne 13 du train d'entrée 4 est entraînée à la vitesse de l'arbre d'entrée 2. Le rapport de vitesses est égal à 1.

En cinquième vitesse, les embrayages 24 et 25.ont actionnés en prise. L'engrenage solaire 10 du train d'entrée 4 est entraîné à la même vitesse que la couronne 22. Le porte-satellites 11 du train d'entrée 4 et la couronne 17 du train de sortie 5 sont entraînés à la même vitesse que l'arbre d'entrée 2. La couronne 13 du train d'entrée 4 et l'arbre de sortie 3 tournent à une vitesse supérieure à la vitesse de l'arbre d'entrée 2 en raison de la réaction des pignons satellites 12 sur l'engrenage solaire 10 en rotation à une vitesse inférieure à la vitesse de l'arbre d'entrée 2. Il en résulte un rapport de vitesses supérieur à 1 dépe ridant des trains d'entrée 4 et diviseur 6.

En sixième vitesse, le frein 26 est actionné et bloque l'engrenage solaire 10 du train d'entrée 4, alors que l'embrayage 24 assure le couplage de l'arbre d'entrée 2 et du porte-satellites 11. La couronne 13 du train d'entrée 4 et l'arbre de sortie 3 tournent à une vitesse supérieure à la vitesse de l'arbre d'entrée 2 en raison de la réaction des pignons satellites 12 sur l'engrenage solaire 10 immobilisé. Le couple passe par le train d'entrée 4. Il en résulte un rapport de vitesses supérieur à 1 et supérieur au rapport de vitesses de la cinquième vitesse dépendant du train d'entrée 4.

En outre, le changement d'une vitesse à une vitesse adjacente est effectué en conservant un coupleur en prise, par exempt e l'embrayage 24 est actionné en prise pour les troisième, quatrième, cinc uièrne et sixième vitesses, le frein 28 est actionné en prise pour les première, deuxième et troisième vitesses, et l'embrayage 25 est actionné en prise pour la marche arrière et la première vitesse. Il en résulte un faible nombre de modifications d'états des coupleurs d'où une réduction de leur usure et du délai nécessaire au changement des vitesses. Le confort d'utilisation s'en trouve accru.

La mise en mouvement du véhicule à partir de l'arrêt, également appelée décollage, sollicite fortement les coupleurs. L'actionnement du même coupleur, par exemple l'embrayage 25, pour passer en marche arrière et en première vitesse conduit à dimensionner très fortement ledit coupleur, tout en dimensionnant normalement les autres coupleurs ce qui est économique et augmente la fiabilité de la boîte de vitesses.

Dans un mode de réalisation, un convertisseur hydraulique est disposé entre le moteur et la transmission Dans le mode de réalisation représenté, un amortisseur rotatif 9 est disposé directement entre le moteur 8 et la transmission 1 ce qui élimine les inconvénients de masse, d'encombrement, de coût et de faible rendement d'un convertisseur hydraulique. Dans ce cas, la mise en mouvement du véhicule en passant en marche arrière, ou en première vitesse s'effectue grâce à l'embrayage 25. Alternativement, la mise en mouvement du véhicule en marche avant ou en marche arrière peut être effectuée par l'utilisation du frein 27 pour la marche arrière et du frein 28 pour la marche avant. Les freins 27 et 28 sont alcrs dimensionnés plus fortement que les autres coupleurs pour pouvoir assurer la mise en déplacement du véhicule à partir de l'arrêt sans usure trop rapide.

Ainsi, on obtient une boîte de vitesses à trains épicycloïdaux compacte et économique tout en permettant d'obtenir au moins six vitesses de marche avant et jusqu'à deux marche arrière par la mise en oeuvre de six coupleurs actionnés en prise deux par deux. Pour des raisons économiques, l'on peut choisir des couronnes, des engrenages solaires et des pignonssatellites ayant le même nombre de dents entre les trois trains. Au contraire, si l'on souhaite privilégier un étagement choisi et régulier des différentes vitesses, on prévoira d'utiliser des nombres de dents différents.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1-Système de boîte de vitesses à trains épicycloïdaux, comprenant un élément d'entrée, un élément de sortie coaxial à l'élément d'entrée, deux trains épicycloïdaux (4, 5), et plusieurs embrayages pour obtenir une pluralité de rapports de transmission, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un train épicycloïdal diviseur de vitesse (6) pour obtenir au moins deux vitesses supplémentaires, chaque embrayage agissant entre d'une part un élément d'un desdits trains épicycloïdaux et d'autre part l'élément terre, l'élément d'entrée, ou L.n autre élément desdits trains épicycloïdaux, chaque train épicycloïdal comprenant un engrenage solaire, des engrenages satellites supportés par un porte-satellites, et une couronne, le train diviseur (6) étant disposé en amont du train d'entrée (4).

2-Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il 15 comprend une seule entrée de puissance.

3-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'engrenage solaire du train diviseur (6) est relié de façon permanente à la terre.

4-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couronne du 1.rain diviseur (6) est relié de façon débrayable au train d'entrée (4).

5-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-satellites du train diviseur (6) est relié de façon permanente à l'élément d'cntrée.

6-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-satellites du train diviseur (6) est relié de façon débrayable au train d'entr e (4).

7-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-satellites du train diviseur (6) porte une rangée de pignons satellites extérieurs engrenant avec la couronne et une rangée de pignons satellites in:érieurs engrenant avec l'engrenage solaire et avec les pignons satellites extérieurs.

8-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'engrenage solaire du train d'entrée (4) est relié de façon débrayable à la terre.

9-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'engrenage solaire du train d'entrée (4) est relié de façon débrayable à l'entrée.

10-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que:l'engrenage solaire du train d'entrée (4) est relié de façon débrayable à la couronne du train diviseur (6).

11-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couronne du train d'entrée (4) est reliée de façon permanente à la sortie.

12-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-satellites du train d'entrée (4) est reliée de façon débrayable à l'entrée.

13-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-satellites du train d'entrée (4) est reliée de façon débrayable à la terre.

14-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-satellites du train d'entrée (4) est reliée de façon permanente au train de sertie (5).

15-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'engrenage solaire du train de sortie (5) est relié de façon débrayable à la terre.

16-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couronne du train de sortie (5) est relié de façon débrayable à la terre.

17-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couronne du train de sortie (5) est reliée de façon permanente au train d'entrée (4).

18-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-satellites du train de sortie (5) est relié de façon permanente à la sortie.

19-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend six embrayages.

20-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'embrayage reliant l'entrée et le portesatellites du train d'entrée (4) est disposé entre le train d'entrée (4) et le train diviseur (6).

21-Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé par le fait que l'embrayage reliant l'entrée et le porte-satellites du train d'entrée (4) est disposé à l'opposé du train diviseur (6).

22-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les arbres des trains d'entrée (4), de sortie (5) et multiplicateur (6) sont coaxiaux.