DISPOSITIF DE SYNCHRONISATION POUR BOÎTE DE VITESSES ET BOÎTE DE VITESSES LE COMPORTANT
La présente invention concerne un dispositif de synchronisation pour boîte de vitesse et une boîte de vitesses le comportant. Ce dispositif de synchronisation a pour objet de mettre un pignon fou à la même vitesse de rotation que l'arbre de sortie d'une boîte de vitesses qui le porte, par frottement, avant de solidariser ce pignon en rotation avec l'arbre par crabotage. Dans une architecture de boîte de vitesses conventionnelle, un tel dispositif de synchronisation comporte principalement un manchon baladeur, se déplaçant sous la commande d'une fourchette le long d'un moyeu qui est fixé par l'intermédiaire de cannelures sur l'arbre de sortie de boîte de vitesses de façon à venir craboter les dents du pignon. Cette fourchette est reliée à un coulisseau qui est guidé en translation dans un carter de la boîte de vitesses, lequel coulisseau est actionné par un actionneur, et est indexé dans ses différentes positions d'engagement d'un rapport de démultiplication par des billes rappelées élastiquement. Ces billes permettent une indexation précise de l'actionneur du véhicule. Ces billes de position permettent également de jouer le rôle d'amortisseur de tolérance grâce à la présence des ressorts. Ils ont pour avantage de permettre pour les phases de point mort et fin de crabotage, d'aider le manchon ou baladeur, à aller dans les positions neutres ou crabotées, sous un effet d'avalage. Toutefois la présence de ces billes implique un coût de fabrication et d'installation et a un impact sur le rendement de la commande. Pour palier ces problèmes, une nouvelle architecture de boîte de vitesse est proposée dans laquelle les fourchettes ne sont plus munies de billages de position. Une couronne de crabotage flottante par rapport au pignon fou est interposée entre le pignon fou et le manchon. La couronne à crabots est munie d'un jeu de cannelures internes, guidé en coulissement axial le long d'un jeu de cannelures externes complémentaires du pignon. La couronne qui porte les dents de crabotage du pignon fou peut donc se déplacer vers le moyeu par un coulissement en fin de phase crabotage sous l'effet d'un couple moteur fourni par le pignon. Toutefois, cette solution n'est pas très satisfaisante, en effet pour faciliter l'insertion des dents de la couronne à crabots entre les dents du manchon afin de garantir l'effet d'avalage, il est nécessaire de réaliser des flancs de guidage à angles conjugués, entraînant ainsi un coût d'usinage. En outre, dans le cas où les dents du manchon baladeur présentent des flancs munis d'angles d'anti-lâcher, ces derniers peuvent gêner l'insertion des dents de la couronne à crabots entre les dents du manchon baladeur, et de ce fait gêner le déplacement axial de la couronne à crabots. Dans la phase de crabotage, il se produit en plus un choc latéral entre les dents de crabotage de la couronne et les dents du manchon baladeur lors du dévirage du pignon qui peut entraîner une usure rapide des dents de crabotage. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de synchronisation comportant un manchon baladeur coulissant sur un moyeu fixé sur un arbre de boîte de vitesses en direction d'un pignon fou, une couronne à crabot munie d'un jeu de cannelures internes axiales guidé en coulissement axial le long d'un jeu de cannelures externe dudit pignon, ladite couronne à crabot comportant un jeu de dents de crabotage aptes à venir s'engager entre les dents de crabotage dudit baladeur dans une phase dite de crabotage pour lier en rotation le pignon fou et l'arbre. Selon l'invention, un moyen élastique est interposé entre ledit pignon et la couronne à crabots, ledit moyen tendant à exercer une poussée sur la couronne en 20 direction du moyeu lors de la phase de crabotage. L'adjonction de ce moyen élastique entre la couronne à crabots et le pignon, va permettre d'emmagasiner l'énergie fournie par le pignon et de la restituer sous la forme d'une force pour pousser la couronne vers le moyeu, aidant l'insertion des dents de crabotage de la couronne à crabots entre les dents de crabotage du 25 manchon baladeur. Ainsi l'effet d'avalage de la couronne à crabot se produit et ce quelque soit la forme des dents de crabotage. On obtient ainsi également un gain en usinage des dents. En outre dans les conceptions de synchroniseurs connues, il est nécessaire d'intégrer une garde d'usure de l'anneau de synchronisation, pour que l'anneau de 30 synchronisation ne rencontre pas radialement le flanc du pignon avant la fin de la synchronisation lorsque sa surface conique de frottement aura subi une usure. La présence de cette garde d'usure rend le dispositif de synchronisation moins compact. Le coulissement de la couronne à crabots sur les cannelures externes axiales du pignon permet de rattraper automatiquement la garde d'usure aménagée dans un dispositif de synchronisation conventionnel. Il est donc possible de réduire voir supprimer cette garde d'usure en bloquant l'anneau de synchronisation dans son déplacement axial par l'intermédiaire du moyen élastique. On obtient ainsi un gain en encombrement du fait de l'absence de cette garde d'usure et par voie de conséquence un dispositif de synchronisation plus compact. De plus le moyen élastique permet d'amortir les chocs latéraux pendant la phase dite de crabotage. Préférentiellement, ledit moyen élastique est une rondelle élastique en appui contre des faces du pignon et de la couronne.
Préférentiellement, ladite rondelle est une rondelle ondulée. Préférentiellement, ledit moyen élastique est un ressort hélicoïdal. Préférentiellement, les dents de crabotage de la couronne à crabots et du manchon baladeur comportent des faces de guidage complémentaires. Préférentiellement, les dents de crabotage du manchon baladeur comportent des flancs latéraux munis d'une contre-dépouille de type anti-lâcher. Préférentiellement, la couronne à crabots est une couronne à simple cône. Préférentiellement, la couronne à crabots est une couronne à double cônes. L'invention concerne également une boîte de vitesses à crabots, comportant différents rapports de vitesses réalisés par des engrenages comprenant des pignons, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de synchronisation tel que décrit ci-dessus. Enfin l'invention concerne un véhicule automobile équipé d'une boîte de vitesses telle que décrite ci-dessus. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un dispositif de synchronisation selon l'invention représenté en position de point mort ; - les figures 2A et 2B représentent en perspective, une vue d'un pignon et d'une couronne à crabot coulissant axialement par rapport à la couronne à crabot ; - les figures 3A et 3B représente schématiquement une vue en coupe des dents de crabotage de la couronne à crabots et du manchon en position de crabotage ; - la figure 4 représente en perspective, une vue du pignon, de la rondelle et de la couronne à crabot selon l'invention.
La figure 1 montre un dispositif de synchronisation 10 selon l'invention. Il comporte de façon classique un manchon baladeur 2 coulissant sur un moyeu 3, qui est fixé sur un arbre 4 de boîte de vitesses. Sous la commande d'une fourchette de passage de vitesses (non représentée) dont le patin vient s'insérer dans une gorge extérieure 201 du manchon baladeur 2, le manchon baladeur 2 coulisse à l'écart de sa position de point mort en direction d'un pignon fou 5. Ce dispositif comporte deux pignons 5 montés libres en rotation sur l'arbre 4 de part et d'autre du manchon baladeur 2.Tel qu'illustré à la figure 1, ce dispositif présente une symétrie de fonctionnement. Il ne sera par conséquent décrit dans la description qui va suivre que la partie du dispositif permettant la synchronisation du pognon 5 situé à droite de la figure 1. Dans une forme de réalisation classique, les dents du manchon baladeur 2 s'engagent entre les dents du pignon 5 dans une phase de crabotage après avoir traversé les dents d'au moins un anneau de synchronisation 8 interposé entre le pignon et le manchon baladeur dans une phase de synchronisation des vitesses de rotation de l'arbre 4 et du pignon 5. Le manchon baladeur 2 et le pignon 5 sont à cet effet pourvus de dents de crabotage complémentaires s'emboîtant l'une dans l'autre lorsque le manchon baladeur est rapproché du pignon en fin de phase de crabotage.
Dans une nouvelle forme de réalisation, les dents de crabotage du pignon sont portées par une couronne à crabots 6 et référencée par le numéro 602. Comme représenté aux figures 2A et 2B, le pignon 5 présente un jeu de cannelures externes axiales 501, et la couronne à crabots 6, coulissant sur celles-ci par l'intermédiaire d'un jeu de cannelures internes 601. Plus précisément en phase de fin de crabotage, sous l'effet du couple moteur du pignon 5 et grâce aux cannelures 501, 601, il se crée un avalage et un coulissement de la couronne à crabots 6 vers le moyeu 3. Ainsi ce n'est plus le manchon baladeur 2 qui par son déplacement et sous l'effet de la commande assure toutes les phases de synchronisation et de fin de crabotage. La phase de crabotage est assurée de façon autonome sous l'effet du couple moteur du pignon. De ce fait il n'est plus nécessaire d'intégrer de billes de position sur la fourchette de commande, permettant ainsi un gain en encombrement et un gain de coût de fabrication. De plus l'effet de coulissement sur cannelures 501, 601 permet de jouer le rôle d'absorption de tolérance. Conformément à l'invention et tel qu'illustré sur la figure 4, une rondelle 7 est interposée entre la couronne à crabots 6 et le pignon fou 5, assurant la fonction d'éjection de la couronne à crabots 6 vers le moyeu 3 en phase de fin de crabotage. Au point mort (figure 1), la couronne à crabots 6 est maintenue plaquée axialement sur l'anneau de synchronisation 8 par la rondelle 7 s'appuyant sur une face 5A du pignon et sur une face 6A de la couronne à crabots 6. Selon une variante, cette rondelle 7 est une rondelle ondulée. Selon une autre variante, cette rondelle 7 est un ressort hélicoïdal. Toutefois sans sortir du cadre de l'invention, on peut utiliser tout autre type de rondelle élastique. La figure 1 montre un écart "g" entre la face arrière de la couronne 6 et la face avant de l'anneau de synchronisation 8, qui correspond à la garde d'usure de l'anneau. Dans l'état de la technique, cette garde d'usure est prévue au montage entre l'anneau et le pignon. Ainsi l'interposition de la couronne à crabot 6 entre le pignon 5 et l'anneau de synchronisation 8 ainsi que celle de la rondelle 7 entre le pignon 5 et la couronne 6 permet de réduire la garde d'usure prévue dans l'état de la technique au montage entre la face latérale du pignon et l'anneau de synchronisation. Au point mort, la face de l'anneau de synchronisation est à proximité d'une face latérale de la couronne, sans être en contact avec celle-ci. La présence de cette rondelle 7 permet d'amortir les chocs pendant la phase de crabotage lors du dévirage du pignon et de restituer toute l'énergie emmagasinée sous la forme d'une force élastique en éjectant la couronne 6 vers le moyeu 4. Cette éjection due à l'effort élastique de la rondelle, va aider les dents de crabotage 602 de la couronne à crabot 6 à dépasser les angles d'anti-lâcher 202C placés derrière l'entrée 202A de dents du manchon baladeur 2. En effet il est connu pour assurer la transmission du couple en rapport engagé et pour assurer que les dents ne peuvent pas se désengager spontanément pendant qu'elles transmettent un couple en provoquant un lâcher de vitesse, de prévoir un système de retenue, un anti-lâcher au niveau de la dent de crabotage sur la couronne à crabot et le manchon. Les figures 3A et 3B illustrent deux formes de réalisation de dents de 5 crabotage du manchon baladeur 2 et de la couronne à crabots 6. La figure 3A illustre une première forme de réalisation d'une dent 602 de la couronne à crabot 6 engagée entre deux dents 202 du manchon baladeur 2. Les dents 202, 602 présent chacune un angle d'attaque 202A, 602A. Pour exercer la fonction de retenue, les dents présentent des faces de guidage 202B, 602B ayant 10 des angles conjugués. Cette forme conjuguée impose une maîtrise parfaite de la réalisation des alvéoles d'anti-lâcher ainsi que des creux de dents de manchons, de ce fait entraîne un coût supplémentaire d'usinage. En outre une mauvaise réalisation de ces angles d'anti-lâcher peut provoquer un lâcher de vitesse, désagréable pour le conducteur voir même dangereux. 15 La figure 3B illustre une deuxième forme de réalisation plus avantageuse qui permet de palier les inconvénients techniques cités ci-dessus. Les dents 202 du manchon baladeur 2 présentent à leur extrémité un angle d'attaque 202A, saillant orienté axialement en direction de la couronne 6 et du pignon 5. En arrière de cette extrémité, les dents du manchon baladeur présentent une première face de guidage 20 202 B ayant des flancs latéraux parallèles à un plan passant par un axe X'X suivie d'une contre-dépouille 202C. Lorsque les dents 602 de la couronne à crabots 6 qui sont insérées entre deux dents 202 du manchon baladeur 2 dépassent le témoin d'anti-lâcher, à savoir les flancs latéraux 202B dotés d'une contre-dépouille 202C, elles ne peuvent plus se 25 désengager spontanément pendant qu'elles transmettent un couple. La couronne à crabots 6 va être avalée sous l'effet du couple moteur et des angles d'anti-lâcher par un déplacement axial et se déplace vers le moyeu. Le principe de fonctionnement du dispositif est le suivant. La couronne à crabots 6 est mobile axialement sur le pignon 5 sur les cannelures 501. Au point 30 mort, la couronne 6 est plaquée axialement sur l'anneau 8, par la rondelle 7. En s'écartant du point mort, le manchon baladeur 2 entraîne axialement l'anneau 8 pour établir la synchronisation de l'arbre avec le pignon. Simultanément, le manchon baladeur 2 repousse la couronne à crabots 6, qui coulisse sur ses cannelures en comprimant en même temps la rondelle 7.
Dans la phase de fin de crabotage, cette rondelle 7 se détend et restitue toute l'énergie emmagasinée sous la forme d'une force en repoussant la couronne à crabots 6 vers le moyeu 3. Ainsi la rondelle 7 permet d'aider l'insertion des dents 602 de la couronne à crabots entre les dents de crabotage 202 du manchon baladeur 2, en dépassant les angles d'anti-lâcher 202C. La rondelle 7 a un autre effet bénéfique, en amortissant les chocs pendant la phase de crabotage. La description ci-dessus se rapporte à une couronne à crabots simple cône. Toutefois, elle n'est pas limitative à cet égard. En effet l'invention s'applique également avec le même principe de fonctionnement sur un dispositif de synchronisation présentant une couronne à crabots double cône. Le dispositif de synchronisation, objet de la présente invention permet de réduire l'intensité des chocs de synchronisation par crabots, ce qui réduit le bruit généré, mais permet également d'augmenter la durée de vie de la boîte de vitesses.
L'invention permet de réduire l'encombrement de la boîte de vitesses et est adaptable aux différentes boîtes de vitesses existantes.