WO1999057459A1 - Boite de vitesses synchronisee - Google Patents

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WO1999057459A1
WO1999057459A1 PCT/FR1999/001035 FR9901035W WO9957459A1 WO 1999057459 A1 WO1999057459 A1 WO 1999057459A1 FR 9901035 W FR9901035 W FR 9901035W WO 9957459 A1 WO9957459 A1 WO 9957459A1
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gearbox
shaft
rotation
primary
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Gonzalo-Antoine Hennequet
Jean-Michel Lamy
Original Assignee
Renault
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/12—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with means for synchronisation not incorporated in the clutches
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19219—Interchangeably locked
    • Y10T74/19242—Combined gear and clutch
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/19219—Interchangeably locked
    • Y10T74/19284—Meshing assisters
    • Y10T74/19288—Double clutch and interposed transmission

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle gearbox.
  • the invention relates more particularly to a gearbox for a motor vehicle, of the type which comprises at least two primary and secondary parallel shafts, respectively connected in rotation to a vehicle engine and, via a transmission, to at least a vehicle wheel, and of the type in which one of the shafts carries at least one first idler gear meshing with a second fixed gear carried by the other shaft, which first gear is capable of being linked in rotation to the shaft which door to transmit the motive power from the engine to the vehicle wheel.
  • gearboxes which allow the establishment of various gear ratios by clutching idler gears on their shafts.
  • the second idler gear To be able to be clutched to the first shaft, the second idler gear must first be brought to a speed of rotation substantially equal to that of the first shaft. This is the role conventionally assigned to devices called synchronizers.
  • Each idler gear is coupled to an axially disengageable device, generally controlled by a movable ring axially controlled by the movement, parallel to the shaft carrying the idler gear, of a control fork.
  • the device allows, once engaged, to achieve a rotation connection of the idler gear to its shaft by friction so as to gradually bring it to an adequate speed of rotation, but without being able to transmit significant torque .
  • the device then makes it possible, in a second step, (the pinion and the shaft rotating at the same speed) to make the connection of the idler pinion to the shaft, for example by means of a gear coupling, thus establishing a relationship gearbox reduction.
  • Such a device is advantageous insofar as it makes it possible to facilitate the interconnection of idler pinions on their shafts.
  • the majority of dog clutch devices comprising toothed couplings, it is important that the idler gears are synchronized beforehand with their shaft (s) before being clutched, in order to limit the wear of the teeth and guarantee silent operation of the dog clutch device.
  • the solution according to the invention consists, no longer in bringing the pig not to be clutched at a speed close to that of the shaft on which it must be clutched, but on the contrary in bringing the shaft on which it must be clutched at a speed close to that of the pinion to be clutched.
  • the invention provides a gearbox of the type described above, characterized in that it includes controlled disengageable means making it possible to selectively accelerate or brake the primary shaft in order to synchronize the speed of the idler gear with that of the shaft which carries it before linking it in rotation to said shaft, and being capable of accelerating the primary shaft as long as its speed is lower than that of the idler gear, and of braking the primary shaft as long as its speed is greater than that of the non-crazy pig.
  • controlled disengageable means making it possible to selectively accelerate or brake the primary shaft in order to synchronize the speed of the idler gear with that of the shaft which carries it before linking it in rotation to said shaft, and being capable of accelerating the primary shaft as long as its speed is lower than that of the idler gear, and of braking the primary shaft as long as its speed is greater than that of the non-crazy pig.
  • the disengageable means for accelerating the primary shaft comprise means for temporary connection in rotation with sliding from the primary shaft to the secondary shaft;
  • the means for rotationally connecting the primary shaft to the secondary shaft comprise a first toothed wheel
  • the disengageable controlled braking means of the primary shaft comprise means for temporary connection in rotation with sliding of the primary shaft to the casing of the gearbox; the means for rotationally connecting the primary shaft to the gearbox casing have a fixed frustoconical bearing surface of the gearbox casing, coaxial with the primary shaft, to which the primary shaft is capable of being temporarily linked via a slip brake coupling device;
  • the acceleration coupling devices and braking coupling with sliding comprise a common contact wheel, which is linked in rotation to the primary shaft by splines, which comprises two opposite annular frustoconical bearing, and which is capable of being controlled to slide along the primary shaft towards a first extreme active axial position in which a first annular frustoconical bearing cooperates by friction with an annular frustoconical bearing complementary to said first toothed wheel, to accelerate the shaft primary, or towards a second opposite extreme active axial position in which a second annular frustoconical bearing cooperates by friction with the fixed, annular and complementary frustoconical bearing of the gearbox housing, to brake the primary shaft, 5
  • the acceleration coupling devices and braking coupling with sliding comprise an electromagnetic clutch, including two radial cages coaxial with the primary shaft, which are carried respectively by the first toothed wheel and by the fixed truncated bearing of the gearbox housing, are capable of cooperating selectively with sliding with two ends of a rotor in two parts secured to the primary shaft to respectively accelerate or brake the primary shaft when a magnetic flux is established between a rotor part and clutch cage;
  • the electromagnetic clutch is a metal powder clutch
  • the gearbox comprises a motor pump, of which a fixed casing carrying axial pistons is integral with the casing of the gearbox, of which a control plate is linked in rotation to the primary shaft of the gearbox, and which is capable of operating selectively by hydraulic motor or hydraulic pump to respectively accelerate or brake the primary shaft;
  • the gearbox is a robotic gearbox which includes automated control means acting on the disengageable means of acceleration and braking of the primary shaft, and automated means of clutching idler gears on the shafts which carry them . 6
  • FIG. 1 is a schematic sectional view through a long median plane itudinal passing through the axes of the two shafts of a gearbox produced according to the invention, comprising a non-idler non-clutched pig and a contact wheel coupling device represented according to a rest mode;
  • FIG. 2 is a view similar to Figure 1, the coupling device being shown in an active mode of acceleration of the primary shaft;
  • FIG. 3 is a view similar to Figure 1, the coupling device being shown in an active mode of braking of the primary shaft;
  • FIG. 4 is a view similar to Figure 1, the idler gear being clutched and the coupling device being shown in an inactive mode;
  • FIG. 5 is a schematic sectional view through a longitudinal median plane of a gearbox produced according to a variant of the invention and comprising a coupling device by friction clutch;
  • FIG. 6 is a schematic sectional view through a longitudinal median plane of a gearbox produced according to another variant of the invention and comprising a coupling device by electromagnetic clutch.
  • a gearbox 1 0 comprises a casing 12 which rotatably carries two parallel longitudinal primary 14 and secondary 16 shafts 16.
  • the primary shaft 14 receives motive power from a motor (not shown) of the 7
  • the gearbox casing 12 has an end 26 of the casing which comprises controlled disengageable means 28 acceleration or braking of the primary shaft 14.
  • the controlled disengageable means 28 comprise a toothed wheel 40, integral in rotation with one end of the secondary shaft 16, which meshes with a toothed wheel 42 carried in rotation by the end 26 of the casing. box 12, and which is coaxial with the primary shaft 14.
  • the meshing of the toothed wheels 40 and 42 is permanent, so that the toothed wheel 42 is indirectly driven in rotation by the wheel 1 8 of the vehicle.
  • the controlled disengageable means 28 also comprise a coupling device 30 of which a contact wheel 32, comprising a hub 50, is linked in rotation to the primary shaft by splines 34.
  • the contact wheel 32 can be controlled sliding along the primary shaft, and comprises on two opposite faces a first annular frustoconical bearing 36 and a second annular frustoconical bearing 38.
  • An axial sliding gear 38 cooperating with a hub 50 of the contact wheel 36 makes it possible to control its movements in axial sliding along the grooves 34 of the primary shaft 14.
  • the coupling device 30 has a fixed annular frustoconical bearing 44, carried by the end of the gearbox 26 and coaxial with the primary shaft 14 who the 8
  • the annular frustoconical bearing 44 is arranged opposite the first annular frustoconical bearing 36 of the contact wheel 32.
  • the coupling device 30 comprises, opposite the second annular frustoconical bearing 38 of the contact wheel 32, an annular frustoconical bearing 46 carried by the toothed wheel 42, and therefore coaxial with the primary shaft 14.
  • the contact wheel 32 of the coupling device is, in an intermediate rest position shown in FIG. 1, arranged axially between the annular frustoconical bearing surfaces 44 of the end 26 of the gearbox housing and 46 of the toothed wheel 42, without contact with the latter.
  • FIG. 2 illustrates a state in which the secondary shaft 16 rotates at a speed substantially higher than the primary shaft 14.
  • the driver of the vehicle has declutched the idler gear (not shown) previously mentioned, disengaged, and commanded the engagement of the gear ratio corresponding to the idler gear 22.
  • the primary shaft 14 slows down, while the secondary shaft is driven by the wheel 18 of the vehicle.
  • the controlled walkman 48 first moves the hub 50 of the contact wheel 32 to the left, so that its annular frustoconical bearing 38 cooperates by friction with the annular frustoconical bearing 46 of the toothed wheel 42. From this way, the contact wheel 32 is rotated with sliding by the toothed wheel 42 whose speed is linked to that of the secondary shaft 16. The contact wheel 32 then drives, via the grooves 34, the primary shaft 14 and gradually brings it to a sufficient speed of rotation to allow the idler pinion 22 to engage on the shaft 14 to mesh with the fixed pinion 24 of the secondary shaft 16, as will be seen later with reference to the fig ure 4.
  • the configuration described with reference to FIG. 3 illustrates the case in which the primary shaft 14 rotates at a speed substantially higher than the secondary shaft 16. 10
  • FIG. 4 illustrates the last phase of interconnection of the idler gear 22 on the primary shaft 14 so as to mesh with the fixed gear 24 of the secondary shaft 16.
  • the primary shaft 14 has been brought to an adequate speed of rotation by means of the coupling device 30.
  • the sliding gear 48 of the coupling device 30 is then controlled so that the contact wheel 32 occupies again, as described with reference to FIG. 1, an intermediate rest position between the annular frustoconical bearing surfaces 46 of the toothed wheel 42 and the fixed frustoconical bearing surface 44 of the end 26 of the gearbox casing.
  • the primary shaft then rotates, by its inertia, at an adequate speed, and a device (not shown) moves the idler pinion axially to the left so that it is made to rotate with the primary shaft 14 and that its teeth 52 mesh with the teeth 54 of the fixed pinion of the secondary shaft 16, thus allowing the transmission of the driving power coming from the engine (not shown) to the secondary shaft 16 to drive the vehicle.
  • a device (not shown) moves the idler pinion axially to the left so that it is made to rotate with the primary shaft 14 and that its teeth 52 mesh with the teeth 54 of the fixed pinion of the secondary shaft 16, thus allowing the transmission of the driving power coming from the engine (not shown) to the secondary shaft 16 to drive the vehicle.
  • This embodiment is particularly advantageous because it allows simple synchronization of the primary shaft 14 with the secondary shaft 16 to be achieved.
  • a single device 28 located for example at the end of the gearbox 12, or in another location of the gearbox 12, allows synchronization of all the crazy pig nons of the gearbox. Indeed, such a device is applicable, both to the idler gear 22 of the primary shaft 14 (as it has been described) than to idler gears which would be carried by the secondary shaft, since the nature of the operation carried out by the device 28 is a speed synchronization, to the gear ratio chosen close, of the primary and secondary shafts.
  • the device 28 makes it possible to significantly influence the compactness and the weight of the gearbox, since the conventional synchronizer devices associated with each idler gear become superfluous.
  • a single device 28 in fact governs all of the synchronization operations of the gearbox, by means of an appropriate control logic which adequately controls the movements of the contact wheel 32 by means of the wander 48. .
  • FIG. 5 illustrates an alternative embodiment of the invention.
  • the operating principle of the controlled disengageable means 28 is similar to that described with reference to Figures 1 to 4, but the cooperating surfaces are significantly different.
  • the coupling device 30 here consists of a friction clutch, the contact wheel 32 consisting of a clutch disc covered on its two faces with friction lining, the planar annular surfaces 44 of the end of 12
  • casing 26 and 46 of the toothed wheel 42 being plates, made for example of rectified steel.
  • the contact wheel 32 has two flat annular bearings 38 and 36 intended to cooperate with the complementary planar annular bearings 44 and 46. No such design has a favorable effect on manufacturing costs since it makes it possible to dispense with the production frustoconical surfaces whose machining is generally expensive.
  • the clutch formed by the coupling device 30 can advantageously consist of an electromagnetic clutch in which the contact wheel 32 constitutes a rotor, and in which the toothed wheel 42 and the end of gearbox housing 26 each have a cage coaxial with the primary shaft 14, these cages being capable of being traversed by an electromagnetic flux which drives the rotor formed by the wheel 32.
  • the electromagnetic clutch considered can be an electromagnetic powder clutch, the electric power consumed by such a device then being much lower than that consumed by a conventional electromagnetic clutch.
  • Such a device has the advantage of being able to be controlled in a simple manner by a control logic which ensures the synchronization of the primary shaft 14 to the secondary shaft 16.
  • Fig ure 6 illustrates a last embodiment of the invention in which the disengageable means 28 controlled comprise a motor pump 56 which is arranged at the end 26 of the gearbox casing, and which is linked in rotation to the primary shaft 14
  • the disengageable means 28 do not receive energy from the secondary shaft 16 but from the motor, which supplies, for example, a hydraulic compressor. 13
  • the motor pump 56 includes, for example, axial pistons (not shown) and can operate selectively as a hydraulic motor to accelerate the primary shaft 14, or as a hydraulic pump to brake the primary shaft 14.
  • This variant is particularly advantageous because it makes it possible to produce synchronization of the primary shaft 14 to the secondary shaft 16 by hydraulic means, the power of which is supplied, for example, by a hydraulic compressor supplied by the engine of the vehicle.
  • disengageable means can be controlled by an extremely simplified control logic involving very few electronic components.
  • These disengageable means are particularly suitable for an automatic robotic gearbox in which the control hydraulics generally occupies a predominant place.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)

Abstract

L'invention propose une boîte de vitesses (10) d'automobile, du type qui comporte au moins deux arbres parallèles primaire (14) et secondaire (16), respectivement liés en rotation à un moteur et, par une transmission (20), à une roue (18), et du type dans lequel l'arbre primaire porte un premier pignon fou (22) engrenant avec un second pignon fixe (24) porté par l'arbre secondaire, lequel premier pignon fou (22) est susceptible d'être craboté sur l'arbre primaire pour transmettre une puissance motrice du moteur à la roue (18), caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens débrayables commandés (28) permettant d'accélérer ou de freiner sélectivement l'arbre primaire (14) qui porte le pignon fou (22), afin de les synchroniser avant de les lier en rotation, moyens débrayables d'accélération accélérant l'arbre primaire (14) tant que sa vitesse est inférieure à celle du pignon fou (22), et moyens débrayables de freinage freinant l'arbre primaire (14) tant que sa vitesse est supérieure à celle du pignon fou (22).

Description

1
"Boîte de vitesses synchronisée"
L'invention concerne une boîte de vitesses de véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement une boîte de vitesses pour véhicule automobile, d u type qui comporte au moins deux arbres parallèles primaire et secondaire, respectivement liés en rotation à un moteur du véhicule et, par l'intermédiaire d'une transmission , à au moins une roue du véhicule, et du type dans lequel u n des arbres porte au moins un premier pignon fou engrenant avec un second pignon fixe porté par l'autre arbre, lequel premier pignon est susceptible d'être lié en rotation à l'arbre qui le porte pour transmettre la puissance motrice du moteur à la roue d u véhicule.
On connaît de nombreuses boîtes de vitesses permettant l'établissement de d ivers rapports de démultiplication par crabotage de pignons fous sur leurs arbres.
Dans le cas, par exemple, d'une boîte de vitesses à deux arbre parallèles, lorsqu'un utilisateur commande, par l'intermédiaire d'une commande de la boîte de vitesses, le passage d'un premier rapport de démultiplication à un deuxième rapport de démultiplication , le premier pignon fou correspondant au premier rapport est "décraboté" du premier arbre qui le porte avant que le deuxième pignon fou correspondant au deuxième rapport ne soit à son tour craboté sur le premier arbre. L'opération étant très rapide, il s'avère que le premier arbre continue de tourner à une vitesse proche de celle qu'il avait lorsque le premier pignon fou était craboté dessus. Le deuxième pignon fou , entraîné pour sa part par un deuxième pignon fixe de l'autre arbre avec lequel il engrène, tourne à une vitesse sensiblement différente de celle du premier arbre du fait d'un rapport de démultiplication d ifférent. 2
Pour pouvoir être craboté sur le premier arbre, le deuxième pignon fou doit préalablement être amené à une vitesse de rotation sensiblement égale à celle d u premier arbre. C'est le rôle conventionnellement dévolu aux dispositifs appelés synchroniseurs.
Chaque pignon fou est couplé à un dispositif axialement débrayable, généralement commandé par une bague mobile axialement commandée par le déplacement, parallèlement à l'arbre portant le pignon fou , d'une fourchette de commande.
Le dispositif permet, une fois embrayé, de réaliser une liaison en rotation du pignon fou à son arbre par frottement de façon à l'amener progressivement à une vitesse de rotation adéq uate, mais sans qu'il soit à même de transmettre un couple important.
Le dispositif permet alors, dans un deuxième temps, (le pignon et l'arbre tournant à la même vitesse) de réaliser la liaison du pignon fou à l'arbre, par exemple au moyen d'un accouplement à dentures, établissant ainsi un rapport de démultiplication de la boîte de vitesses.
Un tel dispositif est avantageux dans la mesure ou il permet de faciliter le crabotage des pignons fous sur leurs arbres. En effet, la majorité des dispositifs de crabotage comportant des accouplements à dentures, il importe que les pignons fous soient préalablement synchronisés à leur(s) arbre(s) avant d'être crabotés, afin de limiter l'usure des dentures et de garantir un fonctionnement silencieux du dispositif de crabotage.
En revanche, les dispositifs comportant des synchro- niseurs présentent l'inconvénient d'utiliser un synchroniseur par pignon fou, ce qui augmente considérablement l'encombrement axial de la boîte de vitesses et son poids. 3
En outre , dans le cas d'une boîte de vitesses dite robotisée, c'est-à-dire une boîte de vitesses dont les différents organes sont déplacés par des actionneurs pilotés, ces actionneurs étants commandés par une électronique de commande sur laquelle agit le cond ucteur d u véhicule, l'emploi de synchroniseurs est particulièrement malaisé. En effet, par rapport à une commande conventionnelle par doigts de sélection et fou rchettes, la commande des synchroniseurs par des actionneu rs est particulièrement inappropriée, les actionneurs présentant un grand encombrement.
Pour remédier à ces inconvénients, la solution selon l'invention consiste, non plus à amener le pig non devant être craboté à une vitesse proche de celle de l'arbre su r leq uel on doit le craboter, mais au contraire à amener l'arbre sur lequel on doit le craboter à une vitesse proche de celle d u pignon devant être craboté.
Dans ce but l'invention propose une boîte de vitesses du type précédemment décrit, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens débrayables commandés permettant d'accélérer ou de freiner sélectivement l'arbre primaire afin de synchroniser la vitesse du pignon fou avec celle de l'arbre qui le porte avant de le lier en rotation à ce dit arbre, et étant susceptibles d'accélérer l'arbre primaire tant que sa vitesse est inférieure à celle du pignon fou , et de freiner l'arbre primaire tant que sa vitesse est supérieure à celle du pig non fou . Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- les moyens débrayables d'accélération de l'arbre primaire comportent des moyens de liaison temporaire en rotation avec glissement de l'arbre primaire à l'arbre secondaire ;
- les moyens de liaison en rotation de l'arbre primaire à l'arbre secondaire comportent une première roue dentée, 4
coaxiale à l'arbre primaire, qui engrène avec une seconde roue dentée portée par l'arbre secondaire et liée en rotation à ce dernier, et q ui est susceptible d'être liée temporairement en rotation à l'arbre primaire par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement d'accélération avec glissement ;
- les moyens débrayables commandés de freinage de l'arbre primaire comportent des moyens de liaison temporaire en rotation avec glissement de l'arbre primaire au carter de la boîte de vitesses ; - les moyens de liaison en rotation de l'arbre primaire au carter de la boîte de vitesses comportent une portée tronconique fixe du carter de la boîte de vitesses, coaxiale à l'arbre primaire, à laquelle l'arbre primaire est susceptible d'être lié temporairement par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement de freinage avec glissement ;
- les dispositifs d'accouplement d'accélération et d'accouplement de freinage avec g lissement comportent une roue de contact commune, qui est liée en rotation à l'arbre primaire par des cannelures, qui comporte deux portée tronconiques an nulaires opposées, et qui est susceptible d'être commandée en coulissement le long de l'arbre primaire vers une première position axiale extrême active dans laquelle une première portée tronconique annulaire coopère par friction avec une portée tronconique annulaire complémentaire de la dite première roue dentée, pour accélérer l'arbre primaire, ou vers une seconde position axiale extrême active opposée dans laquelle une seconde portée tronconique annulaire coopère par friction avec la portée tronconique fixe, annulaire et complémentaire, du carter de la boîte de vitesses, pour freiner l'arbre primaire, 5
en passant par une position axiale intermédiaire indexée de repos ;
- les portées annulaires sont tronconiq ues ;
- les portée tronconiques annulaires sont planes, et la roue de contact est un disque d'un embrayage recouvert d'un matériau d'une garniture de friction ; les dispositifs d'accouplement d'accélération et d'accouplement de freinage avec g lissement comportent un embrayage électromagnétique, dont deux cages radiales coaxiales à l'arbre primaire, qui sont portées respectivement par la première roue dentée et par la portée tronconiq ue fixe d u carter de la boîte de vitesses , sont susceptibles de coopérer sélectivement avec glissement avec deux extrémités d'un rotor en deux parties solidaire de l'arbre primaire pour respectivement accélérer ou freiner l'arbre primaire lorsqu'un flux magnétiq ue s'établit entre une partie de rotor et une cage de l'embrayage ;
- l'embrayage électromagnétique est un embrayage à poudre métallique ; - la boîte de vitesses comporte une motopompe, dont un carter fixe portant des pistons axiaux est solidaire du carter de la boîte de vitesses, dont un plateau de contrôle est lié en rotation à l'arbre primaire de la boîte de vitesses, et qui est susceptible de fonctionner sélectivement en moteur hydraulique ou en pompe hyd raulique pour respectivement accélérer ou freiner l'arbre primaire ;
- la boîte de vitesses est une boîte de vitesses robotisée qui comporte des moyens automatisés de commande agissant sur les moyens débrayables d'accélération et de freinage de l'arbre primaire, et des moyens automatisés de crabotage des pignons fous sur les arbres qui les portent. 6
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue schématique en coupe par un plan médian long itudinal passant par les axes des deux arbres d'une boîte de vitesses réalisée suivant l'invention , comportant un pig non fou non craboté et un d ispositif d'accouplement à roue de contact représenté selon un mode de repos ; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 , le dispositif d'accouplement étant représenté selon un mode actif d'accélération de l'arbre primaire ;
- la figu re 3 est une vue similaire à la figure 1 , le dispositif d'accouplement étant représenté selon un mode actif de freinage de l'arbre primaire ;
- la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 , le pignon fou étant craboté et le dispositif d'accouplement étant représenté selon un mode inactif ;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe par un plan médian longitudinal d'une boîte de vitesses réalisée suivant une variante de l'invention et comportant un dispositif d'accouplement par embrayage à friction ; et
- la figure 6 est une vue schématique en coupe par un plan médian longitudinal d'une boîte de vitesses réalisée suivant une autre variante de l'invention et comportant un dispositif d'accouplement par embrayage électromagnétique.
Dans toute la description , des chiffres de référence identiques désignent des éléments identiques ou similaires.
De manière connue, une boîte de vitesses 1 0 comporte un carter 12 qui porte à rotation deux arbres parallèles longitudinaux primaire 14 et secondaire 16. L'arbre primaire 14 reçoit une puissance motrice d'un moteur (non représenté) d u 7
véhicule, tandis que l'arbre secondaire 16 est susceptible de transmettre la puissance motrice à au moins une roue 18 du véhicule par l'intermédiaire d'une transmission 20. Un pig non fou 22, porté par l'arbre primaire 14, est susceptible d'être craboté à un pignon fixe 24 de l'arbre secondaire pour transmettre la puissance motrice de l'arbre primaire 14 à l'arbre secondaire 16. Le carter de boîte 12 comporte une extrémité 26 de carter qui comporte des moyens débrayables commandés 28 d'accélération ou de freinage de l'arbre primaire 14.
Selon un premier mode de réalisation , les moyens débrayables commandés 28 comportent une roue dentée 40, solidaire en rotation d'une extrémité de l'arbre secondaire 16, qui engrène avec une roue dentée 42 portée à rotation par l'extrémité 26 du carter de boîte 12, et qui est coaxiale à l'arbre primaire 14. L'engrènement des roues dentées 40 et 42 est permanent, de sorte que la roue dentée 42 est indirectement entraînée en rotation par la roue 1 8 d u véhicule.
Les moyens débrayables commandés 28 comportent aussi un dispositif d'accouplement 30 dont une roue de contact 32, comportant un moyeu 50, est liée en rotation à l'arbre primaire par des cannelures 34. La roue de contact 32 est susceptible d'être commandée en coulissement le long de l'arbre primaire, et comporte sur deux faces opposées une première portée tronconique annulaire 36 et une deuxième portée tronconique annulaire 38. Un baladeur axial 38 coopérant avec un moyeu 50 de la roue de contact 36 permet de commander ses déplacements en coulissement axial le long des cannelures 34 de l'arbre primaire 14. Par ailleurs, le dispositif d'accouplement 30 comporte une portée tronconique annulaire fixe 44, portée par l'extrémité de carter de boîte 26 et coaxiale à l'arbre primaire 14 qui la 8
traverse. La portée tronconique ann ulaire 44 est agencée en regard de la première portée tronconique annulaire 36 de la roue de contact 32.
De plus , le dispositif d'accouplement 30 comporte, en regard de la deuxième portée tronconique annulaire 38 de la roue de contact 32, une portée tronconique annulaire 46 portée par la roue dentée 42, et par conséquent coaxiale à l'arbre primaire 14.
De cette manière, la roue de contact 32 du dispositif d'accouplement est, dans une position intermédiaire de repos représentée à la figure 1 , agencée axialement entre les portées tronconiq ues annulaires 44 de l'extrémité 26 de carter de boîte et 46 de la roue dentée 42, sans contact avec ces dernières. En effet, la boîte de vitesses 1 0 représentée à la figure
1 est dans une position de point mort dans laquelle le pignon fou 22 de l'arbre primaire 14 n'est pas craboté avec le pignon fixe 24 de l'arbre secondaire 16. Cette configuration correspond à un état dans lequel le véhicule est à l'arrêt ou est dans un état intermédiaire dans lequel un autre pignon fou (non représenté) , porté par l'arbre primaire 14, est craboté sur l'arbre primaire et dans lequel le pig non fou 22 va par exemple être craboté ultérieurement sur l'arbre primaire 14 pour engager un autre rapport de démultiplication. Dans cet état, la roue de contact 32 occupe une position intermédiaire le long des cannelures 34 dans laquelle elle ne coopère avec aucun des éléments du dispositif d'accouplement 30. La roue dentée 42 est alors entraînée à une vitesse proportionnelle à celle de la roue 18 du fait de son engrènement avec la roue dentée 40 de l'arbre secondaire et de la transmission 20. 9
La vue de la figure 2 illustre un état dans lequel l'arbre secondaire 16 tourne à une vitesse sensiblement plus élevée que l'arbre primaire 14. Dans cet état, le conducteur du véhicule a décraboté le pignon fou (non représenté) précédemment évoqué, débrayé, et a commandé l'engagement du rapport de démultiplication correspondant au pignon fou 22. L'arbre primaire 14 ralentit, tandis que l'arbre secondaire est entraîné par la roue 18 du véhicule.
Dans ce cas, pour effectuer le crabotage d u pig non fou 22 sur l'arbre primaire 14 et l'amener à engrener, par coulissement longitudinal de son moyeu 50 le long de l'arbre 14, avec le pignon fixe 24 de l'arbre secondaire 16 , il est nécessaire de l'amener auparavant à une vitesse de rotation suffisamment élevée de manière q ue les dentures 52 du pignon fou 22 et 54 du pignon fixe 24 puissent coopérer sans bruit.
Pour ce faire, le baladeur commandé 48 déplace d'abord le moyeu 50 de la roue de contact 32 vers la gauche, de sorte que sa portée tronconique annulaire 38 coopère par friction avec la portée tronconique annulaire 46 de la roue dentée 42. De cette manière, la roue de contact 32 est entraînée en rotation avec glissement par la roue dentée 42 dont la vitesse est liée à celle de l'arbre secondaire 16. La roue de contact 32 entraîne alors, par l'intermédiaire des cannelures 34, l'arbre primaire 14 et l'amène progressivement à une vitesse de rotation suffisante pour permettre le crabotage du pignon fou 22 sur l'arbre 14 pour engrener avec le pignon fixe 24 de l'arbre secondaire 16 , comme on le verra ultérieurement en référence à la fig ure 4. La configuration décrite en référence à la figure 3 illustre le cas dans lequel l'arbre primaire 14 tourne à une vitesse sensiblement plus élevée que l'arbre secondaire 16. 10
Pour réaliser le crabotage du pignon fou 22 et permettre l'engrenage du pignon fou 22 avec le pignon fixe 24, il est nécessaire de freiner l'arbre primaire 14. Cette opération est réalisée en déplaçant axialement le baladeur 48 vers la droite de sorte q ue la portée tronconique annulaire 36 de la roue de contact 32 coopère par friction et avec glissement avec la portée tronconique annulaire fixe 44 de l'extrémité de carter de boîte 26. De cette manière, un couple de freinage est appliq ué au moyeu 50 de la roue de contact 32 et freine progressivement l'arbre primaire 14, permettant ainsi le crabotage du pignon 22 et son engrènement avec le pignon fixe 24, comme décrit en référence à la figure 4.
La figure 4 illustre la dernière phase de crabotage du pignon fou 22 sur l'arbre primaire 14 de manière à engrener avec le pignon fixe 24 de l'arbre secondaire 16.
Dans cette configuration, l'arbre primaire 14 a été amené à une vitesse de rotation adéquate par l'intermédiaire du dispositif d'accouplement 30. Le baladeur 48 d u dispositif d'accouplement 30 est alors commandé de sorte que la roue de contact 32 occupe de nouveau , comme décrit en référence à la figure 1 , une position intermédiaire de repos entre les portées tronconiques annulaires 46 de la roue dentée 42 et la portée tronconique fixe 44 de l'extrémité 26 de carter de boîte.
L'arbre primaire tourne alors, de par son inertie, à une vitesse adéquate, et un dispositif (non représenté) déplace axialement vers la gauche le pignon fou 22 de sorte qu'il est rendu solidaire en rotation de l'arbre primaire 14 et que ses dentures 52 engrènent avec les dentures 54 du pignon fixe de l'arbre secondaire 16, permettant ainsi la transmission de la puissance motrice en provenance du moteur (non représenté) à l'arbre secondaire 16 pour entraîner le véhicule. 1 1
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux, car il permet de réaliser une synchronisation simple de l'arbre primaire 14 avec l'arbre secondaire 16.
Ainsi, un seul dispositif 28, situé par exemple en extrémité de boîte de vitesses 12, ou dans un autre endroit de la boîte de vitesses 12, permet de réaliser une synchronisation de tous les pig nons fous de la boîte de vitesses. En effet, un tel dispositif est applicable, tant au pignon fou 22 de l'arbre primaire 14 (comme il a été décrit) qu'à des pignons fous qui seraient portés par l'arbre secondaire, puisque la nature de l'opération réalisée par le dispositif 28 est une synchronisation en vitesse, au rapport de démultiplication choisi près, des arbres primaire et secondaire.
De plus, le dispositif 28 permet d'influer notablement sur la compacité et le poids de la boîte de vitesses, puisque les dispositifs conventionnels de synchroniseur associés à chaque pignon fou deviennent superflus. Un seul dispositif 28 régit en effet, toutes les opérations de synchronisation de la boîte de vitesses, par l'intermédiaire d'une logique de commande appropriée qui pilote de façon adéquate les déplacements de la roue de contact 32 par l'intermédiaire du baladeur 48.
La figure 5 illustre un mode de réalisation en variante de l'invention . Dans ce mode de réalisation , le principe de fonctionnement des moyens débrayables commandés 28 est similaire à celui décrit en référence aux figures 1 à 4, mais les surfaces coopérantes sont sensiblement différentes. Le dispositif d'accouplement 30 est ici constitué d'un embrayage à friction, la roue de contact 32 étant constituée d'un disque d'embrayage recouvert sur ses deux faces de garniture de friction, les portées annulaires planes 44 de l'extrémité de 12
carter 26 et 46 de la roue dentée 42 étant des plateaux, réalisés par exemple en acier rectifié.
En effet, la roue de contact 32 comporte deux portées annulaires planes 38 et 36 destinées à coopérer avec les portées annulaires planes complémentaires 44 et 46. U ne telle conception influe favorablement sur les coûts de fabrication puisqu'elle permet de se dispenser de la réalisation de surfaces tronconiques dont l'usinage est généralement coûteux. En variante (non représentée) , l'embrayage constitué par le dispositif d'accouplement 30 peut être avantageusement constitué d'u n embrayage électromagnétique dans leq uel la roue de contact 32 constitue un rotor, et dans lequel la roue dentée 42 et l'extrémité de carter de boîte 26 comportent chacun une cage coaxiale à l'arbre primaire 14, ces cages pouvant être traversées par un flux électromagnétiq ue qui entraîne le rotor formé par la roue 32.
De plus, l'embrayage électromagnétique considéré peut être un embrayage électromagnétique à poudre, la puissance électrique consommée par un tel dispositif étant alors bien inférieure à celle consommée par un embrayage électromagnétique conventionnel. Un tel dispositif présente l'avantage de pouvoir être commandé de façon simple par une logique de commande qui assure la synchronisation de l'arbre primaire 14 à l'arbre secondaire 16.
La fig ure 6 illustre un dernier mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens débrayables 28 commandés comportent une motopompe 56 qui est agencée à l'extrémité 26 de carter de boîte, et qui est liée en rotation à l'arbre primaire 14. Dans cette configuration , les moyens débrayables 28 ne reçoivent pas d'énergie de l'arbre secondaire 16 mais du moteur, qui alimente par exemple u n compresseur hyd raulique. 13
La motopompe 56 comporte par exemple des pistons axiaux (non représentés) et peut fonctionner sélectivement en moteur hydraulique pour accélérer l'arbre primaire 14, ou en pompe hydraulique pour freiner l'arbre primaire 14. Cette variante est particulièrement avantageuse car elle permet de réaliser la synchronisation de l'arbre primaire 14 à l'arbre secondaire 16 par des moyens hydrauliques dont la puissance est fournie, par exemple, par un compresseur hydraulique alimenté par le moteur du véhicule. Ainsi, de tels moyens débrayables peuvent être commandés par une logique de commande extrêmement simplifiée faisant intervenir très peu de composants électroniques. Ces moyens débrayables sont particulièrement adaptés à une boîte de vitesses robotisée automatique dans laquelle l'hydraulique de commande occupe généralement une place prépondérante.

Claims

14R EVEN DICATIONS
1 . Boîte de vitesses (1 0) pour véhicule automobile, du type q ui comporte au moins deux arbres parallèles primaire ( 14) et secondaire (16), respectivement liés en rotation à un moteur du véhicule et, par l'intermédiaire d'une transmission (20), à au moins une roue (1 8) du véhicule, et d u type dans lequel un des arbres porte au moins un premier pig non fou (22) engrenant avec un second pignon fixe (24) porté par l'autre arbre, lequel premier pignon fou (22) est susceptible d'être lié en rotation à l'arbre qui le porte pour transmettre la puissance motrice du moteur à la roue (1 8) du véhicule, caractérisée en ce que, afin de synchroniser la vitesse de l'arbre primaire (14) avec celle du pignon fou (22) avant de les lier en rotation , elle comporte des moyens débrayables commandés (28) constitués d'un seul dispositif, porté par l'arbre primaire (14), qui permet sélectivement d'accélérer l'arbre primaire (14) qui porte le pignon fou (22) , tant que sa vitesse est inférieure à celle d u pignon fou (22), à l'aide de moyens débrayables d'accélération comportant des moyens de liaison temporaire en rotation avec g lissement de l'arbre primaire (14) à l'arbre secondaire ( 16) , ou de freiner l'arbre primaire (14) qui porte le pignon fou (22) , tant que sa vitesse est supérieure à celle d u pignon fou (22). à l'aide de moyens débrayables de freinage comportant des moyens de liaison temporaire en rotation avec glissement de l'arbre primaire ( 14) au carter de la boîte de vitesses ( 12) .
2. Boîte de vitesses (1 0) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens de liaison temporaire en rotation de l'arbre primaire ( 14) à l'arbre secondaire ( 16) comportent une première roue dentée (42) , 15
coaxiale à l'arbre primaire ( 14) , qui engrène avec une seconde roue dentée (40) portée par l'arbre secondaire ( 16) et liée en rotation à ce dernier, et qui est susceptible d'être liée temporairement en rotation à l'arbre primaire ( 14) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement (30) d'accélération avec glissement.
3. Boîte de vitesses (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de liaison en rotation de l'arbre primaire ( 14) au carter de la boîte de vitesses ( 12) comportent une portée annulaire (44) fixe d u carter (12) de la boîte de vitesses ( 1 0) , coaxiale à l'arbre primaire (14) , à laquelle l'arbre primaire (14) est susceptible d'être lié temporairement par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement (30) de freinage avec g lissement.
4. Boîte de vitesses (10) selon les revend ications 2 et 3 prises en combinaison, caractérisée en ce que les dispositifs d'accouplement (30) d'accélération et d'accouplement de freinage avec glissement comportent une roue de contact (32) commune, q ui est liée en rotation à l'arbre primaire (14) par des cannelures (50), q ui comporte deux portée annulaires (36,38) opposées, et qui est susceptible d'être commandée en coulissement le long de l'arbre primaire (14) vers une première position axiale extrême active dans laquelle une première portée annulaire (38) coopère par friction avec une portée (46) annulaire complémentaire de la dite première roue dentée (42), pour accélérer l'arbre primaire (14), ou vers une seconde position axiale extrême active opposée dans laquelle une seconde portée an nulaire (36) coopère par friction avec la portée fixe (44) , annulaire et complémentaire, du carter ( 12) de la boîte de vitesses ( 1 0) , pour freiner l'arbre primaire ( 14), 16
en passant par une position axiale intermédiaire indexée de repos.
5. Boîte de vitesses ( 10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les portées annulaires (36 , 38, 44, 46) sont tronconiques.
6. Boîte de vitesses selon la revendication 4, caractérisée en ce que les portées annulaires (36, 38, 44, 46) sont planes, et en ce que la roue de contact (32) est un disque d'un embrayage recouvert d'un matériau d'une garniture de friction .
7. Boîte de vitesses selon les revend ications 1 à 3, caractérisée en ce que les dispositifs d'accouplement d'accélération et d'accouplement de freinage avec glissement comportent un embrayage électromagnétique, dont deux cages radiales coaxiales à l'arbre primaire (14), q ui sont portées respectivement par la première roue dentée (42) et par la portée fixe (44) du carter (12) de la boîte de vitesses ( 1 0) , sont susceptibles de coopérer sélectivement avec glissement avec deux extrémités de la roue (32) , formant un rotor en deux parties qui est solidaire de l'arbre primaire ( 14) pour respectivement accélérer ou freiner l'arbre primaire ( 14) lorsqu'un flux mag nétique s'établit entre une partie de la roue (32) formant rotor et une cage de l'embrayage.
8. Boîte de vitesses (1 0) selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'embrayage électromagnétique est un embrayage à poudre métallique.
9. Boîte de vitesses selon l'une q uelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la boîte de vitesses (1 0) est une boîte de vitesses robotisée q ui comporte des moyens automatisés de commande ag issant sur les moyens débrayables d'accélération et de freinage de l'arbre 17
primaire ( 14), et des moyens automatisés de crabotage des pignons fous (22).
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