Dispositif de couplage de deux éléments mecaniques La présenteCoupling device for two mechanical elements This
invention se rapporte aux dispositifs de couplage notamment entre deux éléments mécaniques coaxiaux ou concentriques. Plus précisément, elle concerne un dispositif de couplage de lo deux arbres coaxiaux dans le prolongement l'un de l'autre, d'un pignon fou de boîte de vitesses avec son arbre porteur. Ce dispositif de couplage comporte un moyeu fixe sur l'un des arbres, un baladeur libre en translation et en rotation sur le moyeu, une cloche solidaire de l'autre arbre ou du pignon fou et des moyens de couplage tels que des is disques intercalés entre le moyeu et la cloche. Ce dispositif de couplage est à même d'égaliser par frottement les vitesses des deux arbres ou du pignon avec son arbre porteur, puis de transmettre par friction et sans glissement le mouvement et le couple entre le moyeu menant et l'arbre ou le pignon mené et inversement. Ce dispositif de 20 couplage utilise le couple de rotation reçu du moyeu pour générer une force induite axiale de serrage des moyens de couplage. Les publications US 6520041 et JP 8226501 décrivent des modes de réalisation de boîtes de vitesses automatiques à arbres parallèles faisant appel à des dispositifs de couplage de type 25 multidisque humide disposés entre un moyeu et un pignon fou de boîte de vitesses. Ces dispositifs ont des capacités importantes de synchronisation et de transmission de couple. Ces embrayages multidisques demandent des forces de serrage élevées fournies par des moyens hydrauliques. L'actionneur, sous forme de vérin hydraulique est 30 encombrant axialement, conduit à un dessin compliqué des pignons fous. La pression hydraulique est fournie par une pompe intégrée à la boîte de vitesses qui dégrade son rendement énergétique. La commande des différents récepteurs hydrauliques nécessite un distributeur et un réseau de perçage compliqué notamment dans les arbres et pénalisant le coût de la transmission. La présente invention vise à augmenter la compacité axiale des dispositifs de couplage, d'améliorer le rendement énergétique de la boîte de vitesses, et d'en réduire le coût. Pour cela l'invention propose un dispositif de couplage associé à io chaque pignon fou constitué de disques de friction alternativement liés au moyeu et au pignon fou, et qui utilise le couple de rotation reçu du moyeu pour générer une force induite axiale de serrage des disques. Dans ce but elle propose que les moyens de couplage disposés entre le moyeu et le pignon soient constitués d'au moins deux disques ts revêtus d'un matériau de friction dont au moins un est lié au moyeu et au moins un est lié au pignon. Le premier disque, qui fait office de disque de mise en pression de l'ensemble, est lié au moyeu par l'intermédiaire de rampe incliné transformant le couple de frottement en force axiale de serrage des 20 disques. Le dernier disque, qui fait office de plateau de réception de pression, est porté par le moyeu. II est lié en rotation par des pattes traversant radialement l'extension axiale du moyeu. Ce moyen de liaison peut être remplacé par des cannelures. Le dernier disque est 25 retenu axialemerit par des moyens d'arrêt axial de type anneau d'arrêt. Par cette disposition la totalité de l'effort induit est bouclé sur le moyeu est n'est pas transmis ni au pignon ni à l'arbre ni aux roulements de l'arbre. Pour améliorer les performances du dispositif de couplage, 30 diminuer les dissipations d'énergie par frottement entre les disques (qui ont une incidence non négligeable sur le couple de traînée global de la transmission par l'effet d'auto engageant du système), l'invention prévoit qu'au repos, les premier et dernier disques portés par le moyeu soient maintenus écartés par un dispositif élastique, par exemple des ressorts hélicoïdaux. Dans un premier mode de réalisation le disque de mise en pression de l'ensemble comporte une extension axiale sous les autres disques de friction, cannelée extérieurement, et lié à au moins un second disque. Cette disposition permet d'augmenter le nombre de faces de friction et donc le couple participant à la force induite de mise en pression de l'ensemble. io Dans un second mode de réalisation, tous les disques liés au moyeu sont entraînés directement par ce dernier. Dans un troisième mode de réalisation, au moins un disque est lié au moyeu par l'intermédiaire du plateau de réception. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 1s 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 coupe axiale du dispositif de couplage en position repos ou ouvert de deux arbres colinéaires selon un premier mode de réalisation; 20 - la figure 2 est une coupe axiale du même dispositif de couplage en position accouplée ou fermé; - la figure 3A est une vue partielle de la figure 1 de la zone de contact et d'entraînement entre le moyeu et le premier disque; - la figure 3B est une coupe selon A-A de la vue 3A des rampes 25 d'entraînement du premier disque par le moyeu; - la figure 4 est un second mode de réalisation du dispositif de couplage entre deux arbres colinéaires ; - la figure 5 est une application en double du premier mode de réalisation du dispositif pour le couplage entre un arbre et deux pignons 30 fou coaxiaux disposés en vis à vis; - la figure 6 est un second mode de réalisation du dispositif appliqué au couplage d'un pignon fou et d'un arbre. On voit sur la figure 1 l'ensemble d'un dispositif 10 pour le couplage en rotation d'un premier arbre menant 20 et d'un second arbre mené 30 placé dans le prolongement du premier. Les deux arbres peuvent être solidarisés par un dispositif de couplage 100. L'ensemble peut être contenu dans une enceinte étanche, non représentée, contenant un lubrifiant. Le dispositif de couplage peut lubrifié et refroidi par un dispositif adéquat et connu, non représenté, de circulation d'huile par exemple. Pour aider à la compréhension, les pièces similaires à fonction identique porteront les mêmes numéros dans les descriptions des différents modes de réalisation qui vont suivre. Le dispositif 100 est composé : - d'un moyeu 101, porté par l'arbre mené 20, lié en rotation à ce dernier par des cannelures et maintenu axialement par l'anneau d'arrêt 102. Sur sa périphérie extérieure sont répartis régulièrement des crans 101a d'entraînement du premier disque 103. Ces crans, conjugués aux crans 103a du disque 103, ont des flancs inclinés selon la représentation en coupe dans la figure 3b. Ainsi, à l'apparition d'un couple de rotation, les crans 101a et 103a vont se repousser mutuellement, et le disque 103 va se déplacer et appliquer une force axiale en direction des autres disques du dispositif 100. Conformément à l'invention, ce dispositif de couplage utilise le couple de rotation reçu du moyeu pour générer une force induite axiale de serrage des moyens de couplage. Le moyeu possède une excroissance 101b axiale cylindrique de centrage du disque 1, comportant à son extrémité une gorge 101c recevant l'anneau d'arrêt 104 du dernier disque 105 du dispositif de couplage. -d'un premier disque 103, dit de mise en pression axiale du dispositif, centré sur le moyeu 101, comportant des crans 103a d'entraînement, conjugués aux crans 101a du moyeu, ayant une extension radiale plane 103b de mise en pression de l'ensemble des disques, et possédant sur la périphérie extérieure de son excroissance axiale centrale des cannelures 103c d'entraînement d'au moins un disque intermédiaire 106 conformément au premier mode de réalisation de l'invention. Ainsi le couple de frottement au niveau du disque 106 est retransmis au disque 103 et participe ainsi et également à l'apparition de la force induite de serrage de l'ensemble. Enfin, ce premier disque comporte des évidements 103d recevant un des éléments du dispositif de séparation des disques au repos. - d'un second disque 105, de réception de la pression axiale du dispositif. Il possède un certain nombre d'excroissances radiales intérieures 105a qui traversent l'excroissance axiale du moyeu 101 dans ses évidements 101d. Ce croisement constitue le moyen d'entraînement lo du disque 105 par le moyeu 101. - un ensemble de disques plans 106, comportant au moins une face revêtue d'un matériau de friction et cannelés dans leur périphérie intérieure. Les disques 106 sont entraînés par le disque 103. - un ensemble de disques 107, comportant au moins une face 15 revêtue d'un matériau de friction et cannelés dans leur périphérie extérieure. Les disques 106 et 107 sont empilés en alternance. - un cloche 108 de réception du mouvement de rotation et du couple, cannelé intérieurement dans sa partie cylindrique extérieure, coopérant avec les disques 107. Elle est liée, par sa partie cylindrique 20 centrale, à l'arbre mené 30, par des moyens d'entraînement adéquat, par exemple des cannelures. enfin, un dispositif de séparation des disques au repos en position ouvert, constitué, par exemple de ressorts 109 hélicoïdaux répartis régulièrement dans les évidements 103d du premier disque 25 103. Sur la figure 2, le même dispositif 10 est représenté en position fermée active. L'actionnement est réalisé à partir d'un ensemble constitué d'une fourchette 110, portée par un axe coulissant 111 et comportant un roulement 112 encastré dans la fourchette. Le 30 déplacement transversal de la fourchette entraîne le déplacement transversal du disque de mise en pression 103. Le roulement 112 permet d'appliqué le déplacement et l'effort de fermeture et de pilotage du dispositif de couplage, d'un élément fixe à un élément tournant. The invention relates to coupling devices in particular between two coaxial or concentric mechanical elements. More specifically, it relates to a coupling device lo two coaxial shafts in the extension of one another, a gearbox gearbox with its carrier shaft. This coupling device comprises a fixed hub on one of the shafts, a free sliding guide in translation and rotation on the hub, a bell integral with the other shaft or idle gear and coupling means such as interposed discs. between the hub and the bell. This coupling device is able to frictionally equalize the speeds of the two shafts or the pinion with its carrier shaft, then to transmit frictionally and without sliding the movement and the torque between the driving hub and the shaft or the driven gear. and vice versa. This coupling device uses the torque received from the hub to generate an axial induced clamping force of the coupling means. Publications US 6520041 and JP 8226501 describe embodiments of parallel shaft automatic transmissions using wet multi-disc type coupling devices disposed between a hub and an idler gearbox. These devices have significant synchronization and torque transmission capabilities. These multi-disc clutches require high clamping forces provided by hydraulic means. The actuator, in the form of a hydraulic cylinder is axially bulky, leads to a complicated drawing of the idle gears. Hydraulic pressure is provided by a pump built into the gearbox that degrades its fuel efficiency. The control of the various hydraulic receivers requires a distributor and a complicated drilling network especially in the trees and penalizing the cost of transmission. The present invention aims to increase the axial compactness of the coupling devices, improve the energy efficiency of the gearbox, and reduce the cost. For this purpose, the invention proposes a coupling device associated with each idle gear consisting of friction discs alternately linked to the hub and the idle gear, and which uses the torque received from the hub to generate an axial induced force of clamping the discs. . For this purpose it proposes that the coupling means disposed between the hub and the pinion consist of at least two disks ts coated with a friction material of which at least one is connected to the hub and at least one is connected to the pinion. The first disk, which acts as a pressurizing disk of the assembly, is connected to the hub via an inclined ramp transforming the friction torque into an axial clamping force of the disks. The last disk, which acts as a pressure receiving plate, is carried by the hub. It is linked in rotation by tabs traversing radially the axial extension of the hub. This connecting means can be replaced by splines. The last disc is retained axially by stop ring axial stop means. By this arrangement the totality of the induced force is buckled on the hub is not transmitted neither to the pinion nor to the shaft or bearings of the shaft. In order to improve the performance of the coupling device, the frictional energy dissipations between the discs (which have a significant effect on the overall drag torque of the transmission by the self-engaging effect of the system) are reduced. The invention provides that at rest, the first and last discs carried by the hub are held apart by an elastic device, for example helical springs. In a first embodiment, the pressurizing disc of the assembly comprises an axial extension under the other friction discs, fluted externally, and connected to at least one second disc. This arrangement makes it possible to increase the number of friction faces and therefore the torque participating in the induced force of pressurization of the assembly. In a second embodiment, all the discs connected to the hub are driven directly by the hub. In a third embodiment, at least one disk is linked to the hub via the receiving tray. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent 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 an axial section of the coupling device in the rest or open two collinear trees according to a first embodiment; FIG. 2 is an axial section of the same coupling device in the coupled or closed position; FIG. 3A is a partial view of FIG. 1 of the zone of contact and drive between the hub and the first disk; FIG. 3B is a section along A-A of the view 3A of the ramps 25 for driving the first disk by the hub; - Figure 4 is a second embodiment of the coupling device between two collinear trees; - Figure 5 is a duplicate application of the first embodiment of the device for coupling between a shaft and two coaxial gear wheels 30 disposed opposite; - Figure 6 is a second embodiment of the device applied to the coupling of a pinion and a shaft. FIG. 1 shows the assembly of a device 10 for the rotational coupling of a first driving shaft 20 and a second driven shaft 30 placed in line with the first. The two shafts can be secured by a coupling device 100. The assembly can be contained in a sealed enclosure, not shown, containing a lubricant. The coupling device can be lubricated and cooled by a suitable and known device, not shown, of oil circulation for example. To aid understanding, like-minded identical parts will carry the same numbers in the descriptions of the various embodiments that will follow. The device 100 is composed of: - a hub 101, carried by the driven shaft 20, rotatably connected to the latter by splines and held axially by the stop ring 102. On its outer periphery are regularly distributed notches 101a driving the first disc 103. These notches, conjugated to the notches 103a of the disc 103, have inclined flanks in the sectional representation in Figure 3b. Thus, at the appearance of a rotational torque, the notches 101a and 103a will repel each other, and the disk 103 will move and apply an axial force towards the other disks of the device 100. In accordance with the invention, this coupling device uses the torque received from the hub to generate an axial induced clamping force of the coupling means. The hub has an axial cylindrical protrusion 101b of centering of the disc 1, having at its end a groove 101c receiving the stop ring 104 of the last disc 105 of the coupling device. a first disk 103, called the axial pressurization of the device, centered on the hub 101, comprising driving notches 103a, conjugated to the notches 101a of the hub, having a plane radial extension 103b for pressurizing the set of disks, and having on the outer periphery of its central axial protrusion splines 103c driving at least one intermediate disk 106 according to the first embodiment of the invention. Thus the friction torque at the disk 106 is retransmitted to the disc 103 and thus participates and also to the appearance of the induced clamping force of the assembly. Finally, this first disk has recesses 103d receiving one of the elements of the device for separating the disks at rest. a second disk 105 for receiving the axial pressure of the device. It has a number of inner radial protuberances 105a which pass through the axial protrusion of the hub 101 in its recesses 101d. This crossing constitutes the lo drive means of the disk 105 by the hub 101. A set of flat disks 106, comprising at least one face coated with a friction material and grooved in their inner periphery. The discs 106 are driven by the disc 103. A set of discs 107, having at least one face 15 coated with a friction material and grooved in their outer periphery. The disks 106 and 107 are stacked alternately. a bell 108 for receiving the rotational movement and the torque, internally splined in its outer cylindrical part, cooperating with the disks 107. It is connected, by its central cylindrical part 20, to the driven shaft 30, by means of adequate training, for example splines. finally, a device for separating the disks in the open position, constituted for example by helical springs 109 regularly distributed in the recesses 103d of the first disk 103. In FIG. 2, the same device 10 is represented in the active closed position. The actuation is carried out from an assembly consisting of a fork 110, carried by a sliding pin 111 and having a bearing 112 embedded in the fork. The transverse displacement of the fork causes the transverse displacement of the pressurizing disk 103. The bearing 112 makes it possible to apply the displacement and the closing and driving force of the coupling device, from a fixed element to an element. turning.
L'effort appliqué par la fourchette doit être permanent durant toute la phase active du coupleur. L'effort appliqué étant modéré en raison de l'effet d'amplification des rampes conjuguées 101a et 103a, l'actionnement de la fourchette peut être réalisé par un dispositif électromécanique. Ce système électromécanique peut être de type mécaniquement irréversible, ce qui amenuise considérablement la consommation énergétique de fonctionnement. Conformément à l'invention, ce dispositif de couplage 100 à disques de friction ne lo nécessite pas de système hydraulique de mise en pression, et par conséquent pas pompe, pas de filtre, pas de distributeur et enfin pas de réseau. Le dispositif proposé est donc à même de simplifier et de réduire le coût de réalisation de l'organe de transmission l'utilisant. Sur la figure 4, nous présentons un deuxième mode de is réalisation du dispositif de couplage 10 représenté en position inactive ouverte. Il diffère principalement du premier mode par les liaisons entre le moyeu 101 et les disques 106. En effet, dans le premier mode de réalisation les disques 106 sont liés au moyeu 101 par l'intermédiaire du disque de mise en pression 103. A présent ces disques sont liés au 20 moyeu 101 par les cannelures 101e. Les disques 106 ne participent donc plus à l'établissement de la force induite de serrage. Pour obtenir une performance équivalente en transmission de couple il est nécessaire de modifier (augmentation) de l'angle de contact des rampes 101a et 103a du moyeu 101 et disque de mise en pression 103. The force applied by the fork must be permanent throughout the active phase of the coupler. The applied force being moderate due to the amplification effect of the conjugate ramps 101a and 103a, the actuation of the fork can be achieved by an electromechanical device. This electromechanical system can be of mechanically irreversible type, which considerably reduces the energy consumption of operation. In accordance with the invention, this coupling device 100 with friction disks does not require a hydraulic pressurizing system, and therefore no pump, no filter, no distributor and finally no network. The proposed device is therefore able to simplify and reduce the cost of production of the transmission member using it. In Figure 4, we present a second embodiment of the coupling device 10 shown in the open inactive position. It differs mainly from the first mode by the connections between the hub 101 and the discs 106. Indeed, in the first embodiment the discs 106 are connected to the hub 101 via the pressurizing disc 103. discs are connected to the hub 101 by the 101e splines. The disks 106 therefore no longer participate in the establishment of the induced clamping force. To obtain equivalent performance in torque transmission it is necessary to modify (increase) the contact angle of the ramps 101a and 103a of the hub 101 and pressurizing disk 103.
25 D'autres aménagements sont nécessaires, notamment les ressorts 109 sont à présent logés dans des évidements 101f du moyeu, l'anneau d'arrêt 104 ainsi que la gorge 101C sont transférées de la périphérie externe à la périphérie interne de l'excroissance 101b du moyeu. Sur la figure 5, nous présentons, en demi vue de manière 30 symétrique, en double et en position inactive, le premier mode de réalisation du dispositif de couplage 10 dans une application de couplage de pignon pour boîte de vitesses. La fourchette unique 110, par un déplacement axial vers la droite ou vers la gauche actionne l'un ou l'autre des dispositifs de couplage 10. Dans cette application l'arbre mené 30 de la figure 1 est remplacé par un pignon fou 50 concentrique à l'arbre. L'utilisation combiné de plusieurs dispositifs de couplage associés à autant de pignons fous permet de constituer une boîte de vitesses à arbres parallèles robotiser et fonctionnant sur une stratégie de changements de rapport sous comparable à la boîte automatique au sens général et plus particulièrement aux boîtes automatiques citées au début de ce document. Sur la figure 6, nous présentons, en demi vue et en position io inactive, un troisième mode de réalisation du dispositif de couplage 100 dans une application de couplage de pignon pour boîte de vitesses. Ce troisième mode de réalisation est proche du premier mode de réalisation dans la mesure où nous retrouvons une partie d'éléments identiques, le moyeu 101, le disque de mis en pression 103, les is disques 106 et 107, la cloche de transmission 108 le dispositif d'ouverture 109. Dans ce mode de réalisation où nous un disque 106 et un disque 107 supplémentaires, le disque 105 de réception de la pression axiale du dispositif présente une face d'appui 105a du premier disque 107 est décalée axialement de la face d'appui 105b du ressort 20 d'ouverture 109. Ainsi l'un des disques 106 est relié au moyeu par l'intermédiaire. Cette particularité permet de conserver un maximum d'éléments communs avec le premier mode de réalisation.Further arrangements are necessary, in particular the springs 109 are now housed in recesses 101f of the hub, the stop ring 104 and the groove 101C are transferred from the outer periphery to the inner periphery of the protrusion 101b. hub. In FIG. 5, in half symmetrically, in duplicate and in inactive position, we present the first embodiment of the coupling device 10 in a gearbox coupling application. The single fork 110, by an axial displacement to the right or to the left actuates one or other of the coupling devices 10. In this application the driven shaft 30 of Figure 1 is replaced by a concentric pinion gear 50 to the tree. The combined use of several coupling devices associated with so many idle gears makes it possible to constitute a robotized parallel shaft gearbox and operating on a gearshift strategy in a manner comparable to the automatic transmission in the general sense and more particularly to automatic gearboxes. cited at the beginning of this document. In FIG. 6, in a half-view and in an inactive position, a third embodiment of the coupling device 100 is presented in a gearbox coupling application for a gearbox. This third embodiment is close to the first embodiment in that we find a portion of identical elements, the hub 101, the pressurizing disk 103, the disks 106 and 107, the transmission bell 108 the opening device 109. In this embodiment where we have an additional disk 106 and disk 107, the disk 105 for receiving the axial pressure of the device has a bearing face 105a of the first disk 107 is axially offset from the face 105b of the spring 20 opening 109. Thus one of the disks 106 is connected to the hub via. This feature allows to keep a maximum of common elements with the first embodiment.