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"PERFECTIONNEMENTS APPORTES A UNE BOITE DES VITESSES"
La présente invention se rapporte à des boites de vitesses pour véhicules, comportant un dispositif de roue libre.
Dans la plupart des cas, il est fort souhaitable d'utili- ser la roue libre; toutefois, dans certaines circonstances, l'usage de la roue libre n'est pas recommandable. Ainsi, en descendant des pentes rapides, il est nécessaire de ralentir la marche du véhicule par un attelage positif au moteur, soit en prise directe, soit en une vitesse plus démultipliée. En ou- tre, il est bien entendu que lorsque le véhicule est entraîné en marche arrière, il est indispensable de rendre la roue li- bre inopérante, ou, comme on dit plus fréquemment, "bloquer" cette dernière.
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Lorsqu'on enclenche en marche arrière, il est pour ainsi dire indispensable que la roue libre soit automatiquement bloquée ; en outre, il est nécessaire que le déclanchement de la marche arrière ait pour effet le ré-enclenchement automa- tique de la roue libre. S'il n'était pas indispensable que la roue libre puisse également être commandée indépendamment, il aurait suffit de prévoir une simple liaison entre la roue libre et la fourche de commando de la marche arrière, pour ob- tenir le fonctionnement voulu. Toutefois, il importe tout au tant de disposer de moyens permettant d'enclencher ou de blo- quer la roue libre, quelle que soit la vitesse avant déterminée par la boite des vitesses, comme cela peut se présenter dans une descente, de sorte qu'une simple liaison n'est pas admis- sible.
La présente invention consiste à établir une boite des vitesses pour véhicules, du genre mentionné ci-dessus, et com- portant des moyens permettant de bloquer positivement et au tomatiquement la roue libre au moment de l'enclenchement de la marche arrière.
L'invention consiste également à établir des moyens de commande assurant le blocage positif de la roue libre, soit au moment du passage en marche arrière, soit par l'actionne- ment des organes de manoeuvre manuels, la disposition étant telle que les dits moyens de commande appliquent élastiquement la roue libre dans sa position enclenchée, moyennant un nouvel actionnement de ceux-ci. Dans tous les dispositifs de roue libre connus, susceptibles d'être bloqués d'une manière posi- tive, il y a grand avantage à prévoir des moyens pour mettre élastiquement hors de prise la griffe de blocage, vu qu'il est souvent impossible d'effectuer un déblocage positif.
Ceci est dû au fait que, une fois le débrayage effectué, les rouleaux ou autres dispositifs de serrage pressent toujours fortement
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les unes contre les autres, les dents du dispositif de blocage, de sorte que pour débloquer la roue libre il est d'abord né- cessaire de vaincre la friction des dits dispositifs de serras ge. Avec un dispositif de déblocage à action élastique, on peut exécuter la manoeuvre alors que le déblocage effectif de la roue libre n'aura lieu que plus tard et après qu'on aura laissé agir sur la roue libre un couple moteur de sens opposé.
Dans les dessins annexés :
Fig. 1 est une vue en coupe axiale et verticale de la boite des vitesses, montrant la disposition générale des orga- nes à l'intérieur de celle-ci.
Fig. 2 est une vue en coupe,-suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2.
Fig. 4 est une vue en coupe de la planche de bord d'un véhicule à moteur, cette vue montrant un organe de manoeuvre manuel de la roue libre.
Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la Fig. 2.
Fig. 6 est une vue schématique montrant la position de la roue libre lorsque celle-ci est enclenchée et que les engre" nages de la boite des vitesses sont au point mort ou en une vitesse avant.
Fig. 7 est une vue schématique montrant la position des divers organes en marche arrière.
Fig. 8 est une vue schématique montrant la position des divers organes après l'actionnement du dispositif de commande manuel, et
Fig. 9 est une vue à plus grande échelle et en coupe par- tielle, de la roue libre, cette vue montrant l'action qui a pour effet de maintenir en prise, par friction, les organes de blocage de la roue libre, même après que le débrayage a été effectué. @
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Dans les dessins annexés, le chiffre de référence 10 dé- signe généralement une boîte des vitesses, dont l'extrémité avant est réunie à l'extrémité arrière d'un moteur à combus- tion interne, et dont les parois avant et arrière comportent des ouvertures coaxiales destinées à recevoir des paliers.
Un pignon hélicoïdal 11 réuni directement à l'arbre d'accouple ment du moteur est monté à rotation dans un roulement à billes 12 prévu dans la boîte 10, dans l'ouverture formée dans la pa- roi avant de cette dernière. Un arbre primaire rainuré est mon- té à rotation par son extrémité avant, dans un alésage annulai- re du pignon 11, la partie arrière de cet arbre étant montée à rotation au moyen d'un roulement à billes 14, dans la paroi arrière du carter 10. Un arbre secondaire approprié 15, est fixé dans la partie inférieure de ce carter, parallèlement à et à une certaine distance de l'arbre rainuré 13, cet arbre secondaire portant, à rotation, un groupe de pignons solidai- res 16, dont le plus grand pignon hélicoïdal 17 est constam- ment en prise avec le pignon 11.
La partie médiane du groupe de pignons 16 présente un pignon d'entraînement hélicoïdal de seconde vitesse 18, situé de manière à rester constamment en prise avec un pignon hélicoïdal entraîné de seconde vitesse 19 monté à rotation sur l'arbre rainuré 13. Comme montré dans la Fig. 2, le pignon 11, ainsique le pignon 19, sont pourvus chacun d'une griffe annulaire accolée 20, un organe d'entraî- nement 21 étant monté non rotativement sur la partie de l'ar- bre rainuré 13 comprise entre les deux griffes 20 en regard.
Sur l'organe d'entraînement 21 dont la face extérieure est rainurée, se trouve monté à coulissement un manchon d'accou- plement 22 rainuré inférieurement et disposé de manière à pouvoir engrener avec l'une ou l'autre des griffes 20, c'est- à-dire de manière à caler, par rapport à l'arbre, soit le pi- gnon 11 de l'arbre d'accouplement, en vue de donner la prise
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directe, soit le pignon 19 de seconde vitesse, de façon à donner une vitesse intermédiaire
Comme montré dans la Fig. 2, le déplacement vers la gauche du pignon 19 est empêché par l'organe d'entrainement 31, tan- dis que son déplacement vers la droite est empêché par un col- let 23 montré plus en détail dans la Fig. 5.
L'arbre rainure 13 est pourvu d'une gorge annulaire 24, tandis qqe le collet annulaire 23 est pourvu d'entailles grâce auxquelles il peut se déplacer longitudinalement sur cet arbre pour être amené près delà-,gorge 24. L'alésage du collet 23 présente le même diamètre que le fond de la rainure 24, de sorte que lorsque ce collet se trouve à proximité de cette rainure, il suffit de le tourner d'une distance égale à la moitié de la largeur d'une rainure pour empêcher tout déplacement axial du collet.
Un plongeur approprié 25, à ressort, est fixé élastiquement dans l'arbre 13, de sorte que lorsqu'on tourne le collet pour l'ame- ner dans sa position d'immobilisation, le dit plongeur saute vers le haut pour s'engager dans une entaille appropriée pré- vue dans une des dents du collet, de manière à empêcher toute rotation relative entre le collet et l'arbre rainuré. Pour per- mettre le dégagement du collet 23, on prévoit dans celui-ci une ouverture axiale 26 par laquelle on peut insérer une tige en vue d'abaisser le plongeur, ce qui a pour effet de libérer le dit collet.
Les engrenages de la première vitesse et de la marche arrière sont disposés comme suit :
Le pignon de première vitesse 27 et le pignon démarche arrière 28 font partie du groupe de pignons solidaires 16. Le pignon de marche arrière 28 est constamment en prise avec le pignon fou de marche arrière 29, un pignon entraîné 30 étant monté non rotativement et à coulissement sur un arbre rainuré 13, entre le roulement 14 et le collet 23, de manière à engre- ner, à volonté, soit avec le pignon 27, soit avec le pignon
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fou de marche arrière 29.
Par conséquent, en déplaçant le pi- gnon 30 vers l'arrière (c'est-à- dire vers la droite dans la Fig. 1), on amène le dit pignon fou à entraîner l'arbre rainuré
13 à une vitesse réduite et en sens inverse, tandis qu'un déplacement vers l'avant (c'est-à-dire vers la gauche, dans la Fig. 1) amène l'arbre 13 à tourner à faible vitesse dans le sens de la marche avant. On prévoit deux fourches de baladeurs habituelles, la disposition étant telle que la fourche 31 tra- vaille dans une gorge appropriée pratiquée dans le manchon 22, tandis qu'une fourche de marche arrière 32 travaille dans une gorge appropriée prévue dans le moyeu du pignon 30.
Chacune de ces fourches est fixée à l'une des deux barres de baladeurs 33 montées à coulissement dans la partie supérieure de la boite des vitesses et situées à l'extérieur du carter pour offrir une accessibilité suffisante en vue de pouvoir être déplacées dans l'un ou dans l'autre sens au moyen d'un levier des vitesses ap- proprié.
La roue libre combinée avec la boîte des vitesses décrite ci-dessus est constituée comme suit :
Un carter 35 est fixé sur l'extrémité arrière du carter 10, de manière à recouvrir l'extrémité de l'arbre rainuré 13.
Le carter 35, non seulement abrite l'extrémité arrière du mé- canisme de changement de vitesse, mais présente aussi un épau- lement grâce auquel une plaque 36 enfoncée dans la face proche de cet épaulement, du dit carter, peut être rigidement fixée dans ce dernier. La plaque 36 atteint, à l'intérieur, la péri- phérie du roulement à billes 14, ce roulement étant pourvu d'une rainure annulaire dans laquelle vient s'engager une bague-goupille élastique 37. Une fois mise en place, la plaque 36 presse la partie extérieure de la bague 37 contre la paroi arrière du carter 10, de sorte que tout déplacement axial du
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roulement à billes 14 se trouve empêché.
Cette caractéristique, bien que n'étant pas d'une importance particulière, constitue néanmoins un des nombreux traits caractéristiques nouveaux qui assurent à la boite des vitesses suivant l'invention une struc- ture exceptionnellement compacte, économique, rigide et non susceptible de prendre du jeu. L'extrémité extérieure du carter 35 porte un roulement à billes 66 dans lequel se trouve monté à rotation le moyeu d'un fiasque 38. Ce dernier fait corps avec un anneau 39 faisant saillie vers l'avant, lequel entoure l'extrémité arrière de l'arbre 13 et est coaxial à celui-ci.
Afin d'assurer l'alignement constant de l'anneau 39 avec l'ar- bre 13, le moyeu du flasque 38 se trouve monté à rainures sur l'arbre 40 présentant un prolongement 41 orienté vers l'avant et venant se loger dans un alésage annulaire prévu dans la partie arrière de l'arbre 13, cette disposition permettant une rotation et assurant en même temps un alignement permanent de l'arbre 40 et de l'anneau 39 par rapport à l'arbre 13. Un joint universel 67 monté à rainures sur l'extrémité arrière de l'arbre 40, est réuni aux roues motrices du véhicule par l'in- termédiaire de l'arbre de transmission, de telle manière que l'anneau 39, l'arbre 40 et le joint universel 42 peuvent tou- jours tourner comme un ensemble unique directement avec les dites roues motrices.
La dispositif suivant l'invention comporte une roue libre du type à rouleaux, constituée par un anneau à rampes 42, monté à rainures sur l'extrémité arrière de l'arbre 13 et en aligne- ment axial avec la partie arrière de l'anneau 39. L'anneau 42 présente plusieurs rampes taillées dans sa matière, plusieurs rouleaux 43 étant disposés entre l'anneau 39 et les dites rampes, et la disposition étant telle que ces rouleaux sont pressés élastiquement, de manière à venir s'appliquer contre
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leurs rampes respectives, au moyen d'une série de ressorts hélicoïdaux 44.
Ces rampes sont disposées de telle manière que lorsque l'arbre 13 est entraîné par le moteur, en vue d'en- traîner le véhicule en marche avant, les dits rouleaux cons- tituent une liaison d'entraînement agissant de manière à en- traîner le véhicule d'une manière positive, tandis que, lorsque les roues arrière du véhicule ont tendance à entraîner l'arbre 13, les dits rouleaux se détachent des dites rampes, de manière à permettre à l'anneau 39 de tourner à plus grande vitesse que l'anneau à rampes 42.
Afin que la roue libre puisse être bloquée et enclenchée à volonté, on prévoit un disque de blo- cage 45 monté à rainures sur l'arbre 13, entre le roulement 14 et l'anneau à rampes 42, la périphérie de ce disque étant pour- vue d'une série de dents de blocage extérieures disposées de manière à coopérer avec une série de dents intérieures tail- lées dans l'extrémité avant de l'anneau 39. Ainsi, lorsque le disque 45 est déplacé axialement vers sa position extrême arrière (vers la droite, dans la Fig. 2) l'anneau 39 se trouve connecté positivement et sans jeu relatif dans l'un ou l'autre sens à l'arbre 13, ce qui assure une liaison d'entrainement dans les deux sens entre l'arbre 13 et les roues motrices arriè- re du véhicule.
On conçoit aisément que lorsque le dispositif doit être entraîné en marche arrière, le sens de rotation de l'arbre 13 doit être renversé, de sorte que, pour obtenir un entrainew ment positif en marche arrière, il est nécessaire d'enclencher le disque 45. On conçoit également qu'il y a grand avantage à disposer de moyens commandés par le levier des vitesses et des- tinés à enclencher automatiquement le disque de blocage 45, de manière à éviter au conducteur du véhicule une manoeuvre sup- plémentaire. A cette fin, l'invention prévoit des moyens action- nés par la fourche 32 du baladeur de marche arrière et établis
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de manière à commander non seulement le pignon 30, mais aussi le disque de blocage 45.
Ce dernier disque présente une gorge annulaire dans laquelle vient se loger une fourche de comman de 46, de sorte que tout déplacement axial, dans l'un ou l'au- tre sens, de la fourche, produit un déplacement identique du disque 45. Une tige 47, rivée à la fourche 46, s'allonge vers l'avant à travers la parai arrière du carter des vitesses 10. pour aboutir immédiatement derrière la fourche 32 du baladeur de marche arrière, de telle manière qu'en déplaçant le pignon 30 vers l'arrière, cette dernière fourche vient buter contre l'extrémité avant de la tige 47 et déplace celle-ci, vers l'arrière, ce qui a pour effet d'enclencher le disque 45 et de bloquer la roue libre.
Comme montré dans les Figs. 2 et 4, l'invention prévoit également des moyens pour la commande manuelle du disque 45. La fourche de commande 46 fait corps avec une pièce 48 en forme de manchon, qui s'allonge vers l'avant, dans un alésage appro- prié 49 prévu dans le carter 10, de sorte que, dans son dépla- cement, la fourche se trouve supportée par le manchon 48 et la tige 47. Grâce à cette disposition, la fourche proprement dite n'entre pas en contact direct avec le fond de la gorge du disque 45, ce qui a pour effet de prolonger la durée du dispositif. L'extrémité avant du manchon 48 est ramenée vers l'intérieur de manière à constituer un siège pour un ressort de compression 50, un plongeur 51, monté à déplacement axial dans l'alésage du manchon 48, étant pourvu d'une tête 52 sou- mise à l'action de l'extrémité opposée du ressort 50.
Une bague élastique fendue 53 est insérée dans une rainure appro- priée pratiquée dans l'extrémité arrière du manchon 48, de sorte que, une fois le plongeur 51 inséré dans le dit manchon et la bague 53 mise en place, le plongeur peut être déplacé vers l'arrière de manière à enclencher positivement le disque 45,et à bloquer ainsi positivement la roue libre. Il résulte de ce qui précède que le déplacement du plongeur 51 vers l'ar @
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rière aura pour effet d'enclencher le disque de blocage d'une manière desmodromique, tandis que le déplacement vers l'avant de ce disque produira le dégagement de ce dernier d'une manière élastique.
Pour rendre possible l'actionnement du plongeur 51 par le conducteur, l'extrémité avant de ce plongeur est pourvue d'une entaille destinée à recevoir une bielle 54 réunie à pi- votement au dit plongeur et fixée à une extrémité d'un fil ou câble flexible 55. Une gaine tubulaire 56 est réunie amovible- ment, au moyen d'un écrou 57, au carter 10, ce fil et cette gaine se prolongeant vers le haut jusqu'à la face postérieure d'une planche de bord 58 (Fig. 4), l'extrémité supérieure de la gaine tubulaire étant réunie à un support 59 fixé derrière le bord inférieur de la planche de bord. Ce support porte en outre une manette ou levier 60 monté à pivotement dans le dit support et dont l'extrémité de manoeuvre se prolonge de ma- nière à être facilement accessible au conducteur.
L'extrémité supérieure, c'est-à-dire plus courte, du levier 60, est réunie à pivotement au câble 55, de sorte que lorsque ce levier est amené dans la position montrée en traits pleins dans la Fig.
4, le plongeur 51 vient occuper sa position avancée, en en- clanchant ainsi la roue libre. Lorsqu'on relève la manette de manière à l'amener dans la position montrée en traits poin- tillés 61, le plongeur 51 se trouve déplacé vers l'arrière, de manière à bloquer la roue libre.
Afin que la position du plongeur 51 ne se trouve pas modifiée par le déplacement vers l'arrière de la fourche 46, déplacement produit sous l'action de la fourche de marche arrière 32, on prévoit une cuvette 62 (Fig. 3) montée à cou- lissement dans un forage vertical pratiqué dans le carter 10, cette cuvette étant poussée élastiquement vers le bas, au moyen d'un ressort 63, pour venir s'appliquer contre le plon-
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geur 51. Ce dernier présente deux encoches 64, 65, la disposi- tion étant telle que la cuvette 62 se trouve engagée dans l'encoche 64 pendant que la roue libre est enclenchée, et vient s'engager dans l'encoche 65 lorsque le dit plongeur est déplacé à la main en vue du blocage de la roue libre.
Pendant le blocage de la roue libre sous l'action de la fourche de marche arrière, le ressort 50 se trouve comprimé pour la rai- son que le plongeur est verrouillé par la cuvette 62 dans sa position avant, de sorte qu'après le passage de la marche arrière au point neutre, le ressort 50 agira dans le sens d'un dégagement élastique de la griffe 45, ce qui aura pour effet d'enclencher la roue libre. Sans cette action de la dite cuvette, l'actionnement de la griffe 45 par la fourche de marche arrière aurait simplement pour effet d'amener le plon- geur 51, le câble 55 et la manette 60, dans la position in- diquée en traits pointillés dans la Fig. 4, de telle manière qu'après le retour au point neutre, il aurait été nécessaire de manoeuvrer la manette 60 pour enclencher à nouveau la roue libre.
Le fonctionnement du dispositif suivant l'invention est indiqué en détail dans les Figs. 6 à 8. La Fig. 6 représente schématiquement les différents organes du dispositif dans la position de point neutre, la roue libre étant enclenchée. Dans cette position, la cuvette se trouve engagée dans l'encoche 64 et la tête 52 du plongeur porte contre une butée fixe prévue dans l'extrémité arrière du manchon 48.
Si à ce moment, on désire faire marche arrière, on dé- place le pignon 30 vers la droite pour l'amener dans la posi- tion montrée dans la Fig. 7, ce qui aura pour effet que la fourche 32 viendra buter contre la tige 47 en repoussant la fourche 46 et le disque d'accouplement 45 vers l'arrière, de manière à bloquer la roue libre.
Le manchon 48 se déplace évidemment avec la fourche 48, toutefoiset vu que le plon-
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geur 51 est immobilisé par la cuvette 62, ce déplacement du manchon n'aura d'autre effet que de comprimer simplement le ressort 50..Si, à ce moment,,on passe de la marche arrière à une autre vitesse, le ressort 50 repousse simplement vers l'avant le manchon 48 et le disque d'accouplement 45, de manière à réenclencher la roue libre, comme indiqué dans la Fig. 6. Il est bien entendu que le levier de commande 60 reste immobile pendant la manoeuvre qui vient d'être décrite.
Si à ce moment, on désire bloquer la roue libre, comme cela est nécessairedans la descente de pentes rapides, on attire le levier 60 vers l'arrière, de manière à repousser le plongeur 51 vers l'arrière, pour l'amener dans la position mon- trée dans la Fig. 8. A ce moment, la tête 52 vient s'appuyer directement contre la bague élastique 53, ce qui permet un enclenchement positif du disque de blocage 45 et, par consé- quent, un blocage positif de la roue libre. Lorsqu'on désire ramener le dispositif à la position montrée dans la Fig. 6, on retourne le levier 60 à sa position initiale, ce qui a pour effet d'attirer vers l'avant le plongeur 51 et de comprimer le ressort 50, en désaccouplant ainsi élastiquement le disque de blocage 45.
Il résulte de ce qui précède que la fourche de commande de marche arrière et le dispositif de commande à la main agis- sent de manière à amener le disque d'accouplement 45 vers l'ar- rière d'une manière desmodromique, et de bloquer ainsi positi" vement la roue libre, la disposition étant telle que lorsque les dits moyens de commande agissent dans le sens opposé, ils mettent élastiquement la griffe 45 hors de prise, de manière à enclencher la roue libre.
Toutes les roues libres connues présentent ce trait ca- ractéristique qu'elles peuvent être facilement bloquées en verrouillant simplement les deux organes rotatifs .l'un à l'autre,
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mais qu'elles exigent un grand effort lorsqu'il s'agit de réenclencher la roue libre. Une fois la roue libre bloquée et l'embrayage effectué, la résistance de frottement,-ou le coupla en marche arrière,- du moteur, se trouve transmise par les dents de l'anneau 39 et du disque 45.
Ceci produit une légère rotation relative des organes, laquelle a pour effet de pres- ser très fortement les unes contre les autres, les faces en regard des dents de blocage et qui est transmise immédiatement par les rouleaux de la roue libre, de sorte que, après le débrayage, ces rouleaux empêchent les dents de blocage de retourner à leur position normale, c'est-à-dire centrale et les retiennent en prise avec une force égale au couple moteur généralement transmis par le dispositif.
Cet effet est repré- senté dans la Fig. 9 où l'on verra qu'en marche arrière, l'an- neau 39 est amené à se déplacer par rapport au disque de blo- cage 45, pour venir occuper la position montrée en traits pointillés 68, ce déplacement se faisant dans ce cas dans le sens horlogique. Comme, à ce moment, les rouleaux 43 se trou- vent dans une position appropriée pour permettre ce mouvement, il n'y opposeront aucune résistance. Par contre, après le débrayage, ces rouleaux empêchent l'anneau extérieur de retour- ner à sa position centrale et de libérer les dents de blocage.
Cette caractéristique empêche le dégagement du disque et, par conséquent, l'enclenchement de la roue libre. Grâce à la liai- son élastique prévue entre la tête 52 du plongeur 51 et la fourche de commande du disque 45, l'adhérence des dents de blooage n'empêche ni de passer de la marche arrière à la posi- tion neutre, ni de déplacer le levier de manoeuvre 60 vers sa position de "roue libre enclenchée", et ceci malgré que le disque de blocage reste en prise avec l'anneau 39. Dans le dispositif suivant l'invention, le disque de blocage ne re- tourne à sa position inactive qu'après que les engrenages de
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la boîte auront exécuté quelques tours et que l'embrayage aura été effectué de manière à agir sur les rouleaux dans le sens opposé, ce qui permettra au disque 45 de retourner élastiqueent dans sa position dégagée.
S'il existait une liaison positive pour la manoeuvre de ce disque dans les deux sens, le conduc teur n'aurait pas pu enclencher la roue libre tant que le véhi- cule n'aurait réellement roulé en marche avant.
Un avantage important du dispositif suivant l'invention provient du fait que la roue libre se trouve disposée entre l'arbre du cardan et le mécanisme de transmission, cette dis- position permettant une manoeuvre facile des pignons et cla- bots de la boite des vitesses. Pour changer de vitesse, il suffit de vaincre l'inertie de l'arbre 13, du pignon 30 et de l'anneau à rampes 42, le tout tournant à la vitesse de l'arbre de cardan. Si la roue libre était disposée devant la boite des vitesses il faudrait, pour changer de vitesse, vaincre la résistance d'un arbre de mêmes dimensions que l'arbre 13, mais tournant à une vitesse beaucoup plus élevée, ainsi que l'inertie du groupe de pignons solidaires.
Ceci aurait pour effet de provoquer un raclement des dents d'engrenages et des clabots comme c'est le cas dans les boîtes des vitesses à pignons baladeurs, tandis que la disposition suivant l'invention ré- duit le raclement, en quoi elle équivaut à celle des boites des vitesses comportant des dispositifs d'attaque synchronique compliqués et coûteux. Ce qui précède fera ressortir l'avan- tage qu'il y a à placer la roue libre à l'arrière de la trans- mission, malgré les moyens de commande supplémentaires néces" saires pour bloquer la roue libre en vue de passer en marche arrière.
Certaines codifications peuvent être apportées à la dis- . position, la construction et la combinaison du dispositif per- fectionné suivant l'invention, sans se départir de l'esprit de
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celle-ci et les revendications qui suivent sont censées cou- vrir toutes les modifications pouvant être raisonnablement com- prises dans leur domaine.
REVENDICATIONS.
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1 Dans une boite des vitesses pour véhicules, compor- tant une roue libre, des moyens par lesquels la roue libre peut être bloquée positivement et automatiquement lorsqu'on passe en marche arrière.
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"IMPROVEMENTS MADE TO A GEARBOX"
The present invention relates to gearboxes for vehicles, comprising a freewheel device.
In most cases it is highly desirable to use the freewheel; however, in certain circumstances, the use of the freewheel is not advisable. Thus, when going down steep slopes, it is necessary to slow down the speed of the vehicle by a positive coupling to the engine, either in direct drive or in a more geared down speed. In addition, it is understood that when the vehicle is driven in reverse, it is essential to make the free wheel inoperative, or, as we say more frequently, to "block" the latter.
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When engaging in reverse gear, it is almost essential that the freewheel be automatically blocked; furthermore, it is necessary for the release of reverse gear to have the effect of automatically re-engaging the freewheel. If it was not essential that the freewheel could also be controlled independently, it would have been sufficient to provide a simple connection between the freewheel and the reverse gear commando fork, in order to obtain the desired operation. However, it is at the same time important to have the means to engage or block the freewheel, whatever the forward speed determined by the gearbox, as can occur on a downhill, so that a simple connection is not admissible.
The present invention consists in establishing a gearbox for vehicles, of the type mentioned above, and comprising means making it possible to positively and automatically lock the freewheel when the reverse gear is engaged.
The invention also consists in establishing control means ensuring the positive locking of the freewheel, either when shifting into reverse gear, or by actuating manual maneuvering members, the arrangement being such that said means controls elastically apply the freewheel in its engaged position, by actuating them again. In all known freewheel devices capable of being positively blocked, there is a great advantage in providing means for resiliently disengaging the blocking claw, since it is often impossible to remove. '' perform a positive release.
This is because, once the clutch has been released, the rollers or other clamping devices always press strongly.
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the teeth of the locking device against each other, so that in order to unlock the freewheel it is first necessary to overcome the friction of said clamping devices. With a resiliently acting release device, the maneuver can be performed while the actual release of the freewheel will only take place later and after a motor torque in the opposite direction has been allowed to act on the freewheel.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is an axial and vertical sectional view of the gearbox, showing the general arrangement of the components inside the latter.
Fig. 2 is a sectional view, taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2.
Fig. 4 is a sectional view of the dashboard of a motor vehicle, this view showing a manual operating member of the freewheel.
Fig. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 2.
Fig. 6 is a schematic view showing the position of the freewheel when the latter is engaged and the gears of the gearbox are in neutral or in forward gear.
Fig. 7 is a schematic view showing the position of the various components in reverse.
Fig. 8 is a schematic view showing the position of the various members after actuation of the manual control device, and
Fig. 9 is a view on a larger scale and in part section, of the freewheel, this view showing the action which has the effect of maintaining in engagement, by friction, the locking members of the freewheel, even after the clutch has been performed. @
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In the accompanying drawings, reference numeral 10 generally denotes a gearbox, the front end of which is joined to the rear end of an internal combustion engine, and the front and rear walls of which have coaxial openings intended to receive bearings.
A helical pinion 11 joined directly to the coupling shaft of the motor is rotatably mounted in a ball bearing 12 provided in the box 10, in the opening formed in the front wall of the latter. A grooved primary shaft is rotatably mounted by its front end, in an annular bore of pinion 11, the rear part of this shaft being rotatably mounted by means of a ball bearing 14, in the rear wall of the gear. casing 10. A suitable secondary shaft 15 is fixed in the lower part of this casing, parallel to and at a certain distance from the grooved shaft 13, this secondary shaft carrying, in rotation, a group of integral pinions 16, of which the largest helical gear 17 is constantly in mesh with the gear 11.
The middle portion of the pinion group 16 has a second gear helical drive gear 18, located so as to remain in constant engagement with a second gear driven helical gear 19 rotatably mounted on the grooved shaft 13. As shown in Fig. 2, the pinion 11, as well as the pinion 19, are each provided with a contiguous annular claw 20, a drive member 21 being mounted non-rotatably on the part of the grooved shaft 13 lying between the two claws 20 opposite.
On the drive member 21, the outer face of which is grooved, there is slidably mounted a coupling sleeve 22 grooved below and arranged so as to be able to mesh with one or the other of the claws 20, c 'that is to say so as to wedge, relative to the shaft, either the pinion 11 of the coupling shaft, in order to give the grip
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direct, or the pinion 19 of second speed, so as to give an intermediate speed
As shown in Fig. 2, the movement to the left of the pinion 19 is prevented by the drive member 31, while its movement to the right is prevented by a collar 23 shown in more detail in FIG. 5.
The groove shaft 13 is provided with an annular groove 24, while the annular collar 23 is provided with notches thanks to which it can move longitudinally on this shaft to be brought near beyond-, groove 24. The bore of the collar 23 has the same diameter as the bottom of the groove 24, so that when this collar is near this groove, it suffices to turn it by a distance equal to half the width of a groove to prevent any axial displacement of the collar.
A suitable spring loaded plunger 25 is resiliently fixed in shaft 13 so that when the collar is turned to bring it into its immobilized position said plunger jumps up to engage. in a suitable notch provided in one of the teeth of the collar, so as to prevent any relative rotation between the collar and the grooved shaft. To allow clearance of the collar 23, an axial opening 26 is provided therein through which a rod can be inserted with a view to lowering the plunger, which has the effect of releasing said collar.
The gears for first gear and reverse gear are arranged as follows:
The first speed gear 27 and the reverse gear 28 are part of the group of integral gears 16. The reverse gear 28 is constantly in engagement with the reverse idle gear 29, a driven gear 30 being mounted non-rotatably and at sliding on a grooved shaft 13, between the bearing 14 and the collar 23, so as to engage, at will, either with the pinion 27, or with the pinion
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crazy reverse 29.
Therefore, by moving the pinion 30 rearward (i.e. to the right in Fig. 1), said idler gear is caused to drive the grooved shaft.
13 at low speed and in the opposite direction, while moving forward (i.e. to the left, in Fig. 1) causes the shaft 13 to rotate at low speed in the direction of forward gear. Two usual portable forks are provided, the arrangement being such that the fork 31 works in a suitable groove made in the sleeve 22, while a reverse fork 32 works in a suitable groove provided in the hub of the pinion 30. .
Each of these forks is attached to one of the two player bars 33 slidably mounted in the upper part of the gearbox and located outside the housing to provide sufficient accessibility in order to be able to be moved in the gearbox. one or the other direction by means of a suitable gear lever.
The freewheel combined with the gearbox described above is made up as follows:
A housing 35 is fixed to the rear end of the housing 10, so as to cover the end of the grooved shaft 13.
The housing 35 not only houses the rear end of the gear change mechanism, but also has a shoulder by means of which a plate 36 pressed into the face close to this shoulder, of said housing, can be rigidly fixed in it. this last. The plate 36 reaches, inside, the periphery of the ball bearing 14, this bearing being provided with an annular groove in which a resilient pin ring 37 engages. Once in place, the plate 36 presses the outer part of the ring 37 against the rear wall of the housing 10, so that any axial displacement of the
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ball bearing 14 is prevented.
This characteristic, although not of particular importance, nevertheless constitutes one of the many new characteristic features which provide the gearbox according to the invention with an exceptionally compact, economical, rigid structure which is not liable to take on damage. game. The outer end of the housing 35 carries a ball bearing 66 in which the hub of a flask 38 is rotatably mounted. The latter is integral with a ring 39 projecting forward, which surrounds the end rear of shaft 13 and is coaxial with it.
In order to ensure the constant alignment of the ring 39 with the shaft 13, the hub of the flange 38 is mounted with grooves on the shaft 40 having an extension 41 oriented towards the front and coming to be housed in an annular bore provided in the rear part of the shaft 13, this arrangement allowing rotation and at the same time ensuring permanent alignment of the shaft 40 and the ring 39 with respect to the shaft 13. A universal joint 67 mounted in grooves on the rear end of the shaft 40, is joined to the driving wheels of the vehicle through the transmission shaft, such that the ring 39, the shaft 40 and the seal universal 42 can always turn as a single unit directly with said drive wheels.
The device according to the invention comprises a freewheel of the roller type, constituted by a ring with ramps 42, mounted with grooves on the rear end of the shaft 13 and in axial alignment with the rear part of the ring. 39. The ring 42 has several ramps cut in its material, several rollers 43 being arranged between the ring 39 and said ramps, and the arrangement being such that these rollers are elastically pressed, so as to come to rest against
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their respective ramps, by means of a series of helical springs 44.
These ramps are arranged in such a way that when the shaft 13 is driven by the motor, with a view to dragging the vehicle forward, said rollers constitute a drive link acting in such a way as to drag. the vehicle in a positive manner, while, when the rear wheels of the vehicle tend to drive the shaft 13, said rollers are detached from said ramps, so as to allow the ring 39 to rotate at a higher speed than the ramp ring 42.
So that the freewheel can be blocked and engaged at will, a locking disc 45 is provided, mounted with grooves on the shaft 13, between the bearing 14 and the ring with ramps 42, the periphery of this disc being for - View of a series of external locking teeth arranged so as to cooperate with a series of internal teeth cut in the front end of the ring 39. Thus, when the disc 45 is moved axially towards its extreme rear position (to the right, in Fig. 2) the ring 39 is positively connected and without relative play in either direction to the shaft 13, which ensures a drive connection in both directions between the shaft 13 and the rear driving wheels of the vehicle.
It can easily be seen that when the device is to be driven in reverse, the direction of rotation of the shaft 13 must be reversed, so that, to obtain a positive drive in reverse, it is necessary to engage the disc 45 It will also be appreciated that there is a great advantage in having means controlled by the gear lever and intended to automatically engage the locking disc 45, so as to prevent the driver of the vehicle from having to make an additional maneuver. To this end, the invention provides means actuated by the fork 32 of the reversing device and established
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so as to control not only the pinion 30, but also the locking disc 45.
The latter disc has an annular groove in which is housed a control fork of 46, so that any axial displacement, in one or the other direction, of the fork, produces an identical displacement of the disc 45. A rod 47, riveted to the fork 46, extends forwards through the rear parai of the gear housing 10 to end immediately behind the fork 32 of the reverse gear, so that by moving the pinion 30 towards the rear, this latter fork abuts against the front end of the rod 47 and moves the latter towards the rear, which has the effect of engaging the disc 45 and locking the freewheel.
As shown in Figs. 2 and 4, the invention also provides means for the manual control of the disc 45. The control fork 46 is integral with a part 48 in the form of a sleeve, which extends forward, in a suitable bore. 49 provided in the housing 10, so that, in its movement, the fork is supported by the sleeve 48 and the rod 47. Thanks to this arrangement, the fork itself does not come into direct contact with the bottom of the groove of the disc 45, which has the effect of extending the life of the device. The front end of the sleeve 48 is brought inwards so as to constitute a seat for a compression spring 50, a plunger 51, mounted axially in the bore of the sleeve 48, being provided with a head 52 in the middle. - actuation of the opposite end of the spring 50.
A split elastic ring 53 is inserted into a suitable groove made in the rear end of the sleeve 48, so that, once the plunger 51 has been inserted into said sleeve and the ring 53 in place, the plunger can be moved. towards the rear so as to positively engage the disc 45, and thus positively block the freewheel. It follows from the above that the displacement of the plunger 51 towards the ar @
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This will have the effect of engaging the locking disc in a desmodromic fashion, while the forward movement of this disc will produce the release of the latter in an elastic manner.
To make it possible to actuate the plunger 51 by the driver, the front end of this plunger is provided with a notch intended to receive a connecting rod 54 pivotally joined to said plunger and fixed to one end of a wire or flexible cable 55. A tubular sheath 56 is removably joined, by means of a nut 57, to the casing 10, this wire and this sheath extending upwards to the rear face of a dashboard 58 ( Fig. 4), the upper end of the tubular sheath being joined to a support 59 fixed behind the lower edge of the dashboard. This support also carries a handle or lever 60 pivotally mounted in said support and the operating end of which is extended so as to be easily accessible to the driver.
The upper, i.e. shorter, end of lever 60 is pivotally joined to cable 55, so that when this lever is moved to the position shown in solid lines in FIG.
4, the plunger 51 comes to occupy its forward position, thus engaging the freewheel. When the lever is raised so as to bring it into the position shown in dotted lines 61, the plunger 51 is moved rearward, so as to block the freewheel.
So that the position of the plunger 51 is not modified by the rearward movement of the fork 46, movement produced under the action of the reverse gear fork 32, a cup 62 (FIG. 3) mounted at sliding in a vertical borehole made in the casing 10, this cup being elastically pushed downwards, by means of a spring 63, to come to rest against the plunger.
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geur 51. The latter has two notches 64, 65, the arrangement being such that the cup 62 is engaged in the notch 64 while the freewheel is engaged, and comes to engage in the notch 65 when the said plunger is moved by hand with a view to locking the freewheel.
While the freewheel is locked under the action of the reverse gear fork, the spring 50 is compressed for the reason that the plunger is locked by the cup 62 in its front position, so that after the passage from reverse gear to neutral point, the spring 50 will act in the direction of an elastic release of the claw 45, which will have the effect of engaging the freewheel. Without this action of the said cup, the actuation of the claw 45 by the reverse gear fork would simply have the effect of bringing the plunger 51, the cable 55 and the lever 60, into the position shown in lines. dotted lines in Fig. 4, in such a way that after returning to the neutral point, it would have been necessary to operate the lever 60 to engage the freewheel again.
The operation of the device according to the invention is shown in detail in Figs. 6 to 8. FIG. 6 schematically shows the various components of the device in the neutral point position, the freewheel being engaged. In this position, the cup is engaged in the notch 64 and the head 52 of the plunger bears against a fixed stop provided in the rear end of the sleeve 48.
If at this time it is desired to reverse, the pinion 30 is moved to the right to bring it into the position shown in FIG. 7, which will have the effect that the fork 32 will abut against the rod 47 by pushing the fork 46 and the coupling disc 45 backwards, so as to block the freewheel.
The sleeve 48 obviously moves with the fork 48, however, and since the plunging
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geur 51 is immobilized by the cup 62, this displacement of the sleeve will have no other effect than simply compressing the spring 50..If, at this moment, we go from reverse gear to another speed, the spring 50 simply push the sleeve 48 and the coupling disc 45 forward, so as to re-engage the freewheel, as shown in Fig. 6. It is understood that the control lever 60 remains stationary during the maneuver which has just been described.
If at this time, it is desired to block the freewheel, as is necessary in the descent of rapid slopes, the lever 60 is drawn backwards, so as to push the plunger 51 backwards, to bring it into the position shown in FIG. 8. At this moment, the head 52 comes to rest directly against the elastic ring 53, which allows a positive engagement of the locking disc 45 and, consequently, a positive locking of the freewheel. When it is desired to return the device to the position shown in FIG. 6, the lever 60 is returned to its initial position, which has the effect of attracting the plunger 51 forward and compressing the spring 50, thus elastically uncoupling the locking disc 45.
It follows from the foregoing that the reverse gear control fork and the hand control device act to bring the coupling disc 45 backwards in a desmodromic manner, and to lock thus positi "vement the freewheel, the arrangement being such that when said control means act in the opposite direction, they elastically put the claw 45 out of engagement, so as to engage the freewheel.
All known freewheels have this characteristic feature that they can be easily blocked by simply locking the two rotating members to one another,
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but that they require a great effort when it comes to re-engaging the freewheel. Once the freewheel has been locked and the clutch has been performed, the frictional resistance, - or coupled in reverse gear, - of the engine is transmitted by the teeth of the ring 39 and of the disc 45.
This produces a slight relative rotation of the components, which has the effect of pressing very strongly against each other, the opposite faces of the locking teeth and which is transmitted immediately by the rollers of the freewheel, so that, after disengagement, these rollers prevent the locking teeth from returning to their normal position, that is to say central position and retain them in engagement with a force equal to the engine torque generally transmitted by the device.
This effect is shown in FIG. 9 where it will be seen that in reverse, the ring 39 is caused to move relative to the locking disc 45, to come to occupy the position shown in dotted lines 68, this movement taking place in this case clockwise. Since at this time the rollers 43 are in an appropriate position to allow this movement, they will not put up any resistance. On the other hand, after disengagement, these rollers prevent the outer ring from returning to its central position and releasing the locking teeth.
This feature prevents disengagement of the disc and, therefore, the engagement of the freewheel. Thanks to the elastic connection provided between the head 52 of the plunger 51 and the control fork of the disc 45, the adhesion of the locking teeth does not prevent either going from reverse gear to the neutral position, or from shifting. move the operating lever 60 to its "freewheel engaged" position, and this despite the locking disc remains in engagement with the ring 39. In the device according to the invention, the locking disc does not turn back. its inactive position only after the gears of
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the box will have executed a few revolutions and the clutch will have been carried out so as to act on the rollers in the opposite direction, which will allow the disc 45 to return springy to its released position.
If there was a positive connection for maneuvering this disc in both directions, the driver would not have been able to engage the freewheel as long as the vehicle had not actually driven forward.
An important advantage of the device according to the invention stems from the fact that the freewheel is located between the cardan shaft and the transmission mechanism, this arrangement allowing easy operation of the gears and clogs of the gearbox. . To change speed, it suffices to overcome the inertia of the shaft 13, the pinion 30 and the ring with ramps 42, all rotating at the speed of the cardan shaft. If the freewheel was placed in front of the gearbox, it would be necessary, in order to change speed, to overcome the resistance of a shaft of the same dimensions as shaft 13, but rotating at a much higher speed, as well as the inertia of the group of integral gears.
This would have the effect of causing a scraping of the gear teeth and the jaws as is the case in gearboxes with sliding pinions, while the arrangement according to the invention reduces the scraping, in which it is equivalent to that of gearboxes comprising complicated and expensive synchronous drive devices. The foregoing will show the advantage of placing the freewheel at the rear of the transmission, despite the additional control means required to block the freewheel in order to switch on. back.
Certain codifications can be made to the dis-. position, construction and combination of the improved device according to the invention, without departing from the spirit of
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This and the claims which follow are intended to cover all modifications which may reasonably be understood in their field.
CLAIMS.
@
1 In a gearbox for vehicles, having a freewheel, means by which the freewheel can be positively and automatically locked when going into reverse.