Mécanisme de transmission comprenant une boite de vitesses à engrenages La présente invention concerne un méca nisme de transmission comprenant une boîte de vitesses à engrenages, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de désaccouplement agis sant entre l'axe moteur et l'arbre d'entrée dans ladite boîte de vitesses, des moyens de désac- couplement agissant entre l'arbre de sortie de ladite boîte de vitesses et l'axe conduit et au moins un frein susceptible d'immobiliser de façon complète l'un desdits arbres de la boîte,
et des moyens de freinage suffisants pour amener l'autre arbre de la boîte au moins dans un état de rotation à vitesse et couple relativement faibles.
Un tel mécanisme permet le changement rapide des vitesses et il constitue une simplifica tion de la boîte de vitesses.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, une forme d'exécution d'un mécanisme objet de l'invention et des variantes.
La fig. 1 montre schématiquement le méca nisme en liaison avec une boîte à engrenages. La fig. 2 montre schématiquement le dis positif de réaction du frein principal, permet tant le déverrouillage de la boîte de vitesses. La fig. 3 montre schématiquement le déve loppement d'une paire de dentures spéciales de crabotage.
La fig. 4 montre en coupe schématique une boîte de vitesses telle que représentée sur la fig. 1, avec des variantes d'exécution.
La fig. 5 montre une coupe transversale cor respondant à la fig. 4.
La fig. 6, montre, à plus grande échelle, une coupe d'une partie de la boîte représentée sur les fig. 4 et 5, cette coupe passant par l'axe du mécanisme changeur de combinaisons et par l'axe de l'arbre de sortie de la boîte.
La fig. 7 montre à plus grande échelle encore le détail du distributeur pneumatique du mécanisme changeur de combinaisons.
Les fig. 8, 9 et 10 montrent à plus petite échelle les vues de face des différents plateaux de ce distributeur.
Comme on le voit, sur la fig. 1, sur l'axe de sortie d'un coupleur hydraulique 1 dont le primaire est entraîné par un moteur 2, est monté un frein 3 destiné à immobiliser le secon daire dudit coupleur lorsque le moteur 2 est dans une condition où on ne lui demande pas une fourniture de puissance. L'axe de sortie de ce coupleur est prolongé par un axe de jonc tion 4 réuni à l'arbre primaire 5 d'une boîte de vitesses 6.
Cette boîte comprend un arbre secon daire 7 portant des roues d'engrenage suscep tibles d'être déplacées axialement, ou un dis positif de crabotage permettant de rendre soli daires les arbres sur lesquels sont montés les roues d'engrenage correspondant à la com binaison de vitesses choisie. L'arbre secondaire 7 attaque un renvoi d'engrenages et l'arbre 8 de ce renvoi porte une roue libre 9 dont le mobile entraîné est solidaire d'un axe de transmis sion 10.
L'arbre 7 porte un petit frein 1l. Par dépla cements axiaux, les mobiles engrenants de l'arbre secondaire 7 sont susceptibles d'être mis en prise alternativement avec les mobiles engre- nants de l'arbre primaire 5 sous l'effet d'une commande pneumatique constituée, par exem ple, par un cylindre 12 dont le piston actionne les axes coulissants à fourchettes, par exemple, le ressort 13 ayant pour fonction de remettre l'axe coulissant dans la position primitive lors que le cylindre 12 n'est plus alimenté en air comprimé.
La timonerie qui actionne les freins 3 et 11 est commandée par un cylindre à air com primé 14 et cette timonerie est agencée de façon telle que le frein 3 soit, en premier, énergi quement serré avant que le frein 11 soit mis en action, grâce à des jeux convenables dans les organes de cette timonerie, par exemple. Par ailleurs, un cylindre à air 15 alimenté en même temps que le cylindre 14 place les organes de régulation du moteur sur la position de ralenti, simultanément à la mise en action du frein 3.
L'alimentation des cylindres 14 et 15 est faite à partir d'un robinet à trois voies 16 actionné par un poussoir commandé par une came 17, pivotant avec un arbre 18 sous l'effet d'une manivelle de commande 19. Ce robinet 16 reçoit l'air comprimé par une tubulure 20 et ali mente la tubulure 21 qui amène l'air comprimé aux cylindres 14 et 15. Par ailleurs, le stator du frein 3 présente un bras oscillant 22 transmet tant le couple de réaction à un appui élastique 23 et actionnant, lorsque cet appui est comprimé, un robinet 24 relié à la source d'air comprimé.
Lorsque l'appui 23 est écrasé, c'est-à-dire lors que le couple transmis au stator 3 lors du freinage est important, ce robinet alimente une conduite 25 qui est reliée à une double valve 26 branchée, d'une part, par une tubulure 27 sur le robinet à trois voies 16 et, d'autre part, sur une conduite 28 d'alimentation d'un cylindre 29 de verrouillage de la boîte de vitesses. Le pis ton 30, circulant dans le cylindre 29, est soli daire, par sa tige 31, d'un doigt de verrouillage 32 susceptible de pénétrer dans les encoches 33 de la barre coulissante des fourchettes de baladeurs, actionnée par le cylindre 12.
La tige 31, par une extension, actionne un robinet 34 relié à la source d'air comprimé, d'une part, et relié, d'autre part, par une conduite 35 à une double valve 36 interposée sur la conduite 21 entre le robinet à trois voies 16 et les cylindres 14 et 15.
Le robinet à trois voies 16 est susceptible, lorsque son poussoir n'est pas enfoncé par la carne 17, d'alimenter en air comprimé arrivant par le raccord 20 la tubulure 27, la conduite 21 étant isolée; lorsque le poussoir est enfoncé par la came 17, ce robinet met la conduite 27 à l'échappement et relie le raccord 20 et la con duite 21. Ce robinet contient, à la façon connue, un tiroir et ce tiroir ouvre et ferme des lumières correspondantes.
Les doubles valves 26 et 36 sont d'un type connu qui comporte un piston intérieur libre. Pour la double valve 26, ledit piston libre établit la communication entre la tubulure 27 et la tubulure 28 en fermant le prolongement de la tubulure 27 vers le robinet 24 si le conduit 25 est mis à l'échappement et si de l'air comprimé est admis par la tubulure 27.
Au contraire, le piston libre vient à droite pour établir la liaison entre le robinet 24 et le cylindre 29 si la tubulure 27 est mise à l'échap pement. La double valve 36 agit de même pour établir la communication entre le robinet 34 et les cylindres 14 et 15 ou entre les mêmes cylin dres et le robinet 16, selon que l'air comprimé provient dudit robinet 34 ou dudit robinet 16.
L'arbre 18, outre la came 17 de commande du robinet 16 représenté, est pourvu d'une série d'autres cames non représentées qui agissent sur autant de robinets, également non représentés, permettant l'alimentation de cylindres analo gues au cylindre 12, selon le nombre des com binaisons de la boîte de vitesses, une série de verrous 32 correspondants pouvant être action nés ensemble par un cylindre 29 unique.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant: Lorsque le conducteur désire changer de vitesses, il actionne la manivelle 19; un bossage de la carne 17 agit sur le robinet à trois voies 16, de telle sorte que: la conduite 21 est alimentée, ce qui provoque au travers de la double valve 36, par le cylindre 15, la mise au ralenti du moteur par le cylindre 15 et, par le cylindre 14, le serrage des freins 3 et 11. Le frein 3 est énergiquement serré et le frein 11 l'est modérément; la conduite 27 est mise à l'échappement mais, par le jeu de la double valve 26, le cylindre 29 n'est pas à l'échappement.
La combinaison de vitesse en prise, du fait que le piston 30 retire rait le verrou 32 de l'encoche 33 correspon dante, serait déverrouillée si cette action ne se trouvait différée par le couple de réaction sur le frein 3. En effet, le robinet 24 alimente la con duite 25 qui maintient sous pression la double valve 26 et cette dernière réalimente le cylin dre 29, qui grâce au piston 30 et au verrou 32, continue à verrouiller la combinaison de vitesse actuellement en prise.
Lorsque l'arrêt de l'arbre 4 est obtenu, le couple de réaction du frein 3 diminue et l'appui élastique 23 peut repousser le bras 22 qui agit sur le robinet 24 à la fermeture. La double valve 26 n'est plus alimentée à partir du robi net 24 qui met alors le conduit 25 à l'échappe ment et le cylindre 29 est mis à l'échappement par ladite double valve 26, le conduit 27 et le robinet 16. Le verrou 32 est alors libéré.
La commande du changement de vitesses est actionnée par le cylindre 12 qui avait été ali menté au cours de la rotation de l'arbre à cames 18 sous l'effet de l'une des carnes et de l'un des robinets précités et non représentés, ce cylindre 12 n'exerçant qu'un effort modéré afin de n'infliger qu'une charge limitée aux four chettes, dans le but d'éviter aux dentures des roues d'engrenages ou aux crabots, des fatigues. Lorsque le verrou 32 est soulevé, le robinet 34 maintient, quelle que soit la position du robi net 16, par le jeu de la double valve 36, l'alimen tation aux cylindres 14 et 15.
Le changement de vitesses peut s'effectuer sans risque d'usure ou de cassure des tranches dentées des roues d'engrenages ou des crabots, et, même si le robinet 16 est revenu à sa position primitive, les arbres 4, 5 et 7 sont immobilisés jusqu'à ce que le verrou 32 ait pu redescendre dans l'en coche 33 correspondante. A ce moment, le robinet 34 est actionné pour fermer l'admission de fluide sous pression dans la conduite 35 et mettre ladite conduite à l'échappement. La double valve 36, dans ces conditions, met à l'échappement les cylindres 14 et 15 par la con duite 35, ce qui a pour effet de libérer les freins 3 et 11 et de rétablir la puissance du moteur. Dans le cas d'un coupleur hydraulique, cette puissance est automatiquement rétablie sur les axes et arbres 4, 5, 7, 8 et 10.
Comme ce mécanisme permet de provoquer l'engrènement ou le crabotage de mobiles appar tenant à deux arbres dont l'un est impérative ment arrêté par le frein 3 et dont l'autre peut tourner à vitesse et couple très faibles sous l'action du frein 11, il est possible de n'utiliser sur chaque mobile qu'un faible nombre de dents pour permettre un pré-engrènement ou un pré-crabotage. La fig. 3 représente un exemple de ce dispositif où chaque mobile 40, 41 possède quatre dents - 42, 42a - 43, 43a - 44, 44a et 45, 45a plus longues que les dents nor males,
assurant ce pré-crabotage. Ce pré-engrè- nement ou pré-crabotage place toutes les den tures dans une position telle qu'un effort faible suffit à provoquer l'engrènement total des den tures proprement dites ou des crabots-propre- ment dits. Cet effort modéré sera suffisant puisque le changement de vitesses ne peut être réalisé que lorsque les arbres correspondants sont immobilisés ou quasiment arrêtés.
Si la traînée de la roue libre 9 est importante, elle peut infliger, le freinage du frein 11 étant modéré, une rotation résiduelle à l'arbre 7, ce qui facilite l'engagement des dentures d'une combinaison, sans dommage pour lesdites den tures. De plus, le plateau fixe du frein 11 peut avoir une faible liberté angulaire de rotation de telle sorte que l'arbre 7 conserve également une petite liberté angulaire facilitant l'engage ment des dentures.
On peut organiser les cames montées sur l'arbre 18 de façon telle qu'un changement de vitesses soit provoqué pour chaque demi-tour de la manivelle 19.
Comme on le voit sur la fig. 4 qui montre plus en détail une forme d'exécution compor tant quelques variantes du dispositif décrit en regard de la fig. 1, l'arbre de boîte de vitesses qui joue le rôle d'arbre moteur est entraîné par le secondaire d'un coupleur hydraulique ou d'un embrayage principal et ce secondaire est accouplé à un embrayage 50 intermédiaire qui permet l'entraînement de l'arbre primaire 51 de la boîte, à l'intérieur duquel passe la tige de commande de l'embrayage. Cette tige de com mande est actionnée par un moteur à air com primé 52.
L'arbre 51 porte bien entendu des dentures de pignon 53 et 54, lesdits pignons étant en prise avec ceux d'un arbre intermé diaire de la boîte, tournant fou sur ledit arbre intermédiaire et pouvant être accouplés alter nativement avec ledit arbre intermédiaire de la boîte.
L'arbre intermédiaire de la boîte porte un pignon 80 claveté qui engrène avec un pignon fou 81 monté sur l'arbre de sortie 82 de la boîte, cet arbre 82 étant pourvu, d'une façon non représentée sur la fig. 4, d'une roue libre ou autre dispositif d'embrayage analogue à la roue libre 9 de la fig. 1. L'arbre intermédiaire porte en outre deux pignons 83 et 84 montés fous qui engrènent constamment avec des pignons correspondants 85, 86 clavetés sur l'arbre 82. Un crabot 87 peut être alternative ment mis en prise sur les pignons de l'arbre intermédiaire qui engrènent constamment avec les pignons 51 et 54 de l'arbre d'entrée. Un crabot 88 permet de solidariser le pignon 81 avec l'arbre 82.
Un crabot 89 permet de soli dariser alternativement avec l'arbre intermé diaire les pignons 83 et 84 lorsque le crabot 88 est hors de prise. Les fourchettes de manoeuvre des différents crabots sont actionnées par des cames 55 à rainures qui seront décrites plus en détail ci-après.
L'arbre 51 est solidaire des garnitures d'un frein 57 manoeuvré par le moteur 52 et la mon ture de ce frein est solidaire d'un cadre 57a dans lequel sont prévus deux ressorts 60 et 61 appuyés sur un doigt 58 qui fait partie du carter fixe de la boîte. Ce cadre 57a est appuyé lui-même sur un doigt élastique 58a qui est sus ceptible de venir s'engager dans l'un des crans d'un tambour de verrouillage 63 par un bec 62, ce tambour étant solidaire du dispositif de place ment des fourchettes de crabotage.
Le tam bour 63 peut égale-ment être verrouillé par un autre verrou 64, manoeuvré par un piston pneu matique 65, en opposition à un ressort de verrouillage 66, les encoches correspondantes du tambour 63 et le verrou 64 lui-même com portant des flancs obliques qui centrent le tam bour lors de l'exécution d'un verrouillage. Le cylindre du piston 65 est alimenté par une con duite d'air comprimé 67 branchée sur le cylindre du moteur 52, ce dernier recevant l'air com primé par une conduite 68 pour manoeuvrer successivement l'embrayage 50 et le frein 57, cette conduite 68 étant branchée sur une source d'air comprimé non représentée, à partir d'un raccord 69 et avec interposition d'un dispositif de contrôle qui sera décrit ci-après.
Lorsqu'on désire effectuer un changement de combinaisons d'engrenages, l'air comprimé est envoyé dans la conduite 68, ce qui provoque le désaccouplement de l'embrayage 50 et l'ar bre 51 est ainsi désaccouplé du moteur d'en- trainement et même du secondaire du coupleur associé audit moteur. Les autres arbres de la boîte de vitesses sont également libérés et en particulier l'arbre 82 ne peut plus être entraîné par l'axe conduit puisque la roue libre précitée fonctionne. En même temps le frein 57 est actionné ce qui absorbe l'énergie vive des mo biles. La réaction de ce frein sur les ressorts 60, 61 comprime le ressort 61 et enfonce le doigt 62 dans l'une des encoches du tambour de ver rouillage 63.
L'air comprimé arrive ensuite sous le piston 65 et efface le verrou 64. Si le tain- bour 63 solidaire du mécanisme changeur de combinaisons est sollicité en rotation dans un sens ou dans un autre, il ne pourra tourner que lorsque le doigt 62 se sera effacé, cet effacement se produisant lors de l'exécution de la détente du ressort 61 et cette détente inflige une rotation de faible amplitude, rotation oscillante, au frein 57 et aux mobiles solidaires de ce frein c'est-à-dire à l'arbre 51, aux pignons 53 et 54 et aux pignons qui engrènent avec ces derniers.
Pendant ces oscillations, les dentures des cra- bots oscillent les unes en face des autres, si bien que l'engagement peut se produire dès que la présentation est favorable.
Le tambour 63 étant libéré, ses encoches ne peuvent plus recevoir les verrous jusqu'à l'exé cution complète d'une manoeuvre. Lorsque l'engagement de la combinaison d'engrènement voulue est accompli, l'air comprimé arrivant par le raccord 69 ne rencontre plus de commu nication avec la conduite 70 et cette dernière, au contraire, est mise à l'échappement. Dans ces conditions, le verrou 64 retombe dans une encoche du tambour 63, centrant ce tambour, le moteur 52 provoquant le relâchement du frein 57 et le serrage des garnitures de l'em brayage 50 sous l'effet du ressort d'embrayage.
Il est à constater qu'avec un tel dispositif, les man#uvres de changement de vitesses peu vent être accomplies avec sécurité, avec une rapidité accrue et avec des efforts de manoeuvre très faibles, ce qui permet de diminuer le prix de ces boîtes de vitesses puisque les pignons et les crabots peuvent être prévus seulement pour les efforts normaux d'engrènement, et puisque les organes de manoeuvre de ces pignons ou crabots peuvent également être prévus d'une façon plus économique, car ils n'ont à subir que des efforts limités au simple déplacement d'organes immobiles ou sensiblement immobiles en rotation.
Comme on le voit sur les fig. 6 à 10, la manoeuvre des fourchettes de crabots est déter minée par le mécanisme suivant: Le changement de combinaisons est exécuté sous l'effet de la rotation d'un arbre 90, actionné manuellement ou par un moteur télécommandé, cette action étant exécutée pas à pas selon les angles égaux pour chaque changement de com binaison. L'arbre 90 est solidaire d'un tambour de verrouillage 91 dans lequel peut s'engager, par des encoches correspondant aux positions stables, le doigt de verrouillage 92 manoeuvré à l'air comprimé à partir de la conduite 68.
Cet arbre actionne un distributeur d'air comprimé montré sur la fig. 7 en coupe, entraîne une barre de torsion 93 intérieure à un arbre creux por teur des cames 55. Cet arbre creux est solidaire de l'extrémité de la barre 93 qui est opposée à celle qui est entraînée par l'arbre 90. L'arbre 90 porte un plateau 94 qui sert d'appui à des res sorts 95. Ces ressorts s'appliquent sur un plateau 96 claveté coulissant sur un nez solidaire de la barre de torsion alors que l'arbre creux des cames 55 est claveté coulissant sur un plateau suiveur 97 situé entre le plateau 96 et une platine fixe 98. La platine 98 porte un ori fice de purge 99 et un orifice d'admission 100, sensiblement radiaux, l'orifice 100 étant relié à la conduite 68.
Cette platine comporte une gorge de grand rayon 101 sur sa face intérieure, gorge reliée à l'orifice<B>100</B> et une gorge 102 de plus petit rayon, reliée à l'orifice 99. Le plateau suiveur est porteur de deux perforations 103 et 104 qui communiquent respectivement de façon constante, l'une avec la gorge 101 et l'autre avec la gorge 102. Le plateau 96 est pourvu d'une saignée oblique 105 susceptible de réunir les perforations 103 et 104, cette saignée ne traversant pas l'épaisseur du plateau 96. De part et d'autre de la saignée 105, le plateau 87 porte deux perforations 106 et 107 qui traversent ce plateau et qui viennent déboucher en consé quence dans un boîtier 108 appliqué de façon étanche sur l'arbre 90 et présentant un orifice 109 constamment relié à une source d'air comprimé.
Le fonctionnement de ce mécanisme est le suivant: Lorsqu'un changement de combinaisons est souhaité, l'arbre 90 est mis en pivotement en opposition à la torsion qui est infligée à la barre 93, l'arbre creux porteur des cames 55 à rainu res étant immobilisé par le plateau 63 dans lequel le verrou 64 est engagé. L'une des per forations 106 ou 107 du plateau 96 se présente face à la perforation 103 du plateau 97 suiveur, immobile lui aussi. L'air comprimé arrivant par l'orifice 109 traverse la perforation 106 ou 107, traverse la perforation 103, gagne la gorge 101 et, par l'orifice 100, alimente la conduite 68. Le verrou 92 immobilise alors l'arbre 90. Les actions de débrayage et de freinage des mobiles de la boîte se produisent comme ci-dessus décrit.
En même temps, le verrou 64 est soulevé et le tambour 63 est libéré dès que le verrou 62 s'efface. Sous l'effet de la barre de torsion 93, les cames 55 pivotent, effectuant alors le chan gement de combinaisons. En même temps, le plateau suiveur interrompt l'admission d'air comprimé et présente ses deux perforations 103 et 104 simultanément face à la saignée 105 du plateau 96. Par cet intermédiaire l'air comprimé de la conduite 68 passe à la purge par l'orifice 99. Lé verrou 92 remonte en s'effaçant et les actions de relâchement du frein -57 et d'accouplement de l'embrayage 50 se produisent.
Pour augmenter le battement dû aux ressorts 60 et 61, le cadre 57a peut être mis en vibrations par un batteur à air comprimé 110 branché sur la conduite 68. Dans la boîte de vitesses représentée il y a intérêt en outre à faire participer l'inertie de tous les mobiles aux battements du frein 57. C'est pourquoi on adjoint à ce frein 57 un frein supplémentaire 111 manoeuvré en même temps que le frein 57. Les garnitures fixes de ce frein sont appuyées sur le carter de la boîte et les garnitures mobiles de ce frein sont entraînées par un pignon auxiliaire 112 monté fou sur l'arbre 51. Ce pignon reçoit l'appui des garni tures du frein 57 grâce à une butée à billes 113. Le pignon 112 engrène avec le pignon 83.
Ce frein est en tout cas susceptible, au moins lors que la boîte de vitesses est au point mort, d'ar rêter l'arbre 82 et les mobiles qui en dépendent, lorsque cet arbre 82 est actionné par la traînée de la roue libre ou de l'embrayage qui accouple cet arbre 82 avec les organes entraînés.
Bien entendu l'appui des garnitures fixes de ce frein 111 sur le carter de la boîte de vitesses comporte un jeu angulaire suffisant qui permet l'exécution correcte des oscillations du frein 57. Des modifications des formes d'exécution qui viennent d'être décrites sont possibles. C'est ainsi que l'organe d'embrayage constitué par le coupleur hydraulique 1 pourrait être un organe d'embrayage quelconque; la roue libre 9 pour rait également être remplacée par un organe d'embrayage quelconque; la boîte de vitesses pourrait être de tout type; la commande des organes de freinage pourrait être exécutée par des moyens individuels, la réunion des moyens semi-automatiques de commande ci-dessus dé crits n'ayant pour objet que la facilité et la rapidité de l'exécution du changement de com binaisons.
En outre, les applications de ce méca nisme de commande de changement de vitesses ne sont pas limitées au champ des véhicules à traction par moteur thermique, mais s'étend au contraire à tous les cas qui nécessitent la présence d'une boîte de vitesses à engrenages et à plu sieurs combinaisons.