Plus précisément, la présente invention concerne une boite de vitesses, comprenant au moins : un arbre primaire et un arbre secondaire, l'un de ces arbres formant un premier arbre creux percé d'un alésage axial ; au moins deux paires de pignons, dont chacune comprend un pignon primaire et un pignon secondaire qui engrènent l'un avec l'autre et qui équipent respectivement les arbres primaire et secondaire ; une première tige de clavetage montée mobile dans l'alésage axial du premier arbre creux et adoptant sélectivement au moins une première ou une deuxième position axiale ; et un premier jeu de billes comprenant au moins des première et deuxième rangées de billes ; les pignons primaires et secondaires présentant entre eux, pour deux paires différentes de pignons, des rapports respectifs différents l'un de l'autre, les première et deuxième paires de pignons incluant respectivement des premier et deuxième pignons libres, montés tourillonnants sur le premier arbre creux, et dont chacun présente des cannelures internes, le premier arbre creux présentant des première et deuxième rangées d'orifices débouchant respectivement en regard des cannelures des premier et deuxième pignons libres, et dans lesquels sont respectivement engagées les billes des première et deuxième rangées, et la première tige de clavetage présentant un bossage radial engageant sélectivement les billes de la première ou de la deuxième rangée dans les cannelures du premier ou du deuxième pignon libre, selon que la première tige est dans sa première ou sa deuxième position axiale.

Une boîte de vitesses de ce type est par exemple décrite dans le document : Ulm M., Lacher F., Graf F.,"Die elktronische Getriebesteuerung 2000-Markt und technische Trends", VDI Berichte 1170,1994.

En dépit des avantages qu'apporte notamment leur simplicité, les boites de vitesses connues de ce type ne sont pas assez fiables pour tre utilisées sur les véhicules automobiles à conduite intérieure, leur application étant donc limitée aux véhicules motorisés à deux roues, de puissance relativement faible.

Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer une boîte de vitesses de structure simple, mais présentant néanmoins une fiabilité compatible avec son application aux véhicules à quatre roues.

A cette fin, la boîte de vitesses de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une première cage fixe en rotation par rapport au premier arbre creux et disposée entre le premier arbre creux et les premier et deuxième pignons libres, en ce que cette première cage est formée de segments empilés suivant une direction axiale et définissant entre eux un ensemble d'interstices comprenant au moins un premier et un second interstices en regard desquels sont respectivement disposées les billes des première et deuxième rangées, en ce que les segments sont montés coulissants suivant la direction axiale pour permettre à chacun des premier et second interstices d'adopter sélectivement une largeur minimale pour laquelle ces premier et second interstices interdisent respectivement aux billes des première et seconde rangées de s'engager respectivement dans les cannelures des premier et deuxième pignons libres, et une largeur maximale pour laquelle ces premier et second interstices autorisent respectivement les billes des première et seconde rangées à s'engager respectivement dans les cannelures des premier et deuxième pignons libres, et en ce que les segments sont montés coulissants avec un débattement total effectif inférieur au double de la différence entre les largeurs maximale et minimale, ce dont il résulte que deux interstices différents n'adoptent jamais leur largeur maximale en mme temps.

Grâce à un tel agencement, la boîte de vitesses de l'invention se trouve protégée contre le risque que des

billes puissent sortir de leur logement sous l'effet de la force centrifuge.

Selon un mode de réalisation possible de l'invention, les segments de cage sont par exemple enserrés, suivant la direction axiale, entre deux ressorts précontraints.

De préférence, les première et deuxième paires de pignons incluent respectivement des premier et deuxième pignons liés, engrenant respectivement avec les premier et second pignons libres, et solidaires en rotation de celui des arbres primaire et secondaire qui n'est pas formé par le premier arbre creux.

Dans le cas où l'arbre primaire forme un premier arbre creux, l'arbre secondaire peut former un second arbre creux et porter lui-mme au moins deux pignons libres, ce second arbre creux étant percé d'un alésage axial dans lequel sont logés une deuxième tige de clavetage, un deuxième jeu de billes, et une deuxième cage respectivement homologues de la première tige de clavetage, du premier jeu de billes, et de la première cage.

Pour augmenter de façon économique le nombre de vitesses, le premier arbre creux peut porter des pignons liés, solidaires en rotation de ce premier arbre creux.

Dans le cas où la boîte de vitesses comprend au moins trois paires de pignons, et doit permettre la sélection directe d'une vitesse à partir d'une vitesse non adjacente, il peut tre opportun de prévoir que les différentes rangées de billes du premier jeu de billes au moins comprennent un mme nombre déterminé de billes, que le bossage radial de la première tige de clavetage au moins soit traversé par des encoches axiales en nombre égal au nombre déterminé de billes et dont chacune forme un logement pour une bille, que la première tige de clavetage soit liée en rotation, par des cannelures axiales, à un manchon de commande de phase sélectivement mobile suivant la direction axiale, et que le manchon de commande de phase soit lui-mme lié en rotation au premier arbre creux par une liaison hélicoïdale.

Il peut alors en outre tre opportun de prévoir que les orifices pratiqués dans le premier arbre creux au moins soient disposés en quinconce.

Pour doter la boite de vitesses d'une marche arrière, une des paires de pignons peut comprendre un pignon primaire et un pignon secondaire qui n'engrènent l'un avec l'autre que par l'intermédiaire d'un troisième pignon, porté par un axe supplémentaire par rapport aux axes primaire et secondaire.

Le rendement de la boîte de vitesses de l'invention peut tre optimisé en prévoyant que les pignons libres portés par un mme arbre soient séparés les uns des autres par des butées à aiguilles.

Enfin, dans un mode de réalisation simple de la boîte de vitesses de l'invention, les segments de la première cage sont par exemple indexés en rotation les uns sur les autres au moyen de découpes et de languettes complémentaires engagées dans ces découpes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 est une vue en coupe partielle d'une boîte de vitesses conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; -la figure 2 est une vue en coupe partielle d'un détail d'une boîte de vitesses conforme à l'invention ; -la figure 3 est une vue en perspective éclatée d'une cage utilisable dans une boîte de vitesses conforme à l'invention ; -la figure 4a est une vue en perspective de l'extérieur d'une cage utilisable dans une boîte de vitesses conforme à l'invention et représentée dans une première configuration ; -la figure 4b est une vue en perspective semblable à la figure 4a, mais dans laquelle la cage est représentée dans une seconde configuration ; -la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un pignon libre utilisable dans une boîte de vitesses conforme à l'invention ; -la figure 6 est une vue de face du pignon libre illustré à la figure 5 ;

-la figure 7 est une vue en coupe partielle d'une boîte de vitesses conforme à un second mode de réalisation de l'invention ; -la figure 8a est une vue en perspective partielle d'une première variante d'exécution possible d'une tige de clavetage utilisable dans la boîte de vitesses de l'invention ; -la figure 8b est une vue en perspective partielle d'une seconde variante d'exécution possible d'une tige de clavetage utilisable dans la boîte de vitesses de l'invention ; -la figure 9a est une vue en coupe partielle d'une option de commande d'une tige de clavetage suivant la variante d'exécution illustrée à la figure 8b, utilisée dans l'arbre primaire d'une boîte de vitesses conforme à l'invention ; -la figure 9b est une vue en coupe partielle d'une option de commande d'une tige de clavetage suivant la variante d'exécution illustrée à la figure 8b, utilisée dans l'arbre secondaire d'une boîte de vitesses conforme à l'invention ; -la figure 10 est une vue en coupe partielle d'une boîte de vitesses conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention ; et -la figure 11 est une vue en coupe partielle d'une boîte de vitesses conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention, représentée en position de blocage pour le stationnement du véhicule.

L'invention concerne de façon générale une boîte de vitesses dont la figure 10 donne un exemple relativement simple et complet, bien qu'illustrant également des caractéristiques tout à fait optionnelles.

Une telle boîte comprend classiquement un dispositif, prenant ici la forme d'un embrayage E, assurant son couplage avec le moteur, un arbre primaire 1 qui reçoit le couple moteur en provenance du dispositif de couplage E et qui porte une série de pignons primaires 31,32,33, un arbre secondaire 2 qui porte d'une part une série de pignons secondaires 41,42,43, dont l'un au plus, à chaque instant, est entraîné par un pignon primaire correspondant,

en l'occurrence par le pignon 31, et d'autre part un pignon de sortie 49 engrenant avec le pignon 99 d'entraînement du pont P de transmission du véhicule.

Chacun des arbres est, de façon classique, monté sur des paliers fixés à un carter C.

L'un des arbres primaire 1 et secondaire 2 constitue un premier arbre creux, percé d'un alésage axial tel que 110 (figures 1,10,11) ou 210 (figures 2 et 7).

Par convention, le premier arbre creux sera considéré comme constitué par l'arbre primaire 1, et désigné par la référence 11 (figures 1,10,11), lorsque cet arbre primaire comprendra toutes les caractéristiques définissant ce premier arbre creux et ne sera donc pas constitué, par exemple, par un arbre plein tel que l'arbre 13 de la figure 7, l'arbre secondaire 2 pouvant alors lui-mme soit constituer un second arbre creux 22 réalisé conformément à l'enseignement de l'invention (figures 1 et 11), soit constituer un arbre quelconque, tel que l'arbre plein 23 de la figure 10.

En revanche, le premier arbre creux sera considéré comme constitué par l'arbre secondaire 2 et désigné par la référence 21 (figures 2 et 7) lorsque cet arbre secondaire comprendra toutes les caractéristiques définissant ce premier arbre creux, alors que l'arbre primaire 1 est réalisé différemment, comme par exemple l'arbre 13 de la figure 7.

La boîte de vitesses comprend par ailleurs une pluralité de paires de pignons, telles que 31,41 à 33,43 (figure 10), 34,44 à 36,46 (figure 7), ou 31,41 à 36,46 (figures 1 et 11), chaque paire de pignons comprenant un pignon primaire, tel que 31 à 36, et un pignon secondaire, tel que 41 à 46, et les pignons primaire et secondaire d'une mme paire engrenant l'un avec l'autre et équipant respectivement les arbres primaire 1 et secondaire 2.

A chaque paire de pignons engrenés correspond un rapport, représenté par le rapport du nombre de dents du pignon primaire au nombre de dents du pignon secondaire correspondant, les paires de pignons engrenés étant étagées de manière que deux paires différentes de pignons présentent des rapports respectifs différents l'un de

l'autre, et que les rapports des différentes paires évoluent de façon monotone suivant la direction axiale X du premier arbre creux 11,21.

Par ailleurs, chacune des paires de pignons engrenés comprend un pignon libre, tel que 31 à 33 et 44 à 46, monté tourillonnant sur le premier arbre creux 11,21 ou sur le second arbre creux 22 (figure 7) et présentant des cannelures internes correspondantes 310 à 330 (figures 5 et 6) et 440 à 460,1'autre pignon de chaque paire étant constitué par un pignon lié, tel que 34 à 36 et 41 à 43, solidaire en rotation de l'arbre qui le porte.

Une tige de clavetage telle que 5 ou 50, dotée d'un bossage radial 51, est montée mobile dans l'alésage axial 110,210, ou 220 de chaque arbre creux 11,21, ou 22 pour pouvoir, en réponse à une commande de changement de vitesse, passer d'une première position axiale à une seconde position axiale.

Chaque tige de clavetage 5,50, est par exemple commandée en translation dans l'arbre creux correspondant par un mécanisme de sélection tel que S (figure 7), qui manoeuvre un manchon de commande de translation 59 solidaire de cette tige.

Chaque arbre creux 11,21,22 est percé d'une pluralité d'orifices radiaux tels que 111 à 113 (figure 10), 214 à 216 (figure 7), 224 à 226 (figure 11), disposés en rangées telles que 62 (figure 1) et 64 à 66 (figure 2), les orifices de chaque rangée débouchant en regard des cannelures internes d'un mme pignon libre, tel que 31 à 33 et 44 à 46.

Chaque arbre creux 11,21,22 comprend un jeu de billes, tel que 6 et 60 (figure 11), chaque bille étant logée dans l'un des orifices radiaux de cet arbre, et les billes d'un mme jeu étant donc disposées en rangées comme le sont ces orifices radiaux.

Grâce à la mobilité axiale de chaque tige de clavetage 5,50, le bossage radial 51 de cette tige peut tre amené en face de l'une quelconque des rangées de billes logées dans l'arbre creux correspondant, auquel cas les billes de cette rangée sont poussées par le bossage radial 51 dans les orifices radiaux de cette rangée,

jusqu'à se trouver engagées à la fois dans ces orifices et dans les cannelures internes du pignon libre disposé en regard de cette rangée, ce mouvement assurant le clavetage de ce pignon sur l'arbre creux et rendant ainsi ce pignon temporairement fixe en rotation par rapport à cet arbre.

La boîte de vitesses selon l'invention comprend par ailleurs, dans chaque arbre creux tel que 11,21 ou 22, une cage telle que 7 ou 70, qui est fixe en rotation par rapport à cet arbre et qui est disposée entre ce mme arbre et les pignons libres qu'il porte.

Chaque cage 7,70 (figure 3,4a, 4b) est formée de segments, tels que 71 à 75, empilés suivant la direction axiale X de l'arbre creux correspondant, ces segments définissant entre eux un ensemble d'interstices, tels que 76 à 79, dont chacun accueille l'une des rangées de billes, ces segments présentant de préférence des embrèvements arrondis formant, par paires, des logements pour les billes comme illustré sur les figures 4a et 4b.

Les segments 71 à 75 sont montés coulissants suivant la direction axiale X pour permettre à chacun des interstices 76 à 79, d'adopter, à volonté, soit une largeur minimale LO (figure 4a), par exemple mesurée au niveau des embrèvements arrondis, pour laquelle cet interstice interdit aux billes de la rangée correspondante de s'engager dans les cannelures du pignon libre correspondant, soit une largeur maximale L1 pour laquelle cet interstice autorise les billes de cette rangée à s'engager dans les cannelures du pignon libre correspondant.

Les segments 71 à 75 sont montés coulissants avec un débattement total effectif tel que deux interstices différents 76 à 79 n'adoptent jamais leur largeur maximale Ll en mme temps.

Par"débattement total effectif", on entend ici la distance axiale totale maximale que peuvent en pratique parcourir les segments extrmes 71 et 75 l'un par rapport à l'autre, cette distance devant tre inférieure à celle qui serait nécessaire pour que deux rangées de billes, telles que 64 sur la figure 4a, et 63 sur la figure 4b, puissent, en mme temps, faire saillie dans les cannelures internes

respectives de deux pignons libres différents, montés sur un mme arbre creux.

Telles que sont définies les largeurs maximale L1 et minimale L0, ce débattement doit donc tre au moins égal à la différence Ll-L0, mais inférieur à la quantité 2 x (Ll- LO), c'est-à-dire au double de la différence entre les largeurs maximale et minimale.

Bien qu'une solution possible consiste à simplement limiter mécaniquement le débattement à cet intervalle de valeurs, il peut tre plus avantageux de prévoir que les segments de cage 71 à 75 soient enserrés, suivant la direction axiale X, entre deux ressorts précontraints 81, 82, le débattement étant ainsi limité par les efforts de compression axiale exercés sur l'empilement de segments, et qui empchent qu'une bille puisse restée engagée dans la cannelure d'un pignon alors qu'elle n'est pas poussée radialement par le bossage 51 de la tige de clavetage 5 ou 50.

Comme il est dit précédemment, chacune des cages 7, 70 est rendue solidaire en rotation de l'arbre creux qui la porte.

A cette fin, chaque segment 71 à 75 et l'arbre creux correspondant peuvent présenter une rainure axiale et une nervure complémentaire coopérant l'une avec l'autre.

Selon une autre variante, illustrée la figure 3 notamment, il est possible de faire en sorte que seuls les segments extrmes 71 et 75 soient solidaires en rotation de l'arbre qui les porte, et que les différents segments composant la cage 7 soient indexés en rotation les uns sur les autres au moyen de découpes telles que 721,741 et de languettes complémentaires 712,732, engagées dans ces découpes 721,741.

Comme le montre également la figure 3, les embrèvements arrondis de la cage, qui forment logements pour les billes, ainsi que les orifices radiaux tels que 214,215,216 (figure 2) pratiqués dans l'arbre creux correspondant peuvent tre disposés en quinconce, non seulement pour optimiser l'équilibrage de cet arbre, mais également pour rendre plus aisés les moyens à mettre en

oeuvre, qui seront décrits ci-dessous, pour permettre un passage non séquentiel des vitesses.

Lorsque les arbres primaire et secondaire 1 et 2 constituent des premier et second arbres creux respectifs, chacun d'eux, comme le montrent les figures 1 et 11, porte de préférence à la fois des pignons libres et des pignons liés, les pignons libres 31,32,33 et 44,45,46 portés par un mme arbre 11,21 étant en outre avantageusement séparés les uns des autres par des butées à aiguilles 39 pour augmenter le rendement de la boîte de vitesses dans tous les modes de réalisation de l'invention.

Pour doter la boîte de vitesses de l'invention d'une marche arrière, il est possible de prévoir, comme le montre la figure 7, qu'une des paires 30,40 de pignons comprenne un pignon primaire 30 et un pignon secondaire 40 dont l'un est libre et l'autre lié, ces pignons n'engrenant l'un avec l'autre que par l'intermédiaire d'un troisième pignon 300 porté par un arbre auxiliaire et permettant aux pignons primaire et secondaire de tourner dans le mme sens.

La boîte telle que décrite jusqu'à présent peut utiliser une tige de clavetage dont le bossage radial 51 a la forme de deux troncs de cône assemblés par leur base et séparés par une surface sensiblement cylindrique, telle qu'illustrée à la figure 8a.

Il peut cependant tre opportun de prévoir la possibilité, dans la boîte de vitesses de l'invention, de passer des vitesses de façon non séquentielle, et par exemple la possibilité de passer de la troisième vitesse à la première sans avoir à enclencher la deuxième vitesse, cette possibilité étant offerte par la mise en oeuvre de moyens tels que ceux qu'illustrent les figures 8b, 9a et 9b.

Dans ce cas, les différentes rangées de billes telles que 61 à 63 comportent toutes un mme nombre N de billes, ce nombre étant par exemple égal à cinq, et le bossage radial 51 de la tige de clavetage 5 ou 50 correspondante est traversé par des encoches axiales, telles que 521,522, 523, en nombre égal au nombre de billes et disposées de la mme façon, chacune de ces encoches formant un logement pour la bille qui lui correspond.

Sous réserve que la tige de clavetage soit convenablement orientée autour de son axe longitudinal X, le bossage radial 51 peut ainsi traverser le plan transversal dans lequel sont disposées les billes d'une mme rangée sans qu'intervienne le moindre déplacement radial de ces billes, qui roulent dans le fond des encoches axiales telles que 521,522, et 523.

Pour assurer une orientation correcte de la tige de clavetage 5 ou 50 autour de son axe longitudinal X, cette tige doit d'une part tre synchronisée en rotation avec l'arbre creux qui la porte, et doit d'autre part pouvoir subir par rapport à cet arbre un décalage angulaire, autrement dit un déphasage, égal à 36 degrés dans le cas où les rangées de billes comprennent cinq billes, permettant au bossage radial 51 de déplacer radialement, ou non, les billes de la rangée de billes qu'il rencontre dans la position axiale qu'adopte la tige de clavetage.

Les moyens permettant cette synchronisation et ce déphasage sont illustrés à la figure 9a dans le cas où l'arbre creux est l'arbre primaire 1, et à la figure 9b dans le cas où l'arbre creux est l'arbre secondaire 2, ces deux cas ne se distinguant l'un de l'autre que par le fait que l'arbre primaire présente un diamètre inférieur à celui de l'arbre secondaire, et peut obliger à prévoir un montage différent.

Quel que soit le montage adopté, la tige de clavetage 5,50 comporte par exemple, en plus de son manchon de commande de translation 59 (figure 7), un manchon de commande de phase 9 auquel cette tige est liée en rotation par des cannelures axiales 91, c'est-à-dire des cannelures orientées suivant l'axe X.

Par ailleurs, le manchon de commande de phase 9, qui peut lui-mme tre commandé pour adopter deux positions différentes suivant la direction axiale X comme indiqué en traits pleins et en traits mixtes sur la figure 9b, est lié en rotation à l'arbre creux correspondant par une liaison hélicoïdale 92.

Dans ces conditions, le manchon 9 solidarise en rotation la tige 5 ou 50 à l'arbre creux correspondant, tout en étant capable, par son déplacement axial,

d'introduire un décalage angulaire de cette tige par rapport à l'arbre qui la porte, et donc par rapport aux billes logées dans cet arbre qui sont ainsi, ou non, déplacées radialement par le bossage 51 (figure 8b) de la tige de clavetage selon que le manchon 9 est dans sa position en traits pleins (figures 9a et 9b) ou en traits mixtes.