WO2007128929A1 - Dispositif de couplage par cones de friction auto-assistes pour boite de vitesses - Google Patents

Dispositif de couplage par cones de friction auto-assistes pour boite de vitesses Download PDF

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WO2007128929A1
WO2007128929A1 PCT/FR2007/051134 FR2007051134W WO2007128929A1 WO 2007128929 A1 WO2007128929 A1 WO 2007128929A1 FR 2007051134 W FR2007051134 W FR 2007051134W WO 2007128929 A1 WO2007128929 A1 WO 2007128929A1
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hub
ring
coupling device
teeth
pinion
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Michel Raoul
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Renault S.A.S.
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/22—Friction clutches with axially-movable clutching members
    • F16D13/24—Friction clutches with axially-movable clutching members with conical friction surfaces cone clutches
    • F16D13/32—Friction clutches with axially-movable clutching members with conical friction surfaces cone clutches in which two or more axially-movable members are pressed from one side towards an axially-located member
    • F16D13/34—Friction clutches with axially-movable clutching members with conical friction surfaces cone clutches in which two or more axially-movable members are pressed from one side towards an axially-located member with means for increasing the effective force between the actuating sleeve or equivalent member and the pressure member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D23/06—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch and a blocking mechanism preventing the engagement of the main clutch prior to synchronisation
    • F16D2023/065—Means to provide additional axial force for self-energising, e.g. by using torque from the friction clutch

Definitions

  • the present invention relates to synchronizers for mechanical or robotic gearbox.
  • Rus precisely, it relates to a coupling device by self-assisted friction cones between a gearbox shaft and an idler gear carried by it, having a hub fixed on the shaft, and coupling means adapted to equalize by friction the speeds of the shaft and the pinion and to transform the rotational movement received from the hub in axial thrust on the pinion, so as to transmit themselves by friction the torque between the hub and the pinion.
  • the coupling means transform the rotational movement received from the hub in axial thrust against the pinion, so as to transmit the torque themselves.
  • the invention is particularly applicable to a device with selfassisted friction cones of a particular type, the coupling means of which comprise a set of multi-cone synchronization.
  • this application is not limiting.
  • the coupling means include an upper ring secured to the hub, an intermediate ring secured to the pinion, a lower ring secured to the hub, and finally a cone secured to the pinion.
  • the upper ring has teeth provided with assistance ramps, thanks to which it is able to transform the torque of the hub into axial thrust on the other rings.
  • the coupling means thus transfer the rotational movement received from the hub on the pinion, exerting on it a constant pressure.
  • the intermediate ring and the cone are secured to the pinion by means of a flange.
  • Restoring means in the rest position are therefore provided. They include a resting spring, which acts on the upper ring pushing the latter towards the hub, away from the other rings.
  • the restoring means are composed of a spring, bearing washers, and a stop ring is arranged at the outer periphery of the hub. This provision penalizes the geometry of certain parts of the device. In particular, it imposes on the lower ring a form of "two" inverted, to bypass the return means, which makes its sheet metal fabrication complex, and increases the radial size of the entire device.
  • the teeth protrude radially towards the center on the grooves of the hub, and secondly on a cup mounted tightly in the hub, and
  • FIGS. 1A and 1B are partial views of a gearbox equipped with coupling devices of the self-assisted conical coupler type, respectively showing the coupling means at rest, and in the working position,
  • FIG. 2 is a partial section along A-A of the connection between the upper and lower rings and the hub, and
  • FIG. 3 is a radial section of the connection of the upper ring and the hub
  • FIGS. 1A, 1B there is shown a double coupling device 1, between a gearbox shaft 2 and two idle gears 3, carried by it.
  • Each part of the device is composed of the same conical coupling means.
  • On the left ( Figure 1A) the coupling means are shown in the rest position and dexterous ( Figure 1B), they are shown in the working position.
  • This device comprises a hub 11, held axially on the shaft 2, on the right by a shoulder, and on the left by a stop ring 12.
  • the hub 11 is composed of a central ring 5, fixed on the shaft 2 and axial excrescences 10 at the periphery thereof.
  • the coupling means include a multi-cone synchronization assembly consisting of an upper ring 13 integral with the hub 11, an intermediate ring 14 integral with the pinion 3, a lower ring 15 integral with the hub 11, and a last ring, or cone 16 secured to the pinion 3.
  • the cone 16 and the intermediate ring 14, are integral with a flange 17 connected to the pinion.
  • the device also comprises means for biasing the coupling means in the central rest position, including a return spring 18 in the rest position, such as a corrugated washer disposed between a flat washer 19 and a cup 20 fitted tightly into the hub 11.
  • a return spring 18 in the rest position, such as a corrugated washer disposed between a flat washer 19 and a cup 20 fitted tightly into the hub 11.
  • the spring 18 acts on the ring upper 13, pushing the latter towards the hub 11, away from the other rings, 14, 15, 16.
  • the coupling means are adapted to frictionally equalize the speeds of the shaft 2 and a pinion 3, and to transform the torque received from the hub 11 into axial thrust on all the rings 13 , 14, 15, 16, which themselves transmit the torque by friction.
  • the upper ring has teeth 13a, provided with assistance ramps 13r, by which it is capable of transforming the torque of the hub into axial thrust on the other rings.
  • the ramps 13r do not appear in FIG. 1, but are shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 also shows the tabs 13b, which are axially offset from the other teeth in the opposite direction to the cone, and which serve as a support plane. to the bearing 21 of the actuating device.
  • the coupling device is put into service by the axial displacement of the rings 13, 14, 15, 16, and by bringing the conical surfaces in contact with each other, with the aid of a type 21 player.
  • ball bearing whose axial displacement is obtained by the axial movement of a fork 22 which encircles the bearing 21.
  • FIG. 2 and 3 we see that the upper ring 13 is secured to the hub 11, through the teeth 13a inclined flanks 13r, dihedral.
  • the teeth 13a cooperate with the conjugate flanks 11a terminating the grooves 11b of the hub 11, and transform the torque transmitted between the hub and the upper ring, in axial thrust on the ring.
  • the upper ring 13, preferably made from a sheet-side, has a constant thickness.
  • the teeth 13a made by stamping, are distributed in the inner periphery.
  • the legs 13b obtained in the same way, are at least three in number, or grouped into three groups of legs, distributed angularly equidistantly.
  • the ring 13 may for example have three identical sectors of teeth 13a, and three equidistant sectors each comprising at least one leg 13b, or a group of legs.
  • the tabs 13b are offset axially in the direction opposite to the cone. They define a bearing face, which receives, upon actuation, the thrust of the actuating bearing.
  • the tabs 13a protrude radially towards the center of the grooves 11b of the hub, and thus provide support for the flat washer 19 of the opening device at rest.
  • the second ring 14, or intermediate ring has an outer conical surface which cooperates with the inner conical surface of the upper ring 13, and an inner conical surface which cooperates with the outer conical surface of the lower ring 15.
  • intermediate ring 14 is integral with the flange 17 for supporting the cone 16, by a series of lateral teeth 14a flanks parallel to its axis of symmetry.11 is made from a sheet-metal flank of constant thickness.
  • One or both of its conical surfaces are susceptible to a friction coating.
  • the third ring, or lower ring 15 has, in section, a profile with two branches joined by a seven-shaped bend, as the upper ring 13.11 has in its inner periphery parallel flank teeth 15a which cooperate with the grooves 11b flanks parallel to the axis of rotation of the hub 11. This connection does not create induced axial thrust on the ring.
  • the inner conical surface cooperates with the conical surface of the cone 16.
  • the lower ring 15 is made from a constant thickness sheet metal flange. One or both conical surfaces are likely to receive a friction coating.
  • the fourth ring 16 simply called cone in the present description, is carried and centered by the flange 17, which ensures its connection with the pinion 3.
  • the cone 16 is secured to the flange 17 by a series of lateral teeth 16a to f lanc parallel to its axis of rotation, and distributed equidistantly. It is made from a constant thickness sheet metal flank, and its outer conical surface is capable of receiving a friction coating.
  • the flange 17 is composed of a flat flank perpendicular to its axis of rotation. In its outer periphery, are notched equidistantly, notches 17a, deep enough to receive the lateral teeth 16a of the cone, and the lateral teeth 14a of the intermediate ring.
  • the assembly of the cone 16 and the flange 17 can be done in a press.
  • the adjustment of the teeth 16a and the notches 17a then gives a tight stable fit.
  • the cone can also be mounted floating on the flange. With this free and floating mount, the cone self center.
  • the connection of the flange 17 and the pinion 3 is provided for example by flutes.
  • the restoring means are composed of the spring 18, the washer 19 and the cup 20 disposed at the inner periphery of the axial protuberances 10 of the hub 11 which comprises the grooves 11a, 11b for driving the ring. 13 and the lower ring 15 of the coupling device 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)

Abstract

Dispositif de couplage entre un arbre (2) de boîte de vitesses et un pignon fou (3) porté par celui-ci, comportant un moyeu (11) composé d'une couronne centrale (5) fixée sur l'arbre (2) et d'excroissances axiales (10) à la périphérie de celle-ci, des moyens de couplage comprenant au moins un anneau (13) solidaire du moyeu (11) et un cône (16) solidaire du pignon (3) propres à transformer le couple reçu du moyeu en poussée axiale sur les anneaux de manière à transmettre eux-mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon, et des moyens de rappel (18, 19) de l'anneau (13) vers sa position de repos, caractérisé en ce que les moyens de rappel sont disposés sur la face intérieure (10a) des excroissances (10).

Description

Dl SPOSI Tl F DE COUPLAGE PAR CONES DE FRI CTI ON AUTO- ASSI STES
POUR BOI TE DE Vl TESSES
La présente invention se rapporte aux synchroniseurs pour boîte de vitesses mécanique ou robotisée.
Rus précisément, elle concerne un dispositif de couplage par cônes de friction auto-assistés entre un arbre de boîte de vitesses et un pignon fou porté par celui-ci, comportant un moyeu fixé sur l'arbre, et des moyens de couplage propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre et du pignon et à transformer le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale sur le pignon, de manière à transmettre eux-mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon.
Dans un dispositif de couplage par cônes de friction auto- assistés, les moyens de couplage transforment le mouvement de rotation reçu du moyeu en poussée axiale contre le pignon, de façon à transmettre eux-mêmes le couple.
L'invention s'applique notamment sur un dispositif à cônes de friction autoassistés de type particulier, dont les moyens de couplage comprennent un ensemble de synchronisation multi-cônes. Toutefois, cette application n'est pas limitative.
Par la publication FR 2821652, on connaît un tel dispositif, où les moyens de couplage incluent un anneau supérieur solidaire du moyeu, un anneau intermédiaire solidaire du pignon, un anneau inférieur solidaire du moyeu, et enfin un cône solidaire du pignon. L'anneau supérieur présente des dents pourvues de rampes d'assistance, grâce auxquelles il est capable de transformer le couple du moyeu en poussée axiale sur les autres anneaux. Les moyens de couplage transfèrent ainsi le mouvement de rotation reçu du moyeu, sur le pignon, en exerçant sur celui-ci une pression constante. L'anneau intermédiaire et le cône, sont solidaires du pignon par l'intermédiaire d'un flasque.
La mise en service du dispositif de couplage est assurée par le déplacement axial des anneaux, et par la mise en contact des surfaces coniques en vis avis, à l'aide d'un baladeur de type roulement à billes, dont le déplacement axial est obtenu par le mouvement axial d'une fourchette, qui encercle le roulement.
Pour que ce dispositif de couplage puisse fonctionner correctement, il est nécessaire, qu'au repos, l'anneau supérieur soit repoussé vers le moyeu, afin de neutraliser I' « auto- assistance » obtenue par le contact sous forme de rampes inclinées entre ces deux pièces et d'écarter les surfaces coniques afin de réduire les traînées parasites préjudiciables au rendement mécaniques global de la transmission, et les échauf f ement s préjudiciables à la durée de vie des systèmes de couplage. Des moyens de rappel en position de repos sont donc prévus. Ils comprennent un ressort de mise au repos, qui agit sur l'anneau supérieur en repoussant ce dernier vers le moyeu, à l'écart des autres anneaux.
Dans la publication FR 2821652, les moyens de rappel au repos sont composés d'un ressort, de rondelles d'appui, et d'un anneau d'arrêt est agencé en périphérie extérieure du moyeu. Cette disposition pénalise la géométrie de certaines pièces du dispositif. En particulier, elle impose à l'anneau inférieur une forme de «deux » inversée, pour contourner les moyens de rappel, qui rend complexe sa fabrication en tôle, et augmente l'encombrement radial de l'ensemble du dispositif.
Par ailleurs, la disposition sur deux niveaux, des liaisons entre le moyeu et les anneaux supérieur et inférieur, ne facilite pas la réalisation de ces liaisons par les techniques de frittage appropriées. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose notamment :
- de disposer les moyens de rappel au repos du dispositif d'ouverture en périphérie intérieure d'excroissances axiales périphériques extérieures du moyeu,
- de faire prendre appui à ces moyens sur l'anneau supérieur, dont les dents dépassent, radialement vers le centre sur les rainures du moyeu, et d'autre part sur une coupelle montée serrée dans le moyeu, et
- de donner en section aux anneaux supérieur et inférieur un prof il à deux banches réunies par un coude, se rapprochant de la forme du chiffre sept. Ces dispositions permettent de réduire l'encombrement du dispositif, et de simplif ier sa réalisât ion.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels :
- les figures 1A et 1B sont des vues partielles d'une boîte de vitesses équipée de dispositifs de couplage de type coupleur conique auto-assisté, montrant respectivement les moyens de couplage au repos, et en position de travail,
- la figure 2 est une coupe partielle selon A-A, de la liaison entre les anneaux supérieur, inférieur et le moyeu, et
- le f igure 3 est une coupe radiale de la liaison de l'anneau supérieur et du moyeu,
Sur les figures 1A, 1B, on a représenté un dispositif de couplage double 1, entre un arbre de boîte de vitesses 2 et deux pignons fous 3, portés par celui-ci. Chaque partie du dispositif est composée des mêmes moyens de couplage coniques. A gauche (figure 1A), les moyens de couplage sont montrés en position de repos et adroite (figure 1B), ils sont montrés en position travail. Ce dispositif comporte un moyeu 11, maintenu axialement sur l'arbre 2, à droite par un épaulement, et à gauche par un anneau d'arrêt 12. Le moyeu 11 est composé d'une couronne centrale 5, fixée sur l'arbre 2, et d'excroissances axiales 10 à la périphérie de celle-ci.
Les moyens de couplage incluent un ensemble de synchronisation multi- cônes composé d'un anneau supérieur 13 solidaire du moyeu 11, d'un anneau intermédiaire 14 solidaire du pignon 3, d'un anneau inférieur 15 solidaire du moyeu 11, et d'un dernier anneau, ou cône, 16 solidaire du pignon 3. Le cône 16 et l'anneau intermédiaire 14, sont solidaires d'un flasque 17 lié au pignon.
Le dispositif comprend également des moyens rappel des moyens de couplage en position centrale de repos, incluant un ressort 18 de rappel en position de repos, tel qu'une rondelle ondulée disposée entre une rondelle plate 19 et une coupelle 20 emmanchée serrée dans le moyeu 11. Le ressort 18 agit sur l'anneau supérieur 13, en repoussant ce dernier vers le moyeu 11, à l'écart des autres anneaux, 14, 15, 16.
Conformément à la publication FR 2821652, les moyens de couplage sont propres à égaliser par frottement les vitesses de l'arbre 2 et d'un pignon 3, et à transformer le couple reçu du moyeu 11 en poussée axiale sur l'ensemble des anneaux 13, 14, 15, 16, qui transmettent eux-mêmes le couple par friction. L'anneau supérieur présente à cet effet des dents 13a, pourvues de rampes d'assistance 13r, grâce auxquelles il est capable de transformer le couple du moyeu en poussée axiale sur les autres anneaux. Les rampes 13r n'apparaissent pas sur la figure 1, mais sont montrées sur la figure 2. La figure 1 montre également les pattes 13b, qui sont décalées axialement des autres dents en sens opposé au cône, et qui servent de plan d'appui au roulement 21 du dispositif d'actionnement.
La mise en service du dispositif de couplage est assurée par le déplacement axial des anneaux 13, 14, 15, 16, et par la mise en contact des surf aces coniques en vis à vis, à l'aide d'un baladeur 21 de type roulement à billes, dont le déplacement axial est obtenu par le mouvement axial d'une fourchette 22 qui encercle le roulement 21.
Sur les figures les figures 2 et 3, on voit que l'anneau supérieur 13, est solidaire du moyeu 11, par l'intermédiaire des dents 13a à flancs inclinés 13r, en forme de dièdre. Les dents 13a coopèrent avec les flancs conjugués 11a terminant les rainures 11b du moyeu 11, et transforment le couple transmis entre le moyeu et l'anneau supérieur, en poussée axiale sur l'anneau. L'anneau supérieur 13, réalisé de préférence à partir d'un flanc de tôle, a une épaisseur constante. Les dents 13a, réalisées par emboutissage, sont réparties dans la périphérie intérieure. Les pattes 13b, obtenues de la même manière, sont au moins au nombre de trois, ou regroupées en trois groupes de pattes, réparties angul ai rement de manière équidistante. L'anneau 13 peut par exemple présenter trois secteurs identiques de dents 13a, et trois secteurs équidistants comportant au moins chacun une patte 13b, ou un groupe de pattes. Les pattes 13b sont décalées axialement dans le sens opposé au cône. Elles définissent une face d'appui, qui reçoit, lors de l'actionnement, la poussée du roulement d'actionnement. Les pattes 13a dépassent radialement vers le centre les rainures 11b du moyeu, et offrent ainsi des appuis à la rondelle plate 19 du dispositif d'ouverture au repos.
Le second anneau 14, ou anneau intermédiaire, a une surface conique extérieure qui coopère avec la surf ace conique intérieure de l'anneau supérieur 13, et une surface conique intérieure qui coopère avec la surface conique extérieure de l'anneau inférieur 15. L'anneau intermédiaire 14 est solidaire du flasque 17 de support du cône 16, par une série de dents latérales 14a à flancs parallèles à son axe de symétrie.11 est réalisé à partir d'un flanc de tôle d'épaisseur constante. L'une, ou ses deux surfaces coniques, sont susceptibles de recevoir un revêtement de friction.
Le troisième anneau, ou anneau inférieur 15, a, en section, un profil à deux branches réunies par un coude en forme de sept, comme l'anneau supérieur 13.11 comporte dans sa périphérie intérieure des dents à flancs parallèles 15a qui coopèrent avec les rainures 11b à flancs parallèles à l'axe de rotation du moyeu 11. Cette liaison ne crée pas de poussée axiale induite sur l'anneau. La surface conique intérieure coopère avec la surface conique du cône 16. L'anneau inférieur 15 est réalisé à partir d'un flanc de tôle à épaisseur constante. L'une, ou les deux surf aces coniques, sont susceptibles de recevoir un revêtement defriction.
Le quatrième anneau 16, appelé simplement cône dans la présente description, est porté, et centré, par le flasque 17, qui assure sa liaison avec le pignon 3. Le cône 16 est solidaire du flasque 17 par une série de dents latérales 16a à f lanc parallèles à son axe de rotation, et réparties de manière équidistantes. Il est réalisé à partir d'un flanc de tôle à épaisseur constante, et sa surface conique extérieure est susceptible de recevoir un revêtement de friction. Le flasque 17 est composé d'un flanc plat perpendiculaire à son axe de rotation. Dans sa périphérie extérieure, sont découpées de manière équidistante, des encoches 17a, suffisamment profondes pour recevoir les dents latérales 16a du cône, et les dents latérales 14a de l'anneau intermédiaire. L'assemblage du cône 16 et du flasque 17, peut être fait sous presse. L'ajustement des dents 16a et des encoches 17a donne alors un montage stable serré. Le cône peut aussi être monté flottant sur le flasque. Avec ce montage libre et flottant, le cône s'auto centre. La liaison du flasque 17 et du pignon 3 est assurée par exemple par des cannelures.
En conclusion, les moyens de rappel au repos, sont composés du ressort 18, de la rondelle 19 et de la coupelle 20 disposée en périphérie intérieure des excroissances axiales 10 du moyeu 11 qui comporte les rainures 11a, 11b d'entraînement de l'anneau supérieur 13 et de l'anneau inférieur 15 du dispositif de couplage 10. Ces moyens permettent notamment : de simplifier la forme de l'anneau inférieur (passage d'une forme initiale de deux inachevé aune nouvelle forme de sept), de regrouper les niveaux de liaison du moyeu en une série de rainures 11b à flancs parallèles orientées radialement, coopérant avec les dents 15a de l'anneau inférieur, et se terminant en flancs inclinées 11a coopérant avec les dents 13a à flancs inclinés 13r de l'anneau supérieur, et de libérer un espace 100 qui rend possible le compactage radial du dispositif de couplage 10, et par conséquent une meilleure adaptation de sa taille au besoin exprimé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de couplage entre un arbre (2) de boîte de vitesses et un pignon fou (3) porté par celui-ci, comportant un moyeu (11) composé d'une couronne centrale (5) fixée sur l'arbre (2) et d'excroissances axiales (10) à la périphérie de celle-ci, des moyens de couplage comprenant au moins un anneau (13) solidaire du moyeu (11) et un cône (16) solidaire du pignon (3) propres à transformer le couple reçu du moyeu en poussée axiale sur les anneaux de manière à transmettre eux- mêmes par friction le couple entre le moyeu et le pignon, et des moyens de rappel (18, 19) de l'anneau (13) vers sa position de repos, caractérisé en ce que les moyens de rappel sont disposés sur la face intérieure (10a) des excroissances (10).
2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de rappel (18, 19) prennent appui sur l'anneau (13).
3. Dispositif de couplage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de rappel (18, 19) prennent appui sur une partie d'extrémité de dents extérieures (13a) de l'anneau (13).
4. Dispositif de couplage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dents (13a) traversent vers l'intérieur des rainures (11b) ouvertes dans les excroissances latérales (10) du moyeu (11).
5. Dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de rappel comprennent un ressort (18) en appui sur une coupelle (20) serrée sur le moyeu (11).
6. Dispositif de couplage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort (18) s'étend entre la coupelle (20) et une rondelle (19) en contact avec les dents (13a).
7. Dispositif de couplage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dents (13a) repoussées par les moyens de rappel (18, 19), transmettent le couple du moyeu (11) au pignon (3), en position de couplage.
8. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent un anneau supérieur (13) dont les dents (13a) traversent les rainures (11b) du moyeu (11), un anneau intermédiaire (14) solidaire du pignon, un anneau inférieur (15) solidaire du moyeu (11), et un cône (16) solidaire du pignon (3).
9. Dispositif de couplage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'anneau inférieur (15) présente des dents extérieures (15a), engagées au travers des rainures (11b) du moyeu (11).
10. Dispositif de couplage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les anneaux supérieur et inférieur (13, 15) ont en section un profil à deux branches réunies par un coude.
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