🧰 Le coup d'écrou#21 - La boite de vitesses - Partie 1

La boîte de vitesses

Rôle

Afin de développer toute sa puissance, le moteur doit tourner à un certain régime pour lequel le couple moteur a sa plus grande valeur.

Lorsque la charge du véhicule augmente ou lorsque celui-ci gravit une rampe, sa vitesse tend à diminuer. Étant donné que le moteur est relié aux roues par la transmission, il ralentit ; autrement dit, son régime de rotation s’éloigne de plus en plus du régime de puissance maximal et la puissance au moteur baisse progressivement. Il est donc nécessaire, si l’on veut que le moteur reprenne son régime normal, d’introduire dans la transmission un rapport de démultiplication d’autant plus grand que l’effort à fournir par le moteur est plus important.

La boîte de vitesses d’un véhicule automobile doit donc permettre d’équilibrer constamment le couple moteur et le couple résistant afin que le moteur se maintienne à son régime.

Toutes les boîtes de vitesses ont une combinaison supplémentaire dite marche arrière, permettant d’inverser le sens de rotation de l’arbre de transmission et, par conséquent, celui des roues.

Par ailleurs, sur toutes les boîtes, il est possible d’amener les pignons dans une position dite point mort dans laquelle l’arbre de transmission n’est pas entraîné.

Lorsque la boîte de vitesses est au point mort, le moteur peut être laissé en marche sans que le véhicule avance, et cela, même à la position “embrayage”.

Principe

Une boîte de vitesses est un ensemble de roues dentées grâce auxquelles il est possible d’obtenir les rapports de démultiplication adaptés aux différentes valeurs du couple résistant. L’ensemble des roues dentées est enfermé dans un carter étanche contenant une certaine quantité d’huile en vue du graissage.

Notions préliminaires

Engrenage

C’est l’ensemble de deux roues dentées ou pignons engrenant l’une dans l’autre. La roue qui donne son mouvement à la seconde est dite roue menante. Celle qui reçoit le mouvement est dite roue menée.

Sens de rotation de la roue menée

Lorsque les deux pignons d’un engrenage sont en prise extérieurement, le pignon mené tourne en sens inverse de celui du pignon menant.  

Lorsque les deux pignons d’un engrenage sont en prise intérieurement, le pignon mené tourne dans le même sens que le pignon menant.

Lorsqu’un pignon intermédiaire est disposé entre le pignon menant et le pignon mené en prise extérieurement, la vitesse du pignon mené est la même que s’il n’y avait pas d’intermédiaire, mais le pignon mené tourne dans le même sens que le pignon menant.

Train d’engrenages

On appelle train d’engrenages, une suite de roues dentées engrenant entre elles, les unes étant menantes, les autres étant menées.

A droite : Dans le cas d'une cascade de pignons, chacun des pignons intermédiaires est à la fois mené et menant.

Sens de rotation de la dernière roue menée

Si le nombre des axes du train d’engrenages est pair, les deux roues extrêmes tournent en sens inverse. Si le nombre des axes du train est impair, les deux roues extrêmes tournent dans le même sens.

Démultiplication

On dit qu’il y a démultiplication de la vitesse dans un rapport donné lorsque, dans un engrenage, le pignon menant a un nombre de dents plus petit que le nombre de dents du pignon mené.

Si A est le pignon menant et B le pignon mené, le pignon B tourne moins vite que le pignon A.

Surmultiplication

On dit qu’il y a surmultiplication de la vitesse dans un rapport donné lorsque, dans un engrenage, le pignon menant a un nombre de dents plus grand que le nombre de dents du pignon mené.

Si A est le pignon menant et B le pignon mené, le pignon B tourne plus vile que le pignon A.

Boîte de vitesses ordinaire à quatre rapports

Description

Le carter

L’ensemble des pignons est contenu dans un carter en fonte ou en alliage léger qui se prolonge vers l’avant en s’évasant pour venir se raccorder sur le moteur. Cet épanouissement constitue le carter de l’embrayage.

Le carter, ouvert à sa partie supérieure, est fermé par un couvercle vissé, avec joint d’étanchéité, qui supporte les organes de commande des pignons et le système de verrouillage de ces derniers.

A la partie inférieure du carter se trouve un orifice de vidange avec bouchon vissé et joint d’étanchéité.

Sur le côté se trouve l’orifice de remplissage d’huile, également avec bouchon et joint, servant en outre d’orifice de trop plein.

Les arbres et pignons

Les pignons de la boîte de vitesses sont montés sur trois arbres :

• l’arbre primaire ;
• l’arbre intermédiaire ;
• l’arbre secondaire.

Arbre primaire

L’arbre primaire (1), appelé dans la pratique pignon à queue sort de la paroi antérieure de la boîte dans laquelle il est guidé par un roulement à billes. Ce pignon reçoit le mouvement de rotation du moteur, transmis par l’embrayage. Il porte, sur une partie de sa longueur, des cannelures sur lesquelles coulisse le disque d’embrayage. Son extrémité cylindrique s’engage dans l’extrémité arrière du vilebrequin.

Arbre intermédiaire

Cet arbre (10) est situé sous l’arbre primaire. Il est constitué par un train de pignons (8) de diamètres différents qui tourillonnent sur un axe fixe dans le carter.

Le pignon avant (2) du train intermédiaire est constamment en prise avec le pignon de l’arbre primaire. Pour cette raison, cet engrenage est appelé prise constante de la boîte.

Arbre secondaire

L’arbre secondaire (5) est situé dans le prolongement de l’arbre primaire.

Son extrémité avant, cylindrique, s’engage dans un alésage de l’arbre primaire dans lequel elle tourillonne par l’intermédiaire d’un roulement.

A l’arrière, l’arbre tourne dans un roulement logé dans la paroi du carter.

À l’intérieur de la boîte, l’arbre est cannelé. Sur cette partie sont montés des pignons (6) et (7) appelés baladeurs, pouvant coulisser sur les cannelures mais qui sont obligés de tourner avec l’arbre.

Sur une des faces de chaque baladeur est usinée une gorge circulaire. Dans celle-ci, s’engage une fourchette (3) et (4) servant à déplacer axialement le baladeur sans s’opposer à sa rotation. Le premier baladeur porte sur sa face antérieure des crabots (11) semblables à ceux du pignon primaire.

À l’extérieur de la boîte, l’arbre secondaire est cannelé sur une certaine longueur. Sur les cannelures s’engage une pièce constituant une des parties d’un joint articulé appelé cardan.

Fonctionnement

Lorsque que la boîte est au point mort, aucun des baladeurs n’est en prise avec l’un des pignons de l’arbre intermédiaire. L’arbre primaire et son pignon tournent sous l’action du moteur et le mouvement se transmet par la prise constante à l’ensemble du train intermédiaire.

L’arbre secondaire n’est pas entraîné ; s’il tourne, cela ne peut être que sous l’action des roues motrices, par l’intermédiaire de l’arbre de transmission.

1ère vitesse

Sous l’action de sa fourchette, commandée par le levier de changement de vitesses (13), le baladeur BC se déplace vers la droite et le pignon C vient engrener avec le pignon C’ du train intermédiaire. Le mouvement de l’arbre primaire est transmis à l’arbre secondaire par les pignons de la prise constante, le pignon C’ et le pignon C.

2ème vitesse

Après que le baladeur BC ait été ramené dans la position initiale, il est déplacé vers la gauche et le pignon B vient engrener avec le pignon B’ du train intermédiaire. Le mouvement de l’arbre primaire est transmis à l’arbre secondaire, avec une nouvelle démultiplication, moins grande qu’en première vitesse.

3ème vitesse

Le baladeur BC ayant été ramené au point mort, le baladeur A est déplacé vers la droite et son pignon vient engrener avec le pignon A‘ du train intermédiaire. La démultiplication est moins grande qu’en deuxième vitesse.

4ème vitesse ou prise directe

Sous l’action de sa fourchette, le baladeur A est déplacé vers la gauche et se rapproche du pignon de prise constante de l’arbre primaire.

Les crabots latéraux des deux pignons s’engagent les uns dans les autres. L’arbre primaire et l’arbre secondaire sont rendus solidaires l’un de l’autre comme s’il s’agissait d’un arbre unique. L’arbre secondaire tourne alors à la même vitesse que l’arbre primaire. C’est pour cette raison que la combinaison est dite prise directe.

Marche arrière

En marche arrière, l’arbre secondaire doit tourner en sens inverse de celui de l’arbre primaire. Cette inversion du mouvement est obtenue grâce à un pignon inverseur (12) monté fou sur un axe fixé dans le carter de la boîte.

Ce pignon est toujours en prise avec un pignon (I) de l’arbre intermédiaire. L’épaisseur du pignon inverseur et sa disposition sont telles que le pignon C peut venir engrener avec lui, sans être en prise avec l’un des pignons C’ ou I.

Grâce à l’inverseur le sens de rotation du pignon C’est le même que celui de l’arbre intermédiaire et l’arbre secondaire tourne par conséquent en sens contraire de l’arbre primaire.

Commande des baladeurs

Les fourchettes qui commandent les baladeurs sont montées sur des tiges coulissant soit dans les parois avant et arrière de la boîte, soit dans le couvercle de celle-ci.

Dans les tiges sont pratiquées des encoches dans lesquelles peut s’engager l’extrémité inférieure du levier de commande.

Commande directe

C’est la solution la plus simple.

Un levier (levier de changement de vitesses), dont le bras supérieur se termine par un pommeau, est monté dans le couvercle de la boîte . L’extrémité inférieure du levier est engagée entre les fourchettes.

En orientant convenablement le levier, le conducteur amène l’extrémité inférieure dans l’encoche de la tige à déplacer et peut ainsi la pousser dans un sens ou dans l’autre avec sa fourchette.

La commande directe, qui est la plus simple et la moins sujette aux déréglages par usure, a pourtant été abandonnée par certains constructeurs dans le but de dégager le plancher du véhicule et de ne pas gêner les passagers assis à l’avant.

Commande par levier au tableau de bord ou sous le volant

D’une manière générale, le levier de commande agit indirectement sur les fourchettes des baladeurs par un système de leviers et de tiges dont la disposition varie suivant les types de voitures.

Les nombreuses articulations que comporte ce genre de commande finissent par prendre du jeu dont le rattrapage est rendu possible par le réglage de la longueur des tiges mais reste parfois assez délicat.

Écrit par Alexandre Degrandcourt

Crédits : Documents Peugeot