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🧰 Le coup d'Ă©crou#21 - La boite de vitesses - Partie 1

🧰 Le coup d'Ă©crou#21 - La boite de vitesses - Partie 1

La boĂźte de vitesses

 

RĂŽle

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 vĂ©hicule augmente ou lorsque celui-ci gravit une rampe, sa vitesse tend Ă  diminuer. Étant donnĂ© que le moteur est reliĂ© aux roues par la transmission, il ralentit ; autrement dit, son rĂ©gime de rotation s’éloigne de plus en plus du rĂ©gime de puissance maximal et la puissance au moteur baisse progressivement. Il est donc nĂ©cessaire, si l’on veut que le moteur reprenne son rĂ©gime normal, d’introduire dans la transmission un rapport de dĂ©multiplication d’autant plus grand que l’effort Ă  fournir par le moteur est plus important.

La boĂźte de vitesses d’un vĂ©hicule automobile doit donc permettre d’équilibrer constamment le couple moteur et le couple rĂ©sistant afin que le moteur se maintienne Ă  son rĂ©gime.

Toutes les boĂźtes de vitesses ont une combinaison supplĂ©mentaire dite marche arriĂšre, permettant d’inverser le sens de rotation de l’arbre de transmission et, par consĂ©quent, celui des roues.

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

Lorsque la boĂźte de vitesses est au point mort, le moteur peut ĂȘtre laissĂ© en marche sans que le vĂ©hicule avance, et cela, mĂȘme Ă  la position “embrayage”.

 

Principe

Une boĂźte de vitesses est un ensemble de roues dentĂ©es grĂące auxquelles il est possible d’obtenir les rapports de dĂ©multiplication adaptĂ©s aux diffĂ©rentes valeurs du couple rĂ©sistant. L’ensemble des roues dentĂ©es est enfermĂ© dans un carter Ă©tanche contenant une certaine quantitĂ© d’huile en vue du graissage.

 

Notions préliminaires

Engrenage

C’est l’ensemble de deux roues dentĂ©es ou pignons engrenant l’une dans l’autre. La roue qui donne son mouvement Ă  la seconde est dite roue menante. Celle qui reçoit le mouvement est dite roue menĂ©e.

 

Sens de rotation de la roue menée

Image 1

Lorsque les deux pignons d’un engrenage sont en prise extĂ©rieurement, le pignon menĂ© tourne en sens inverse de celui du pignon menant.  

Image 2

Lorsque les deux pignons d’un engrenage sont en prise intĂ©rieurement, le pignon menĂ© tourne dans le mĂȘme sens que le pignon menant.

 

Lorsqu’un pignon intermĂ©diaire est disposĂ© entre le pignon menant et le pignon menĂ© en prise extĂ©rieurement, la vitesse du pignon menĂ© est la mĂȘme que s’il n’y avait pas d’intermĂ©diaire, mais le pignon menĂ© tourne dans le mĂȘme sens que le pignon menant.

 

Train d’engrenages

Image 3

On appelle train d’engrenages, une suite de roues dentĂ©es engrenant entre elles, les unes Ă©tant menantes, les autres Ă©tant menĂ©es.

Image 4

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 derniÚre roue menée

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

 

DĂ©multiplication

On dit qu’il y a dĂ©multiplication de la vitesse dans un rapport donnĂ© lorsque, dans un engrenage, le pignon menant a un nombre de dents plus petit que le nombre de dents du pignon menĂ©.

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 donnĂ© lorsque, dans un engrenage, le pignon menant a un nombre de dents plus grand que le nombre de dents du pignon menĂ©.

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

 

 

BoĂźte de vitesses ordinaire Ă  quatre rapports

Description

Le carter

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

Le carter, ouvert Ă  sa partie supĂ©rieure, est fermĂ© par un couvercle vissĂ©, avec joint d’étanchĂ©itĂ©, qui supporte les organes de commande des pignons et le systĂšme de verrouillage de ces derniers.

A la partie infĂ©rieure du carter se trouve un orifice de vidange avec bouchon vissĂ© et joint d’étanchĂ©itĂ©.

Sur le cĂŽtĂ© se trouve l’orifice de remplissage d’huile, Ă©galement avec bouchon et joint, servant en outre d’orifice de trop plein.

Image 5
Les arbres et pignons

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

  • l’arbre primaire ;
  • l’arbre intermĂ©diaire ;
  • l’arbre secondaire.

 

Arbre primaire

L’arbre primaire (1), appelĂ© dans la pratique pignon Ă  queue sort de la paroi antĂ©rieure de la boĂźte dans laquelle il est guidĂ© par un roulement Ă  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 extrĂ©mitĂ© cylindrique s’engage dans l’extrĂ©mitĂ© arriĂšre du vilebrequin.

 

Arbre intermédiaire

Cet arbre (10) est situĂ© sous l’arbre primaire. Il est constituĂ© par un train de pignons (8) de diamĂštres diffĂ©rents qui tourillonnent sur un axe fixe dans le carter.

Le pignon avant (2) du train intermĂ©diaire est constamment en prise avec le pignon de l’arbre primaire. Pour cette raison, cet engrenage est appelĂ© prise constante de la boĂźte.

 

Arbre secondaire

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

Son extrĂ©mitĂ© avant, cylindrique, s’engage dans un alĂ©sage de l’arbre primaire dans lequel elle tourillonne par l’intermĂ©diaire d’un roulement.

A l’arriĂšre, l’arbre tourne dans un roulement logĂ© dans la paroi du carter.

À l’intĂ©rieur de la boĂźte, l’arbre est cannelĂ©. Sur cette partie sont montĂ©s des pignons (6) et (7) appelĂ©s baladeurs, pouvant coulisser sur les cannelures mais qui sont obligĂ©s de tourner avec l’arbre.

Sur une des faces de chaque baladeur est usinĂ©e une gorge circulaire. Dans celle-ci, s’engage une fourchette (3) et (4) servant Ă  dĂ©placer axialement le baladeur sans s’opposer Ă  sa rotation. Le premier baladeur porte sur sa face antĂ©rieure des crabots (11) semblables Ă  ceux du pignon primaire.

À l’extĂ©rieur de la boĂźte, l’arbre secondaire est cannelĂ© sur une certaine longueur. Sur les cannelures s’engage une piĂšce constituant une des parties d’un joint articulĂ© appelĂ© cardan.

 

 

Fonctionnement

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

L’arbre secondaire n’est pas entraĂźnĂ© ; s’il tourne, cela ne peut ĂȘtre que sous l’action des roues motrices, par l’intermĂ©diaire de l’arbre de transmission.

 

1Ăšre vitesse

Sous l’action de sa fourchette, commandĂ©e par le levier de changement de vitesses (13), le baladeur BC se dĂ©place vers la droite et le pignon C vient engrener avec le pignon C’ du train intermĂ©diaire. Le mouvement de l’arbre primaire est transmis Ă  l’arbre secondaire par les pignons de la prise constante, le pignon C’ et le pignon C.

2Ăšme vitesse

AprĂšs que le baladeur BC ait Ă©tĂ© ramenĂ© dans la position initiale, il est dĂ©placĂ© vers la gauche et le pignon B vient engrener avec le pignon B’ du train intermĂ©diaire. Le mouvement de l’arbre primaire est transmis Ă  l’arbre secondaire, avec une nouvelle dĂ©multiplication, moins grande qu’en premiĂšre vitesse.

3Ăšme vitesse

Le baladeur BC ayant Ă©tĂ© ramenĂ© au point mort, le baladeur A est dĂ©placĂ© vers la droite et son pignon vient engrener avec le pignon A‘ du train intermĂ©diaire. La dĂ©multiplication est moins grande qu’en deuxiĂšme vitesse.

4Ăšme vitesse ou prise directe

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

Les crabots latĂ©raux 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 Ă  la mĂȘme vitesse que l’arbre primaire. C’est pour cette raison que la combinaison est dite prise directe.

Marche arriĂšre

En marche arriĂšre, l’arbre secondaire doit tourner en sens inverse de celui de l’arbre primaire. Cette inversion du mouvement est obtenue grĂące Ă  un pignon inverseur (12) montĂ© fou sur un axe fixĂ© dans le carter de la boĂźte.

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

GrĂące Ă  l’inverseur le sens de rotation du pignon C’est le mĂȘme que celui de l’arbre intermĂ©diaire et l’arbre secondaire tourne par consĂ©quent 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 arriÚre de la boßte, soit dans le couvercle de celle-ci.

Dans les tiges sont pratiquĂ©es des encoches dans lesquelles peut s’engager l’extrĂ©mitĂ© infĂ©rieure du levier de commande.

Commande directe

C’est la solution la plus simple.

Un levier (levier de changement de vitesses), dont le bras supĂ©rieur se termine par un pommeau, est montĂ© dans le couvercle de la boĂźte . L’extrĂ©mitĂ© infĂ©rieure du levier est engagĂ©e entre les fourchettes.

En orientant convenablement le levier, le conducteur amĂšne l’extrĂ©mitĂ© infĂ©rieure dans l’encoche de la tige Ă  dĂ©placer 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 dĂ©rĂ©glages par usure, a pourtant Ă©tĂ© abandonnĂ©e par certains constructeurs dans le but de dĂ©gager le plancher du vĂ©hicule et de ne pas gĂȘner les passagers assis Ă  l’avant.

Commande par levier au tableau de bord ou sous le volant

D’une maniĂšre gĂ©nĂ©rale, le levier de commande agit indirectement sur les fourchettes des baladeurs par un systĂšme 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