LA BOÎTE DE VITESSES

1 - ROLE Pendant son avancement, le véhicule est soumis à différentes résistances à l’avancement : - L’inertie du véhicule - La résistance à l’air - La résistance à la pente - La résistance au roulement De plus, les conditions d’utilisation ne sont pas toujours les mêmes : - Vitesses lentes et accélérations dans les bouchons - Vitesses moyennes en ville - Vitesses plus importantes sur routes et autoroutes Il faut donc trouver un système permettant de rouler dans toutes les conditions de fonctionnement en adaptant le régime moteur à sa plage de fonctionnement. C’est le rôle de la boîte de vitesses

2 - PRINCIPE Le calcul d’un rapport de vitesses est Vitesse de sortie Vitesse d’entrée Nombre de dents du pignon menant Nombre de dents du pignon mené La raison = Calculez le rapport de ce train d’engrenages Pignon 1 Pignon 2 Z1 = 20 dents Z2 = 10 dents 1 = 25 mm 2 = 12.5 mm Pignon menant = pignon 1 Pignon mené = pignon 2 R = 20 / 10 = 2 Ce qui veut dire que lorsque l’arbre d’entrée tourne à 1000tr/min, l’arbre de sortie tourne à : Vitesse de sortie Vitesse d’entrée = 2 Vitesse de sortie = 2 x vitesse d’entrée = 2 x 1000 = 2000 tr/min

REMARQUE Vitesse de sortie du pignon menant Vitesse d’entrée La raison = du pignon menant du pignon mené Les calculs sont donc aussi valables pour des transmissions par poulies et courroies. RAPPEL : Le couple est l’action combinée d’une ou plusieurs forces sur un bras de levier de telle sorte que celui-ci soit sollicité en rotation C = F x r Exemple : C = 100 x 0.1 = 10 mN R =0.1m F = 100N

RAPPORT ENTRE COUPLE ET VITESSE 80 40 20 F=100N 40 F=100N Exemple 1 Exemple 2 Pour chacun des exemples, calculez le couple d’entrée, le couple de sortie , le rapport des vitesses Ce = 100 x 0.02 = 2mN Ce = 100 x 0.02 = 2mN Cs = 100 x 0.01 = 1mN Cs = 100 x 0.04 = 4 mN Vs / Ve = 0.02 / 0.01 = 2 Vs / Ve = 0.02 / 0.04 = 0.5

CONCLUSION Dans l’exemple 1, le couple a été , tandis que la vitesse a été divisé par 2 multipliée par 2 Dans l’exemple 2, le couple a été , tandis que la vitesse a été multiplié par 2 divisée par 2 Pour avoir un couple important Pour avoir une vitesse importante Et donc une vitesse plus faible Et donc un couple plus faible Pignon d’entrée Pignon de sortie faible important important faible Exemple 2 Exemple 1

Énergie mécanique moteur Énergie mécanique modulée Action conducteur 3 - FONCTION Énergie mécanique moteur Info vitesse Énergie mécanique modulée Action du conducteur Énergie mécanique modulée P = C’ x ω’ Énergie mécanique moteur P = C x ω Augmenter le couple moteur (donc avoir une vitesse faible) ou Augmenter la vitesse (donc avoir un couple faible) Info vitesse La boîte de vitesses

4 – CONSTITUTION Système de commande Arbre primaire lié à l’embrayage Arbre secondaire en relation avec le différentiel Arbre primaire lié à l’embrayage Différentiel Système de commande

2 3 4 5 6 7 8 1 1 5 2 6 3 7 4 8 Arbre primaire Prise de compteur de vitesse Fourchettes Arbre secondaire Axes de fourchettes (coulisseaux) Synchroniseurs Roulements Pignon

On retrouve à l’intérieur de la boîte de vitesses des cascades de pignons de tailles différentes. Pour éviter les bruits de fonctionnement, ceux-ci ont une taille hélicoïdale (exception faite de la marche arrière qui reste une denture droite) Denture hélicoïdale Denture droite

Cette taille entraîne des poussées axiales qu’il faudra contenir par : Fe Fa Fr - des roulements à billes à contacts obliques Fe : Force d’entraînement Fr : Force radiale Fa : Force axiale - des roulements à rouleaux coniques

- un montage opposé des dentures

5 – CALCUL D’UN RAPPORT Vs Ve = (-1)K Nombre de dents des pignons menant Nombre de dents des pignons menés Formule généralisée Avec k nombre de contacts extérieurs Exemple Z1 (pignon d’entrée) = 20dents Z2 (pignon de sortie) = 30 dents Z3 = 10 dents Rapport de marche avant Z3 Z1 Z1 Z1 Z2 Rapport de marche arrière Z2 Z2 Vs / Ve = (-1)1 Z1/Z2 = - 20/30 = - 0.66 Vs / Ve = (-1)0 Z1/Z2 = 1 x 20/30 = 0.66 Vs / Ve = (-1)2 Z1/Z3 x Z3/Z2 = Z1 / Z2 = 20 / 30 = 0.66 Le signe – dans le résultat indique que le sens de sortie est inverse au sens d’entrée

EXERCICE Sur cette boîte de vitesses, identifiez les rapports en calculant chacun d’entre eux. Z1 = 13 Z2 = 20 Z3 = 25 Z4 = 29 Z5 = 31 Zintermédiare = 15 Z11 = 13 Z6 = 38 Z7 = 37 Z8 = 34 Z9 = 31 Z10 = 29 Z12 = 38 Fonctionnement

1ère Vs / Ve = (-1)k (Z1 / Z6) = - (13 / 38) = - 0.342 2ème Vs / Ve = (-1)k (Z2 / Z7) = - (20 / 37) = - 0.54 3ème Vs / Ve = (-1)k (Z3 / Z8) = - (25 / 34) = - 0.735 4ème Vs / Ve = (-1)k (Z4 / Z9) = - (29 / 31) = - 0.935 5ème Vs / Ve = (-1)k (Z5 / Z10) = - (31 / 29) = - 1.068 Marche arrière Vs / Ve = (-1)k (Z11 / Zint.) x (Zint. / Z12) = (-1)2 x (Z11 / Z12) = (13 / 38) = 0.342

6 – LA COMMANDE DE BOITE DE VITESSES LA COMMANDE EXTERNE Elle doit être : - douce - précise - suffisamment démultipliée Elle ne doit pas transmettre de bruit ni de vibration. 1 5 3 2 4 6 R

En bout de commande se trouve un doigt qui se place dans des encoches . Les encoches sont disposées les unes à coté des autres. A l’aide du doigt, le conducteur peut sélectionner un axe et le déplacer pour engager le rapport voulu. Remarque : une biellette déformée ou mal réglée influence la qualité du passage de la vitesse

LA COMMANDE INTERNE Levier de sélection Axe de passage Fourchettes

Doigt de marche arrière L’axe sélectionné par le doigt déplace la fourchette associée à cet axe. Fourchette de 1ère – 2ème Fourchette de 3ème - 4ème Doigt de marche arrière Problème avec ces systèmes : - il est possible de sélectionner 2 axes - la fourchette n’a pas de position stable 1 / 2 3 / 4 AR

LE VERROUILLAGE Il évite de manœuvrer simultanément 2 axes en même temps dont les encoches sont côte à côte. Clé Doigt de passage

Les trois axes reçoivent chacun une encoche Les trois axes reçoivent chacun une encoche. Elles sont face à face quand la boîte de vitesses est en position point mort. Dans les encoches se loge un disque métallique. Le diamètre du disque est tel que si on libère un axe, le disque se place dans les deux autres et immobilise ceux-ci. Le verrouillage par bonhomme fonctionne suivant le même principe : lorsqu’un axe est sollicité, les bonhommes de verrouillage indexent les autres axes.

LE BILLAGE Il permet d’assurer la position des axes pour éviter qu’ils ne se déplacent seuls, sous l’effet de leur inertie ou de vibrations et d’informer le conducteur de façon sensitive, de la position prise par l’axe sollicité. Une bille d’acier est poussée par un ressort dans une encoche de l’axe et le maintient dans la position que lui a donné le conducteur. La réaction est ressentie dans la commande par le conducteur. Il faut un billage par axe. Sur un axe, il y a autant d’encoches que l’axe a de positions.

7 – LE PASSAGE DE VITESSES LE CRABOTAGE Le baladeur craboteur est lié en rotation à l’arbre par des cannelures. Il peut coulisser latéralement sur cet arbre. Il possède de part et d’autre des créneaux qui peuvent s’emboîter avec des créneaux similaires taillés dans un des flancs du pignon fou, réalisant la liaison en rotation avec l’arbre. Un baladeur craboteur peut alternativement réaliser la liaison avec 2 pignons. Problème: si l’arbre tourne à 200tr/min et que le pignon fou a une vitesse nulle, que va-t-il se passer au moment du passage de la vitesse? Les vitesses de l’un et de l’autre étant différentes, les créneaux ne pourront pas s’emboîter tout de suite, il faudra attendre que les vitesses s’équilibrent par frottement : les vitesses craquent.

LE SYNCHRONISEUR Il a pour but d’amener le pignon fou et l’arbre à la même vitesse de rotation au moment du crabotage. La vitesse relative entre les deux éléments est nulle. Pignon Anneau de synchroniseur Baladeur Moyeu Clavettes et ressorts

FONCTIONNEMENT Point mort : Aucune action sur le Les éléments restent en place baladeur 2 Synchronisation Le baladeur 2 se déplace et entraîne qui se met en contact sur le cône male du Il y a frottement, l’un diminue de vitesse tandis que l’autre augmente. l’anneau 3 pignon 4

Crabotage Les vitesses de l’arbre et du pignon fou étant égales, peut se déplacer en fond de course et se mettre à cheval de manière à solidariser le pignon et l’arbre. La vitesse est passée. le baladeur 2 Le cheminement du mouvement entre le primaire et le secondaire passe d’abord par , et les créneaux du pignon le baladeur du synchroniseur le moyeu du synchroniseur. Fonctionnement d’une boîte de vitesses

8 – LA LUBRIFICATION DE LA BOITE DE VITESSES API-GL-1 Pour transmissions d'essieux à denture hélicoïdale et à vis sans fin et certaines transmissions manuelles. Peuvent contenir des additifs: antirouille, antioxydant, antimousse et agent abaissant le point de solidification. API-GL-2 Pour transmissions à vis sans fin auxquelles une huile GL-1 ne suffit pas. API-GL-3 Pour transmissions d'essieux à denture hélicoïdale fonctionnant à vitesse modérée et service moyen auxquelles une huile GL-1 ne suffit pas. API-GL-4 Pour transmissions à denture hélicoïdale et transmissions hypoïdes spéciales appliquées à des véhicules qui fonctionnent dans des conditions de vitesse élevée et de faible couple ou de vitesse réduite et de couple élevé. Des additifs anti-usure et extrême -pression sont assez souvent ajoutés. API-GL-5 Voir point précédent mais dans des conditions de vitesse élevée sollicitation extrême -faible couple et vitesse réduite couple élevé. Des additifs anti-usure et extrême-pression sont très souvent ajoutés.