LA BOITE DE VITESSE MANUELLE FONCTION DE LA BOITE DE VITESSES Les deux modules précédents ont fait apparaître l’importance de l’effort à vaincre pour assurer le départ du véhicule et accroître sa vitesse. La boîte de vitesses doit donner la possibilité au véhicule de rouler à des allures différentes. Le moteur devant garder sa fréquence de rotation. Identifier les éléments de la boîte de vitesses ci-dessous : Butée d’embrayage Cannelures Fourchette Pignon d’attaque Arbre primaire Différentiel Arbre secondaire Couronne La boîte de vitesse a pour fonction de : 1- Permettre de choisir différents rapports de démultiplication afin de multiplier le couple moteur 2- Obtenir la marche arrière 3- Séparer le moteur de la transmission (point mort) LES ENGRENAGES 1.1 Principe Pignon menant Comment en partant de la puissance du moteur dans ses limites, peut-on obtenir un effort plus grand aux roues motrices ? On utilise des engrenages qui démultiplient le mouvement et entrée sortie multiplient l’effort moteur. M. Assane NDIAYE Formateur en MVM Pignon mené 1 LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.2 Transformation du couple P1 Soit : - menant Couple un pignon menant (P1) de 30 dents et un < 0,1 > diamètre de 0,10 m - un pignon mené (P2) de120 dents et un diamètre de 0,40 m - Une force F est appliquée sur le pignon (M). < 0,4 > Calculons le couple d’entrée du mouvement : C = F x L = F x 0,1/2 = 0,05 F Couple Couple Force P2 Longueur = : 2 Couple Calculons le couple de sortie du mouvement : Rapport du Couple C = F x L = F x 0,4/2 = 0,2 F couple mené Couple D Z Rc 2 2 D1 Z1 Nbre de dents Le couple de sortie est multiplié par quatre, soit le rapport entre les deux pignons P1 et P2. Le rapport entre les deux couples est 4. Soit 120/30 où 0,40/0,10 1.3 Transformation de la vitesse Les vitesses circonférentielles (Vc) de P1 et P2 sont identiques. D’où Vc1=Vc2 Vc1=Vc2 x D1 x N1 = x D2 x N2 D1 x N1=D2 x N2 D N 1 2 D N 2 1 Soit le diamètre primitif = module x Z Z D 2 1 1 N D Z 1 2 2 N Donc : La vitesse de sortie est donc démultipliée par quatre, soit le rapport entre les deux pignons P1 et P2. Le rapport entre les deux vitesses est 0,25. Soit 30/120 où 0,10/0,40 2 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.4 Rapport de couple Le rapport de couple d’un train d’engrenage est : C D Z s 2 2 produit des nombres de dents des pignons menés C D Z produit des nombres de dents des pignons menants 1 1 e 1.5 Rapport de démultiplication Le rapport de démultiplication d’un train d’engrenage est : w D Z s 1 1 1n x produit des nombres de dents des pignons menants w D Z produit des nombres de dents des pignons menés e 2 2 « n » est le nombre de contacts extérieurs 1.6 Sens de rotation 1.6.1 Deux pignons 1 contact extérieur Le sens de rotation est inversé entre le premier et le dernier. Donc si le nombre est pair, le sens est inversé. La raison est négative (-1)1=-1 1.6.2 Trois pignons Le sens de rotation est le même entre le premier et le dernier. Donc si le nombre est impair, le sens est le même. 2 contacts extérieurs La raison est positive (-1)2=1 3 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE LA BOITE DE VITESSE ELEMENTAIRE 1.7 Conception En utilisant plusieurs séries de pignons démultiplicateurs, on peut obtenir plusieurs valeurs de démultiplications. Ces valeurs déterminent le nombre de rapports ou de vitesses dont peut disposer le véhicule. Les calculs seront limités à 3 rapports avant et une marche arrière. LA BOITE DE VITESSE La boîte de vitesse élémentaire a mis en évidence le principe de la démultiplication. Elle présente les défauts suivants : - Les arbres sont de grande longueur et de gros diamètre, donc encombrant - Chocs importants sur les dentures des pignons lors des changements de rapports Les boîtes de vitesses utilisées sur les véhicules reprennent le principe de démultiplication de la boîte de vitesse élémentaire. Cependant, leur conception est très différente. 4 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.8 Constitution Fourchette d’embrayage Volant moteur Mécanisme d´embrayag e Arbre primaire Arbre secondaire Butée d’embrayage Pignon d’attaque Couronne 5 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.9 Les pignons 1.9.1 Deux types de pignons Les pignons à taille hélicoïdale permettent de diminuer le bruit contrairement aux pignons à denture droite. Sur le pignon à taille droite : Sur le pignon à taille hélicoïdale : - Une seule dent est en prise - - L’effort moteur passe brusquement d’une alors que la précédente est encore en dent à l’autre contact L’engagement d’une dent se produit 6 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.9.2 Conséquence de la taille hélicoïdale : La force d’entraînement Fe appliquée sur une dent oblique se décompose en deux forces : - Une force radiale Fr qui est la force motrice - Une force axiale Fa qui provoque une surcharge des paliers Pour supporter cet effort, les boîtes sont équipées de roulement à rouleaux coniques 7 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.10 La synchronisation 1.10.1 Le synchroniseur simple 1.10.1.1 Fonction Pour que le passage des vitesses soit aisé et se fasse sans heurt, les boîtes de vitesses sont équipées sur tous les rapports avant de synchroniseurs. Le dispositif a pour rôle d’amener le pignon et le baladeur à la même vitesse de rotation avant le crabotage. 1.10.1.2 Constitution Pignon Dents de crabotage Cône male de synchronisation Cône femelle de synchronisation Fourchette de commande Anneau baladeur Ressort Moyeu (monté sur cannelure Arbre secondaire 1.10.1.3 Le point mort (ou position de repos) En position repos, le pignon est fou sur l’arbre, l’anneau baladeur et le baladeur sont solidaires et tournent à la vitesse de l’arbre. 8 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.10.1.4 Synchronisation Le levier de sélection déplace l’anneau baladeur. Celui-ci entraîne grâce à la pression des billes le moyeu. Le cône femelle du moyeu entre en contact avec le cône male du pignon. Ceci à pour effet d’amener progressivement le pignon à la même vitesse que le moyeu. 1.10.1.5 Verrouillage Le pignon et le baladeur tournent à la même vitesse. Le conducteur, en exerçant un effort plus important sur le levier de sélection, dégage les billes. Le baladeur s’engage alors dans les crabots du pignon fou. Remarque : Sur ce synchroniseur, pendant la phase de synchronisation, le cône de friction subit un couple important dû à l’effort de ralentissement ou d’accélération du pignon fou. 9 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.10.2 Le synchroniseur Borg Warner Sur les synchroniseurs actuels, le couple résistant est utilisé pour empêcher le crabotage tant que la synchronisation n’est pas réalisée. 1.10.2.1 Constitution Pignon Baladeur Clavette Ressort L’anneau de synchronisateur Moyeu Le pignon : Fou sur l'arbre, il porte le cône mâle de friction et une denture de crabotage. L’anneau de synchro : il constitue le cône femelle de friction et l'élément effectuant l'interdiction pendant la synchronisation. Il possède 3 encoches à 120° pour recevoir les 3 clavettes. Le baladeur : C'est l'élément d'accouplement qui rend solidaire le pignon fou avec l'arbre par l'intermédiaire du moyeu. Le moyeu : Il est totalement lié à l'arbre. Il permet le coulissement du baladeur et assure le maintien de 3 clavettes disposées à 120° et de leurs 2 ressorts circulaires. Les clavettes et les ressorts : Cet ensemble assure le déplacement souple de l'anneau de synchro quand le baladeur est mis en action. 10 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.10.2.2 Synchronisation Le baladeur est déplacé vers le pignon à craboter. Il entraîne avec lui les clavettes qui sont maintenues en pression par les deux ressorts. L’extrémité des clavettes pousse alors l'anneau de synchronisation vers le cône mâle du pignon fou, jusqu'au contact des deux cônes. Pignon Baladeur Ressort Clavette L’anneau de synchronisation Moyeu Si les vitesses du baladeur et du pignon fou sont différentes, l'anneau de synchronisation subit une friction pour amener progressivement le pignon à la même vitesse de rotation que celle du baladeur. Cette friction a pour conséquence la création d'un couple sur l'anneau de synchronisation et les encoches de l'anneau sont fortement en appui contre une des faces latérales des clavettes. 1.10.2.3 Verrouillage L'ensemble moyeu-baladeur et le pignon fou tournent à la même vitesse. Le couple sur l'anneau de synchronisation disparaît. La denture du baladeur peut passer celle de l'anneau et se craboter avec celle du pignon fou. 11 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.11 La commande des vitesses 1.11.1 La commande des baladeurs Chaque baladeur possède une gorge extérieure. Dans Levier de vitesse cette gorge prend place une fourchette ou un doigt solidaire d'un axe (coulisseau) parallèle aux arbres. Coulisseau La translation de cet axe entraîne le déplacement du baladeur. Pour sélectionner une vitesse le conducteur actionne le levier de vitesse qui déplace les coulisseaux par l'intermédiaire de leviers, renvois, barres, biellettes axe et doigt de sélection. Fourchette 1.11.2 Les verrouillages 1.11.2.1 Le verrouillage de sécurité Il est évident qu'un seul baladeur doit se déplacer à chaque manœuvre, que ce soit pour revenir à la position point mort ou pour engager une vitesse. Sinon les pignons se bloqueraient. Un dispositif de sécurité contrôle le passage d'une seule vitesse. Ce peut être une grille de sélection, ou un verrouillage entre les coulisseaux réalisés par un bonhomme ou un disque. 12 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE 1.11.2.2 Le verrouillage de position II maintient à son emplacement chaque baladeur, c'est à dire au point mort ou pour chaque position d'engrènement. 1.11.3 La commande externe Ex : boîte transversale 13 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE LUBRIFICATION : 14 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM LA BOITE DE VITESSE MANUELLE QUESTIONNAIRE Après avoir étudié les chapitres 1.3, 1.4 du tome 2 et ce cours, il est important de pouvoir répondre à ce questionnaire sans l’aide de votre livre et de vos documents. 1- Pourquoi est-il nécessaire d’avoir une boîte de vitesses sur un véhicule ? 2- Sur quel principe fonctionne t-elle ? 3- Quelles sont les différentes fonctions que doit remplir une boîte de vitesses ? 4- Quelles sont les principales formes de BV ? 5- Pourquoi utilise t-on des engrenages à dentures hélicoïdales ? 6- Qu’appelle t-on la raison d’un train d’engrenage ? 7- Comment calcule t-on un rapport de couple ? 8- Quel est son utilité ? 9- Quelle est la différence entre raison, rapport de couple et rapport de démultiplication ? 10- Quels sont les principaux éléments constituant une boîte de vitesses ? 11- Comment est réalisé le passage des vitesses en douceur ? 12- Quelle est la principale différence entre un synchroniseur absolu et non absolu ? 13- Pour quelles raisons, dans un véhicule les vitesses craquent ? 14- Comment les vitesses sont-elles sélectionnées ? 15- Quelles sont les conséquences sur le fonctionnement de la BV s’il existe un jeu dans la commande extérieure de la BV ? 16- Pour quelles raisons, dans un véhicule les vitesses sautent ? 17- Comment est réalisée la lubrification d’une BV ? 18- Peut-on mettre n’importe quelle huile dans une BV ? 19- Que se passe t-il si le niveau d’huile est très supérieur au niveau maximum ? 20- Pourquoi existe t-il une mise à l’air libre de la BV ? 21- Quelles sont les conséquences sur le fonctionnement de la BV si celle-ci n’a plus d’huile ? 15 M. Assane NDIAYE Formateur en MVM
