Thèmes:
- Informations générales
- Réduction simple et double
- Réducteur en direction longitudinale ou transversale
- Rouages et engrenages
- Fonctionnement de la boîte de vitesses
- Dispositif de synchronisation
- Démonter la boîte de vitesses
- Maillage constant
- Maille coulissante
- Rapports de démultiplication
Informations générales:
Le rôle d’une boîte de vitesses est d’adapter le régime moteur et donc le couple et la puissance moteur disponibles aux différentes conditions de conduite. Cela peut se produire lors d'une accélération ou d'une décélération, du transport d'une charge lourde, de la conduite sur des pentes et des changements de résistance de l'air et de roulement qui peuvent survenir pendant la conduite. Passer à un rapport plus favorable dans ces différentes circonstances entraînera dans la plupart des cas une meilleure consommation de carburant et plus de couple et de puissance.
Dans un rapport bas (par exemple en deuxième), le couple moteur est plus important que dans un rapport supérieur (par exemple en quatrième). En effet, le vilebrequin du moteur fait plus de tours en deuxième vitesse et tourne beaucoup plus vite lors de l'accélération qu'avec un rapport supérieur. Il est donc plus sage de ne pas rouler sur un rapport trop élevé lorsque l'on roule avec une charge lourde, comme une caravane. Certainement pas en montagne.
Le.se situe entre le moteur et la boite de vitesse lien qui est équipé d'un disque d'embrayage, d'un groupe de pression et d'une butée de débrayage. En appuyant sur la pédale d'embrayage, le plateau de pression est actionné via un câble. Avec un embrayage hydraulique, un fluide est déplacé d'un cylindre à l'autre au moyen de deux cylindres d'embrayage.
Vous trouverez ci-dessous un schéma fonctionnel illustrant la façon dont la transmission du moteur aux roues est réalisée avec les roues avant, arrière et quatre roues motrices. Pour plus d'informations à ce sujet, consultez la page formulaires de lecteur.
Réduction simple et double :
Les boîtes de vitesses manuelles sont divisées en deux groupes, à savoir simple et double réduction. La réduction est un autre mot pour la transmission. Cela signifie donc en fait une transmission « simple et double ». Ce que cela signifie est indiqué ci-dessous.
Réduction unique
Les engrenages des arbres d'entrée et de sortie sont directement reliés les uns aux autres.
A : Arbre d'entrée (arbre d'entraînement, du moteur)
B : Arbre de sortie (arbre principal)
Double réduction
La première vitesse est engagée ; les forces motrices en première vitesse vont de A à B et de C à D.
Une force est exercée sur l'engrenage A via l'arbre d'entrée. Ce rapport est en relation directe avec les rapports B, D et E. Le premier rapport étant engagé, le synchroniseur a couplé l'arbre de sortie au rapport D (voir flèches bleues). A partir du rapport B, les forces motrices quittent la boîte de vitesses via l'arbre de sortie. L'arbre de sortie entraîne le différentiel, qui peut être situé dans la boîte de vitesses (dans les voitures à traction avant) ou le différentiel peut être monté à un autre endroit, comme dans une voiture à propulsion arrière. Plus d’informations à ce sujet sont expliquées plus loin sur cette page.
A : Engrenage de l'arbre d'entrée (arbre d'entraînement, du moteur)
B, C & E : Engrenages d'arbre secondaire
D & F : Engrenages d’arbre de sortie (arbre principal)
La deuxième vitesse est engagée. Le dispositif de synchronisation est déconnecté du rapport D et couplé au rapport F (voir les flèches bleues). A ce moment, le pignon D tourne, mais n'est pas couplé à l'arbre de sortie. L'engrenage F l'est, donc les forces motrices vont désormais de A à B et de E à F.
Étant donné que les engrenages C et E ont des dimensions différentes, les rapports de démultiplication ont changé. Cela signifie que le régime moteur a chuté après l'accouplement à la même vitesse du véhicule.
Réducteur en direction longitudinale ou transversale :
La figure montre un schéma d'une voiture à propulsion arrière. Le bloc moteur est placé longitudinalement (dans le sens de la longueur) et la boîte de vitesses est équipée d'une double réduction. Le rapport final (différentiel) est situé sur l'essieu arrière et entraîne les roues arrière. C’est le type de motorisation que BMW, entre autres, utilise beaucoup.
Cette image montre un schéma d'une voiture à traction avant. Le bloc moteur est placé transversalement (dans le sens de la largeur) et la boîte de vitesses est équipée d'un seul réducteur.
Les forces motrices pénètrent dans l'arbre d'entrée (l'arbre d'entraînement) et sont transmises à l'arbre de sortie via les engrenages engagés. Le différentiel est intégré au carter de boîte de vitesses. Ce type de transmission est utilisé, entre autres, dans une Volkswagen Golf et une Ford Focus (et bien sûr dans de nombreuses autres marques !)
La figure montre un schéma d'une voiture à traction avant. Le bloc moteur et la boîte de vitesses sont placés dans le sens de la longueur. Le bloc moteur est situé devant l’essieu avant et la boîte de vitesses derrière l’essieu arrière. Le différentiel est monté sur les arbres de transmission. Ce système est utilisé, entre autres, sur les anciennes VW Passat, Skoda Superb et Audi A4. Les modèles les plus récents disposent désormais d'un bloc moteur transversal (c'est à dire la situation ci-dessous).
Engrenages et engrenages :
Différents rapports de démultiplication peuvent être obtenus avec différentes tailles d'engrenage. Nous appelons ces rapports de transmission des engrenages. Par exemple, lorsqu'un grand engrenage est entraîné par un petit engrenage, le petit engrenage peut faire 3 tours, alors que le grand engrenage ne fait qu'un tour. Le rapport de transmission est alors de 1:1. Le retard et l’augmentation de puissance sont alors 3 fois plus importants. Lorsque le petit engrenage aura 3 dents, le grand engrenage aura 20 dents.
Ci-dessous vous pouvez voir les différentes vitesses qui peuvent être changées. Vous pouvez voir qu'à chaque vitesse, la vitesse droite de l'arbre supérieur (l'arbre primaire) devient de plus en plus petite dans les vitesses 2 et 3. L'engrenage sur le côté droit de l'arbre secondaire s'agrandit. Cela continue d'augmenter le rapport de démultiplication, ce qui est l'objectif ultime pour passer à un autre rapport.
Première vitesse:
La force motrice entre dans l'arbre d'entraînement à gauche au niveau de la flèche. La force motrice est transmise directement au pignon de l'arbre secondaire. L'axe secondaire est l'axe du bas. Le plus petit engrenage de l'arbre secondaire est couplé à l'avant-dernier engrenage de l'arbre de sortie. L'arbre de sortie tourne beaucoup plus lentement que l'arbre d'entrée en raison des dimensions des engrenages. C'est ce qui a causé le plus gros retard. Le premier rapport présente la plus grande décélération, de sorte que vous pouvez accélérer à partir de l'arrêt avec une augmentation importante du couple.
Deuxième vitesse:
Les vitesses de gauche restent engagées. La force motrice passe par le troisième pignon de l'arbre secondaire jusqu'au troisième pignon de l'arbre de sortie. L'arbre de sortie tourne toujours plus lentement que l'arbre d'entrée. Il y a donc encore du retard. La décélération est désormais plus faible qu'avec le premier rapport, de sorte qu'à régime moteur identique, une vitesse du véhicule plus élevée peut être atteinte qu'avec le premier rapport.
Troisième vitesse :
La force motrice passe par le deuxième engrenage de l'arbre secondaire et le deuxième engrenage de l'arbre de sortie. L'arbre de sortie tourne toujours plus lentement que l'arbre d'entrée. La décélération est désormais à nouveau plus faible qu'avec le deuxième rapport, de sorte qu'une vitesse du véhicule plus élevée peut désormais être atteinte au même régime moteur qu'avec le deuxième rapport.
Quatrième vitesse :
C’est ce qu’on appelle le prix direct. La force motrice va de l’arbre d’entrée directement à l’arbre de sortie. Le couple moteur est donc transmis 1 pour 1 aux roues. En effet, la boîte de vitesses ne fonctionne pas pour le moment.
Avec une boîte de vitesses à cinq rapports, le quatrième rapport est toujours à prise directe. Cependant, avec une boîte de vitesses à 6 rapports, le cinquième rapport est à prise directe.
Cinquième vitesse :
En cinquième vitesse, les deux pignons arrière sont reliés entre eux. Le plus grand engrenage de l'arbre secondaire est couplé au plus petit engrenage de l'arbre de sortie. C'est ce qu'on appelle « l'overdrive ». L'arbre de sortie tourne désormais plus vite que l'arbre d'entrée.
Les rapports 1, 2 et 3 sont des décélérations ; l'arbre d'entrée tourne plus vite que l'arbre de sortie. En quatrième vitesse, l'arbre d'entrée tourne aussi vite que l'arbre de sortie (prise-direct). Ce 5ème rapport est donc une véritable accélération, car dans ce rapport l'arbre de sortie est le seul de tous les engrenages qui tourne plus vite que l'arbre d'entrée. Lors de la conduite sur autoroute, le régime moteur diminue. Lorsqu’il faut accélérer, il faut souvent repasser à un rapport inférieur.
Achteruit :
Lors de la sélection de la marche arrière, un engrenage supplémentaire est placé entre les engrenages des arbres secondaire et de sortie. Normalement, lorsque l'engrenage inférieur tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, l'engrenage supérieur monté contre lui tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Si vous placez un autre engrenage à côté de l'engrenage qui tourne à droite, il tournera à nouveau dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Cela se fait d'ailleurs également au niveau de la boîte de vitesses. L'arbre d'entrée conduit simplement de manière normale, et l'engrenage supplémentaire fera tourner l'arbre de sortie dans la direction opposée.
Conclusion:
Il a été expliqué ci-dessus qu'en couplant des engrenages de différentes tailles, un rapport de transmission différent (c'est-à-dire une accélération) est créé et le fonctionnement de la transmission est alors différent. Vous trouverez ci-dessous une explication du fonctionnement de l'engagement et du désengagement des vitesses lorsque le levier est actionné.
Fonctionnement de la boîte de vitesses :
Lorsque le levier de vitesses est déplacé vers l'intérieur, les câbles ou tiges (selon le type de boîte de vitesses/mécanisme) qui vont à la boîte de vitesses sont déplacés.
Dans l'image ci-dessous, vous pouvez voir que la tige de la balladeura peut se déplacer d'avant en arrière. Cet espace est indiqué en rose. L'essieu balladeur commande la fourchette de changement de vitesse. La fourchette de changement de vitesse presse l'anneau de synchronisation contre le pignon à l'aide de la bague de changement de vitesse. Lors du passage à la vitesse suivante, l'arbre du balladeur recule, plaçant la fourchette de changement de vitesse en position neutre. Door een andere versnelling in te schakelen, wordt de zelfde schakelvork door de balladeuras de andere kant op bewogen om de andere versnelling in te schakelen (bijv. van de derde naar de vierde versnelling) of er wordt een andere balladeuras gebruikt om de andere schakelvorken te servir.
Il y a plusieurs arbres balladeurs dans la boîte de vitesses. Chaque axe balladeura peut engager ou désengager deux vitesses. La commande des différents essieux balladeurs se fait en déplaçant le levier de vitesses vers la gauche et la droite. L'image ci-dessous montre le motif H des engrenages.
Lorsque le conducteur souhaite engager la première vitesse, il déplace d'abord le levier de vitesses du centre (N pour « neutre ») vers la gauche. L'arbre de changement de vitesse engagera les dents de l'arbre balladeur des premier et deuxième rapports.
En déplaçant le levier vers le haut (en première vitesse), l'axe du balladeur est déplacé vers l'arrière (en haut à droite sur l'image). La fourchette de changement de vitesse relie le pignon de première vitesse à l'essieu.
Pour passer en deuxième vitesse, il faudra descendre le levier (au point mort). La fourchette de changement de vitesse rompt la connexion entre l'essieu et l'engrenage. En abaissant le levier, la même fourchette de changement de vitesse reliera l'autre vitesse à l'essieu ; la deuxième vitesse est maintenant engagée. Cet axe balladeura déplace donc la fourchette de changement de vitesse entre la première et la deuxième vitesse.
Pour passer en troisième vitesse, le pignon de deuxième vitesse doit d'abord être débrayé de l'essieu. Pour ce faire, le levier doit d'abord être à nouveau déplacé vers le haut (jusqu'à la position neutre). Le levier doit ensuite être déplacé vers le centre du motif H. En déplaçant le levier de gauche à centre, l'axe balladeura de troisième et quatrième vitesse est enclenché. En poussant le levier vers l'avant et vers l'arrière, les fourchettes de changement de vitesse de troisième et quatrième vitesses seront déplacées vers l'avant ou vers l'arrière pour engager ces vitesses.
Lors du passage à la cinquième vitesse, le levier est poussé complètement vers la droite. L'essieu balladeura de cinquième vitesse et de marche arrière est connecté. Pour sélectionner la cinquième vitesse, l'essieu balladeur est poussé vers l'avant pour permettre à la fourchette de changement de vitesse de relier le pignon à l'essieu.
L'image montre un mécanisme de commutation. Ce mécanisme actionné par câble est utilisé dans une voiture à bloc moteur transversal. Étant donné que les leviers 1 et 2 sont déplacés par le mouvement de poussée ou de traction des câbles, les fourchettes de changement de vitesse sont déplacées à travers ce qu'on appelle une tour de changement de vitesse.
Dispositif de synchronisation :
Si aucun dispositif de synchronisation n'est utilisé, les engrenages ne s'engreneront pas ou grinceront à cause de la différence de vitesse. Des anneaux Synchromesh sont utilisés pour assurer un accouplement en douceur des engrenages. Les anneaux de synchronisation garantissent que les vitesses de l'arbre et de l'engrenage sont les mêmes lors de la mise en marche. Tous les rapports (1 à 5 ou 6) sont synchronisés, souvent sauf la marche arrière. Vous le remarquerez également car la vitesse grince parfois lorsque vous enclenchez la marche arrière. Parfois les marches arrière sont synchronisées.
Les engrenages non engagés tournent librement autour de l'arbre de sortie. Engager un engrenage signifie donc accoupler un engrenage en rotation libre à l'arbre de sortie. Lorsqu'un rapport est engagé, la vitesse de l'arbre de sortie doit correspondre à la vitesse du rapport à engager. L'anneau de synchronisation est relié à l'arbre de sortie au moyen de rainures de clavette et tourne donc à la même vitesse que cet arbre de sortie. Le rapport à engager a une vitesse différente de celle de l'arbre de sortie, donc également une vitesse différente de celle de la synchronisation. Parce que la fourchette de changement de vitesse se déplace, elle entraîne le synchronisme avec elle et la partie conique de l'anneau de synchronisation sera plaquée contre la surface conique interne de l'engrenage. Les parties coniques des deux parties sont pressées l'une contre l'autre, égalisant ainsi le frottement entre les surfaces coniques. Lorsqu'il n'y a plus de différence de vitesse entre les deux vitesses, le manchon de changement de vitesse peut être poussé de manière à ce que les dents glissent l'une dans l'autre et que la vitesse soit ainsi engagée sans grincer. Le synchroniseur fonctionne non seulement lors de l'engagement des vitesses, mais également lors du changement de vitesse et du rétrogradage.
Il est très mauvais que les anneaux de synchronisation changent de vitesse très rapidement, donc d'appuyer très fort sur le levier pour passer une vitesse. Le synchroniseur n'aura alors pas le temps de se synchroniser. Il est donc préférable d'appuyer doucement sur le levier contre la résistance lors du changement de vitesse et d'appuyer uniquement jusqu'à ce qu'il passe presque automatiquement la vitesse.
Un anneau de synchronisation est une pièce d'usure. Des frictions se produisent lors du changement de vitesse, de sorte que la pièce s'usera avec le temps. Avec une utilisation normale, l'anneau de synchronisation peut durer toute la vie d'une voiture, mais en cas d'utilisation inappropriée ou de changement de vitesse sportif, les anneaux de synchronisation s'useront prématurément. La distance (3) entre l'anneau de synchronisation et l'engrenage dans l'image ci-dessous deviendra plus petite. En effet, l'anneau de synchronisation s'use sur l'interface où il touche le pignon. Cette partie est indiquée par la distance 1.
Une fois la boîte de vitesses démontée, l'usure des anneaux de synchronisation peut être vérifiée. La distance entre l'anneau de synchronisation et le pignon peut être mesurée avec une jauge d'épaisseur. Le rapport ne doit pas être engagé. Lorsqu'un anneau de synchronisation s'use, la distance entre l'anneau de synchronisation et l'engrenage devient plus petite.
Le constructeur de la voiture ou de la boîte de vitesses décrit dans la documentation de l'atelier quelle est la limite d'usure de l'anneau de synchronisation. Si la valeur mesurée est inférieure à la valeur d'usure maximale indiquée dans la documentation de l'atelier, elle doit être remplacée.
Démontage de la boîte de vitesses :
Cette section décrit comment démonter une boîte de vitesses. Cela peut donner une bonne idée de ce à quoi ressemble réellement l’intérieur de la boîte de vitesses et de la manière dont les pièces de la boîte de vitesses peuvent être remplacées. Il s'agit d'une boîte de vitesses de voiture à propulsion où le moteur est placé longitudinalement.
Un certain nombre de boulons peuvent être retirés à l'arrière de la boîte de vitesses illustrée. L'arrière peut alors être retiré. Bien entendu, l'huile de la boîte de vitesses doit d'abord être vidangée avant de démonter des pièces.
L'intérieur avec les essieux et les engrenages est fixé à l'arrière. L'intérieur complet sort du carter de boîte de vitesses lors du démontage.
Le roulement de l'arbre secondaire est visible à l'intérieur (sur le côté droit du trou par lequel passe l'arbre primaire une fois monté).
Cinq trous sont visibles sur le côté gauche du trou de l’arbre d’entraînement. Ces cinq trous contiennent les quatre extrémités des axes du balladeur.
L'image montre l'arbre de transmission, les engrenages et les arbres balladeurs avec les fourchettes de changement de vitesse. Lors du changement de vitesse, l'arbre du balladeur concerné tourne et se déplace, de sorte que la fourchette de changement de vitesse actionne l'anneau de synchronisation du pignon pour engager le rapport.
Une fois les goupilles ou les vis serrées qui relient les fourchettes de changement de vitesse aux axes du balladeur retirées, les axes du balladeur peuvent être retirés. Cela provoque le desserrage des fourchettes de changement de vitesse. Les fourchettes de changement de vitesse peuvent être retirées des essieux.
L'image ci-dessous montre à quoi ressemblent les engrenages. Si des engrenages ou des anneaux de synchronisation doivent être remplacés, les arbres doivent être retirés de l'autre côté du carter de boîte de vitesses. Les engrenages et le synchroniseur doivent être repoussés des arbres. Les nouvelles pièces doivent ensuite être repoussées sur l'essieu.
Pour vérifier si les anneaux de synchronisation sont toujours en ordre, il faut mesurer la distance entre le pignon et l'anneau de synchronisation. Si la distance est supérieure à la valeur maximale indiquée par le constructeur, l'anneau de synchronisation est usé. L'anneau de synchronisation devra être remplacé. La manière dont la mesure doit être effectuée est décrite dans la section « dispositif de synchronisation » sur cette page.
Maillage constant :
Avec une boîte de vitesses à maille constante, les engrenages sont « constamment » engrenés. Les engrenages sont montés sur l'arbre de sortie et sont reliés les uns aux autres à l'aide de manchons de changement de vitesse et d'accouplements à crabots. L'explication ci-dessus concerne toujours la boîte de vitesses à maille constante.
Dans l'image ci-dessous, le manchon de changement de vitesse droit se déplace vers la droite pour engager la première vitesse et vers la gauche pour engager la deuxième vitesse.
Maille coulissante :
Ce sont des mots anglais pour « sliding » et « verrouillage ». Avec ce type de transmission, les vitesses sont changées pour sélectionner un rapport spécifique. Ceci est encore utilisé aujourd'hui dans les marches arrière, mais plus jamais dans les boîtes de vitesses modernes, nous n'entrerons donc pas trop loin dans ce sujet. Les dents sont droites avec un biseau aux extrémités. Avec ce type de boîte de vitesse vous entendrez toujours des grincements au moment de passer les vitesses car elle n'est bien sûr pas synchronisée.
Rapports de démultiplication :
Les rapports de démultiplication dans la boîte de vitesses doivent être calculés et construits avec précision. L'image ci-dessous montre la vitesse du véhicule sur l'axe X et la force exercée sur les roues sur l'axe Y. On constate que la 1ère vitesse exerce beaucoup de force sur les roues, mais s'arrête à faible vitesse du véhicule. Chaque rapport suivant exerce moins de force sur les roues et une plage de vitesse plus élevée.
Cliquez ici pour accéder à la page Rapports de démultiplication, où tous les rapports de transmission sont calculés via la série géométrique et la série géométrique corrigée (série de Jante) avec le facteur K.
La vitesse maximale du véhicule peut alors également être calculée pour chaque transmission.
