Transmission Systems and Gearbox Mechanics

Position embrayée:

conducteur a sélectionné une vitesse, il désire à présent transmettre la Le conducteur a sélectionné une vitesse, il désire à présent transmettre la conducteur a sélectionné une vitesse, il désire à présent transmettre la

puissance du moteur au reste de la transmission pour faire évoluer le véhicule. puissance du moteur au reste de la transmission pour faire évoluer le véhicule. puissance du moteur au reste de la transmission pour faire évoluer le véhicule.

Le conducteur relâche progressivement la pédale d’embrayage, le câble, la Le conducteur relâche progressivement la pédale d’embrayage, le câble, la Le conducteur relâche progressivement la pédale d’embrayage, le câble, la

aphragme reviennent en position repos. La tension du fourchette, la butée et le diaphragme reviennent en position repos. La tension du fourchette, la butée et le di

diaphragme repousse le plateau presseur et le disque sur le volant moteur. diaphragme repousse le plateau presseur et le disque sur le volant moteur. diaphragme repousse le plateau presseur et le disque sur le volant moteur.

Le frottement du disque se caractérise d’abord par un glissement, puis une Le frottement du disque se caractérise d’abord par un glissement, puis une Le frottement du disque se caractérise d’abord par un glissement, puis une

eur. La puissance moteur adhérence complète avec le volant et le plateau presseur. La puissance moteur adhérence complète avec le volant et le plateau press

est transmise au reste de la transmission. est transmise au reste de la transmission.

7

Fig.7.2. Position embrayée

IV.

Système d'amélioration de la transmission de la puissance Système d'amélioration de la transmission de la puissance Système d'amélioration de la transmission de la puissance

la transmission de la Deux dispositifs sur le disque d’embrayage améliorent la transmission de la Deux dispositifs sur le disque d’embrayage

puissance:

Un système amortisseur

amortisseur, réalisé par des ressorts disposés dans le moyeu limite , réalisé par des ressorts disposés dans le moyeu limite

et régularise les pointes d’intensité du couple de torsion que subit la et régularise les pointes d’intensité du couple de torsion que subit la et régularise les pointes d’intensité du couple de torsion que subit la

transmission sous les vibrations cycliques du couple moteur. Il atténue les transmission sous les vibrations cycliques du couple moteur. Il atténue les transmission sous les vibrations cycliques du couple moteur. Il atténue les

vibrations et diminue la fatigue et l’usure des pièces. vibrations et diminue la fatigue et l’us

Un système de progressivité, réalisé par ondulation du voile du disque permet Un système de progressivité , réalisé par ondulation du voile du disque permet

d’offrir une course importante à la pédale pour une variation limitée de la force d’offrir une course importante à la pédale pour une variation limitée de la force d’offrir une course importante à la pédale pour une variation limitée de la force

pressante. Il facilite le contrôle du patinage par le conducteur. pressante. Il facilite le contrôle du patinage par le conducteur. pressante. Il facilite le contrôle du patinage par le conducteur.

8

Chapitre III

I. Définition :

La boite de vitesse

Une boite de vitesse est un élément est élément mécanique proposant plusieurs rapports de

transmission entre un arbre moteur et arbre de sortie.

Son cas d’utilisation le plus fréquent est la transmission du couple d’un moteur thermique aux roues

motrices d’un véhicule.

Elle est aussi utilisée dans de multiples autres contextes tels que les machines-outils, machines

agricoles…

La boite de vitesse est l’élément qui adapte le couple moteur disponible, souvent contant ou

peu négociable, au couple souvent très variable et nécessaire au fonctionnement d’un dispositif

mécanique : mise en mouvement, entretien du mouvement, transformation de puissance. Pour un

véhicule, il s’agit de la résistance inertielle au démarrage ou celle à l’avancement varient suivant les

conditions de roulage (plat, montées, descente, virages..).

II. Fonction d’une boite de vitesse :

La fonction d’une boite de vitesses est de réduire (démultiplier) et de multiplier les efforts

du moteur avant leur transmission aux roues via un certain nombre de rapports avant et une marche

arrière. Ainsi le rapport de démultiplication correspond-il à la différence de vitesse de rotation à

l’entrée de la boite (coté moteur) et la sortie (coté roues). Ces rapports sont engendrés par des

engrenages.

III. Nécessité d’une boite de vitesse :

Pour adapter la vitesse de rotation et le couple (effort tournant) d’un moteur à un récepteur,

on interpose un réducteur ou un multiplicateur à un seul rapport.

Or, un rapport ne suffit pas lorsque l’on doit faire face à des conditions de travail variées. Exemple,

pour une voiture, à l’arrêt ou en côte, nous avons besoins d’un couple important et d’une vitesse

plus faible au niveau des roues.

En revanche sur le plat lorsque la voiture est élancée, nous avons besoin de plus de vitesse et

d’un couple plus faible (puisqu’il y a moins de résistance) au niveau des roues.

Ainsi, on voit bien que le véhicule n’a pas toujours la même demande alors que le régime de

rotation de son moteur doit rester le plus prés possible de son point de rendement le plus favorable

(entre 2000 et 6000 tr/min) point qui se déplace en fonction de la puissance requis.

9

En pratique, on se contente de compromis car on peut multiplier à l’infini le nombre de rapport

d’une transmission à engrenages. Une boite de vitesse moderne d’automobile aura donc 5 ou 6

rapports.

IV.

Description d’une boite de vitesse :

a. Principe :

Les différents engrenages (pignons+arbre) des différents rapports de vitesses sont toujours

en prise

Les pignons et roues situées sur l’arbre primaire (arbre qui sera lié à l’arbre moteur) sont solidaires

de ce dernier dons ils tournent tous à la même vitesse.

Les pignons et roues situées sur l’arbre récepteur sont en liaison pivot sur ce dernier donc ils

tournent tous à des vitesses différent autour de cet arbre, cette liaison pivot est réaliser par :







Soit un contact direct métal

Soit coussinet

Soit une cage à aiguilles

Ces pignons et roues son appelés pignons « fous » et « folles »

b. Classification des boites de vitesses :

Pour les véhicules à moteur thermique, on pourra distinguer les boites suivant trois fonctions

techniques indépendantes :









La technologie des réducteurs : par engrenages classique, train épicycloïdal, courroie.

Le système de commande : manuelle, semi-automatique, automatique, séquentielle…

La synchronisation : autorisant le changement de rapport en marche ou à l’arrêt seulement

Enfin l’orientation qui n’a d’influence que sur la géométrie des liaisons avec l’arbre moteur

et le différentiel. L’architecture est différente suivant que le moteur est implanté transversalement

(axe de rotation du vilebrequin parallèle à l’axe de rotation des roues) ou longitudinalement (axes

orthogonaux) et, que le couple est transmis aux roues avant, arrière, ou aux quatre roues.

À chaque combinaison correspond un modèle de boite de vitesses différent.

V. Composition d’une boite de vitesse :

La boite manuelle dite « à pignons toujours en prise » « à prise constante » est la plus

utilisée de nos jours ; elle se distingue sue ce point des boites de machines outils qui disposent

d’engrenages désaccouplés.

Ce type de boite est constitué généralement de deux arbres portant de pignons.

10

Fig. 8 : Extérieur de la boite de vitesse

11

Tableau 2 : Composant de l’extérieur de la boite de vitesse

1- Carter de boite de vitesse 2- Vis bouchon 3- Douille 4- Soupape de dépression d’air 5- Event d’acier 6- Couvercle de carter 7- Vis six pans 8- Rondelle élastique 9- Joint d’arbre

1- Goupille cylindrique 2- Couvercle de boite de vitesse 12- Vis bouchons 13- Joint d’arbre 14- Vis six pans 15- Vis six pans 16- Rondelle élastique 17- Joint d’arbre 18- Interrupteur de phare de recule

1. L’arbre d’entrée (ou primaire) :

Lié à l’arbre moteur via l’embrayage, porte les pignons fixes. Il y a autant de pignons que de

rapport de boite.

Fig.9 : L’arbre primaire

12

Tableau 3 : Les composants de l’arbre primaire

1- Arbre primaire 2- Bague de synchro 3- Bague de synchro de 3ème et 4ème 4- Ressort de pression 5- Bille 6- Coulisseau 7- Pignon de 3ème vitesse 8- Bague de synchro 9- Circlip 10- Rondelle entretoise 11- Rondelle de support 12- Roulement a bille 13- Cage a aiguille 14- Circlip

15- Cage a aiguille 16- Entretoise 17- Entretoise 18- Rondelle 19- Bille 20- Cage a aiguille 21- Cage a aiguille 22- Bague de sécurité 23- Pignon 2ème vitesse 24- Bague de synchro 25- Douille de guidage 1ère et 2ème vitesse 26- Pignon de 1ère vitesse 27- Bague de synchro

2. L’arbre de sortie (ou secondaire) :

Portant des pignons fous (engrenant respectivement avec un pignon de l’arbre d’entrée), les

systèmes de crabotage et le synchros.

Fig. 10 : L’arbre secondaire

13

Tableau 4 : Les composants de l’arbre secondaire

1- Arbre de sortie 2- Pignon de marche arrière 3- Bague de synchro 4- Douille de guidage de 5ème et M R 5- Ressort de pression 6- Bille 7- Coulisseau 8- Pignon 5ème vitesse 9- Bague de synchro 10- Cage a aiguille 11- Cage a aiguille 12- Bague de sécurité 13- Rondelle entretoise 14- Roulement a bille 15- Rondelle 16- Rondelle

3. Le troisième arbre :

17- Flasque de sortie 18- Ecrou a collet 19- Plaque de sécurité 20- Arbre intermédiaire 21- Rondelle entretoise 22- Bague de sécurité 23- Joint torique 24- Roulement a rouleaux 25- Douille a rouleau 26- Pignon double marche arrière (M R) 27- Circlip 28- Cage a aiguille 29- Axe pour pignon double 30- Rondelle élastique 31- Vis six pans

N’intervient que pour le marche arrière. Il contient un pignon pouvant coulisser et

s’intercaler entre un pignon de l’arbre d’entrée et un autre de l’arbre de sortie ; ainsi, on dispose

d’un engrenage de plus entre les deux arbres (soit deux inversions de sens de rotation au lieu d’une),

d’où la marche inversée. C’est le seul cas où l’engrenage n’est pas toujours en prise.

4. L’arbre intermédiaire :

L’arbre de sortie est lié au couple conique du différentiel, intégré au carter de la boite (pour

les véhicules traction) ou reporté sur le pont arrière (pour les véhicules propulsion).

Le changement de rapport se fait par manipulation de coulisseaux actionnant crabots et

synchroniseurs grâce aux fourchettes de commandes liées temporairement au levier de vitesses.

L’arbre intermédiaire portant des pignons fixes au dessus du l’arbre d’entrée et de sortie.

5. Système de synchronisation :

Les boites de vitesses manuelles sont des systèmes mécaniques assez simples.

Les interactions entre les éléments de base (carters, roulements, engrenages) sont généralement bien

maîtrisées autant en statique qu’en dynamique et les synchroniseurs de vitesse restent des éléments

spécialisés à cause de la diversité des fonctions à réaliser et des conditions imposées.

Souvent, la complexité de tels éléments impressionne le concepteur qui soit envisage, ce qui

est connu en espérant ne pas dépasser les limites du raisonnable, doit s’en remet à des super

spécialistes en espérant bien poser son problème.

14

Les synchroniseurs sont des éléments de liaison :

 Constitués de pièces imbriquées aves des géométries compliquées (cônes, cannelures,

crabots, …) et divers matériaux (acier, alliage, revêtement, huile)

 Soumis à des conditions de fonctionnement hautement variables sur des temps très courts

(inférieur à la seconde)

 Devant présenter des caractéristiques de fonctionnement reproductibles et qui s’inscrivent

dans la durée (la durée de vie de la boite de vitesse).

5.1. Pourquoi synchroniser :

Comme tous les engrenages sont constamment en prise, tous les pignons fous tournent à des

régimes différents de l’arbre récepteur.

Pour pouvoir solidariser un des pignons fous et son arbre, il faut synchroniser leurs régimes.

5.2. Rôle du synchroniseur :

Le rôle du synchroniseur est d’amener les pignons de la vitesse sélectionnée à engrener à des

vitesses de rotation identiques avant de réaliser le crabotage.

5.3. Constitution d’un synchroniseur :

Le synchroniseur est constitué généralement par :

 Le pignon

 L’anneau de synchroniseur

 Le baladeur

 Le moyeu

 Trois clavettes et deux ressorts

Fig. 11 : composants du synchroniseur

15

5.4. Fonctionnement du synchroniseur :

Les modes de travail du synchroniseur se devisent en trois parties :

 1er temps : débrayage, puis début de déplacement du levier de vitesse  2ème temps : phase d’interdiction  3ème temps : phase d’engagement

a. 1er temps :

En débrayant, l’arbre primaire se désolidarise de l’arbre moteur (l’arbre primaire tourne

donc par inertie).

Le levier de vitesse actionne des axes sur lesquels sont fixées des fourchettes dans lesquelles

tournent les baladeurs. Un seul baladeur commence à être déplacé.

Fig.12 : 1ère phase du synchroniseur

b. 2ème temps :

Pour pouvoir engager les dents d’un baladeur dans les dents latérales d’un pignon fou, il faut

synchroniser leur régime, et c’est là le rôle des anneaux de synchroniseurs, dites synchros, sortes

des petits embrayages conique montées de chaque coté des baladeurs.

En déplaçant le baladeur, celui-ci poussé sur l’anneau de synchro qui frotte sur la surface conique

du pignon fou.

 Synchroniseur débute

Fig. 13 : 2ème phase du synchroniseur

16

c. 3ème temps (phase d’engagement) :

Dés que les vitesses de rotation son égaux, c’est-à-dire : V pignon/baladeur = 0

L’engagement peut se faire, le baladeur vient coiffer le pignon à synchroniseur.

Ce système permet donc de transformer la liaison pivot entre le pignon fou et l’arbre secondaire en

une liaison encastrement.

Fig. 14 : 3ème phase du synchroniseur

d. Le cas de la marche arrière :

La marche arrière est un peu particulière car elle ne comporte pas de synchroniseur, sauf sur

les véhicules haut de gamme.

Les pignons des arbres primaire et secondaire ne sont pas en contact.

C’est un troisième arbre qui va venir s’intercaler et assurer la liaison de l’ensemble formé

alors de trois pignons.

Puisqu’il y a un pignon supplémentaire, 3 au lieu de 2, cela inverse le sens de rotation des

pignons.

Puisque nous devons intercaler un pignon, nous devons le faire à l’arrêt (d’où l’absence de

synchroniseur), et avec des pignons à denture droite.

17

6. Le dispositif de sélection des rapports :

Fig.15 : sélecteurs des rapports

Tableau 5 : composant des sélecteurs

1- Axe de fourchette 2- Rouleau 3- Goupille de serrage 4- Cheville d’arrêt 5- Ressort de pression 6- Bouchon 7- Tige de commande 1ère et 2ème vitesse 8- Barre de changement 3ème et 4ème vitesse 9- Tige de commande 5ème et M R 10- Goupille de serrage 11- Couvercle de fermeture 12- Couvercle de fermeture

13- Couvercle de fermeture

14- Boulon d’arrêt 15- Bille 16- Ressort de pression 17- Levier 18- Boulon 19- Bague de sécurité 20- Axe de fourchette 21- Anneau de fixation 22- Vis cylindrique 23- Rondelle élastique

7. Les systemes de sécurités :

Afin d’éviter le risque d’engager plusieurs rapports au même moment, deux dispositifs de

sécurités ont donc été implanté au niveau des coulisseaux de commande des vitesses.

18

7.1. Le dispositif de verrouillage :

1. Coulisseau 2. Fourchette 3. Bille et ressort de verrouillage

Fig. 16 : le dispositif de verrouillage

Le dispositif de verrouillage permet de maintenir les coulisseaux dans la position désirée

(point mort ou rapport engagé).

Fig. 17 : le dispositif de verrouillage

7.2. Le dispositif d’interdiction (sécurité) :

Un dispositif d’interdiction de passage de plusieurs rapports à billes rend impossible le

déplacement de deux coulisseaux en même temps.

Fig. 18 : Le dispositif d’interdiction

19

Chapitre IV

Le pont

I. Définition :

Appelé aussi différentiel, il sert à transférer le mouvement issu de la boite de

vitesses dans l’axe de rotation des roues motrice. En même temps il permet de «

gérer » la différence de vitesse des roues motrices dans les virages (les roues

extérieures faisant plus de distance que celles intérieures).

Fig. 18.a : Pont

II. Composantes:

Le différentiel se compose:

D’un boitier « 3 » solidaire de la couronne du pont « 2»

De deux planétaire « 6 » liés aux arbres de roues

D’un axe porte satellites « 4 »

De deux satellites « 5 » montés fous sur leur axe « 4 », en contact par leur

denture avec les planétaire

Fig.18.b : conception d’un pond

20

Tableau 6 : Les composants d’un pont

1

Pignon d’attaque

4

Axe porte-satellites

2

3

Couronne

5

Satellites

Boîtier de différentiel

6

Planétaires

III. Le fonctionnement

Le fonctionnement repose sur l’interaction des trois éléments suivants:

- l’élément moteur (le porte-satellites), solidaire de la couronne, il reçoit

la puissance transmise par la BV

- l’élément de réaction (composé des 2 satellites)

- l’élément récepteur (constitué des 2 planétaires), répartit la

puissance sur chaque arbre de transmission

Soit les variables suivantes:

ω PS = vitesse du porte satellites = vitesse de la couronne = vitesse du

boitier

ω S = vitesse satellite

ω P1 = vitesse du planétaire 1 = vitesse de l’arbre de transmission gauche

ω P2 = vitesse du planétaire 2 = vitesse de l’arbre de transmission droite

21

Fig.19 : variables du pont

_ En ligne droite : La couronne entraîne le boîtier de différentiel qui entraîne à son

tour les satellites par leur axe. Les satellites étant engrainés dans les planétaires, ils

tournent et entraînent les arbres de transmission donc les roues.

Les roues parcourent la même distance

A = B

 Les planétaires tournent à la même vitesse

ω P2 = ω P1 = ω PS

_ En virage : les roues ne tournent pas à la même vitesse. Le boîtier entraîne

toujours les satellites, mais ceux-ci tournent sur leur axe et donc sur les

planétaires, permettant d’isoler les planétaires et donc les roues.

22

roue intérieure A >B

La roue extérieure au virage doit

parcourir une distance supérieure à la

 Les planétaires tournent à des vitesses différentes

ω P1 = ω PS - ω S

ω P2 = ω PS + ω S

Conclusion : Si la transmission était rigide (Karting), une des roues serait obligée de

ripper

23

IV. La boite de transfert :

1. Composante :

Fig.20 : Boite de transfert

1- Arbre de sortie de la boite vitesse automatique

3- Différentielle a train planétaire

4- Sortie de l’essieu arrière

5- Pignon d’entrainement de la sortie latéral

6- Sortie latéral avec joint de cardon intégré

7- Arbre de transmission de l’essieu avant

8- Embrayage multi disque

9- Boite de vitesse automatique

2. Principe

Réservée aux 4x4, la boîte de transfert est une transmission disposant de deux

démultiplications, une "normale" et une "courte". La gamme de rapports courts sert au

moment de franchir des pentes raides, ou lors des passages d’obstacles qui

nécessitent une faible vitesse, tandis que le rapport long est utilisé pour les trajets

routiers. Ce système s’intercale entre la boîte de vitesse et les arbres de

transmission. La réduction se fait au travers d’un train épicycloïdal à deux rapports,

qui est commandé par le conducteur, à l’aide d’un petit levier de vitesse

supplémentaire ou d’un interrupteur électrique

24

Chapitre V

I. Définition

L’arbre de transmission :

Généralement appelés « cardan », ils servent de liaison entre le pont et les roues

motrices.

Fig.21 : Arbre de transmission

II. Fonction:

Le moteur est toujours solidaire du châssis. Les roues doivent rester en contact avec

le sol pour transmettre la puissance motrice. Un mouvement relatif entre le châssis et

les roues est nécessaire pour permettre la suspension.

Quels que soient les mouvements imposés par les roues (inégalités du sol, trajectoire

choisie par le conducteur), les transmissions doivent transmettre à chaque roue

motrice la puissance développée par le moteur.

Précisément, les arbres de transmission doivent:

- Transmettre le mouvement de rotation à des arbres non coaxiaux

- Permettre une liaison glissière afin de compenser les différences de ,

longueurs des arbres provoquées par leurs mouvements angulaires

25

III. Réalisation de la transmission:

Réalisation de la transmission:

transmission à joints de cardans. La solution consiste à utiliser une transmission à joints de cardans. La solution consiste à utiliser une

1 Fourche

2 Croisillon

α

Angle de transmission

Fig.22 Joint de cardan

Considérons l’arbre A animé d’un mouvement de rotation uniforme, l’arbre B subit un Considérons l’arbre A animé d’un mouvement de rotation uniforme, l’arbre B subit un Considérons l’arbre A animé d’un mouvement de rotation uniforme, l’arbre B subit un

mouvement accéléré et retardé 2 fois par tour. L’amplitude du phénomène croît avec mouvement accéléré et retardé 2 fois par tour. L’amplitude du phénomène croît mouvement accéléré et retardé 2 fois par tour. L’amplitude du phénomène croît

l’angle des 2 arbres.

Fig.23 Variation de la vitesse se sortie Fig.

26

L’utilisation de 2 joints de cardan permet, en respectant le montage ci-dessous, de

rendre la transmission homocinétique. Il faut qu’au cours des débattements, l’angle β

soit toujours égal à l’angle θ. Dans ce cas, seul l’arbre intermédiaire reste animé

d’un mouvement saccadé.

β

θ

Fig.24 Un joint homocinétique

Un joint homocinétique est un joint double de cardan dont l’arbre intermédiaire est

réduit à son strict minimum. Les deux joints sont réunis dans un seul élément.

27

Référence Bibliographique :

[1] Titre : Technologie fonctionnel de l’automobile Auteurs HUBERT ET BRUNO.

5 et 6 eme édition

[2] Support de formation en maintenance et diagnostic automobile

Netographie

 http://www.realoem.com/bmw/partgrp.do?model=1231&mospid=47263&hg=23

 http://www.ac-nancy-

metz.fr/enseign/Autocompetences/2_ressources_pedagogiques/2_transmissio

n/stockage_le%E7ons_technologie/Transmission_Miard.pdf

28