Transmission Systems and Gearbox Mechanics

Le conducteur pousse la p dale d

commande fait pivoter la fourchette. Laction de la fourchette la but e et le

commande fait pivoter la fourchette. Laction de la fourchette la but e et le

commande fait pivoter la fourchette. Laction de la fourchette la but e et le

diaphragme, ce qui a pour effet de lib rer le disque de lappui du plateau

diaphragme, ce qui a pour effet de lib rer le disque de lappui du plateau

diaphragme, ce qui a pour effet de lib rer le disque de lappui du plateau

presseur.

La puissance du moteur nest plus transmise au reste de la transmission, le

La puissance du moteur nest plus transmise au reste de la transmission, le

La puissance du moteur nest plus transmise au reste de la transmission, le

conducteur peut s lectionner une vitesse.

conducteur peut s lectionner une vitesse.

Fig.7.1. Position d bray e

Position embray e:

conducteur a s lectionn une vitesse, il d sire pr sent transmettre la

Le conducteur a s lectionn une vitesse, il d sire pr sent transmettre la

conducteur a s lectionn une vitesse, il d sire pr sent transmettre la

puissance du moteur au reste de la transmission pour faire voluer le v hicule.

puissance du moteur au reste de la transmission pour faire voluer le v hicule.

puissance du moteur au reste de la transmission pour faire voluer le v hicule.

Le conducteur rel che progressivement la p dale dembrayage, le c ble, la

Le conducteur rel che progressivement la p dale dembrayage, le c ble, la

Le conducteur rel che progressivement la p dale dembrayage, le c ble, la

aphragme reviennent en position repos. La tension du

fourchette, la but e et le diaphragme reviennent en position repos. La tension du

fourchette, la but e 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 caract rise dabord par un glissement, puis une

Le frottement du disque se caract rise dabord par un glissement, puis une

Le frottement du disque se caract rise dabord par un glissement, puis une

eur. La puissance moteur

adh rence compl te avec le volant et le plateau presseur. La puissance moteur

adh rence compl te 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 embray e

IV.

Syst me d'am lioration de la transmission de la puissance

Syst me d'am lioration de la transmission de la puissance

Syst me d'am lioration de la transmission de la puissance

la transmission de la

Deux dispositifs sur le disque dembrayage am liorent la transmission de la

Deux dispositifs sur le disque dembrayage

puissance:

Un syst me amortisseur

amortisseur, r alis par des ressorts dispos s dans le moyeu limite

, r alis par des ressorts dispos s dans le moyeu limite

et r gularise les pointes dintensit du couple de torsion que subit la

et r gularise les pointes dintensit du couple de torsion que subit la

et r gularise les pointes dintensit du couple de torsion que subit la

transmission sous les vibrations cycliques du couple moteur. Il att nue les

transmission sous les vibrations cycliques du couple moteur. Il att nue les

transmission sous les vibrations cycliques du couple moteur. Il att nue les

vibrations et diminue la fatigue et lusure des pi ces.

vibrations et diminue la fatigue et lus

Un syst me de progressivit , r alis par ondulation du voile du disque permet

Un syst me de progressivit

, r alis par ondulation du voile du disque permet

doffrir une course importante la p dale pour une variation limit e de la force

doffrir une course importante la p dale pour une variation limit e de la force

doffrir une course importante la p dale pour une variation limit e de la force

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

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

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

8

Chapitre III

I. D finition :

La boite de vitesse

Une boite de vitesse est un l ment est l ment m canique proposant plusieurs rapports de

transmission entre un arbre moteur et arbre de sortie.

Son cas dutilisation le plus fr quent est la transmission du couple dun moteur thermique aux roues

motrices dun v hicule.

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

agricoles&

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

peu n gociable, au couple souvent tr s variable et n cessaire au fonctionnement dun dispositif

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

v hicule, il sagit de la r sistance inertielle au d marrage ou celle lavancement varient suivant les

conditions de roulage (plat, mont es, descente, virages..).

II. Fonction dune boite de vitesse :

La fonction dune boite de vitesses est de r duire (d multiplier) et de multiplier les efforts

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

arri re. Ainsi le rapport de d multiplication correspond-il la diff rence de vitesse de rotation

lentr e de la boite (cot moteur) et la sortie (cot roues). Ces rapports sont engendr s par des

engrenages.

III. N cessit dune boite de vitesse :

Pour adapter la vitesse de rotation et le couple (effort tournant) dun moteur un r cepteur,

on interpose un r ducteur ou un multiplicateur un seul rapport.

Or, un rapport ne suffit pas lorsque lon doit faire face des conditions de travail vari es. Exemple,

pour une voiture, larr t ou en c te, nous avons besoins dun couple important et dune vitesse

plus faible au niveau des roues.

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

dun couple plus faible (puisquil y a moins de r sistance) au niveau des roues.

Ainsi, on voit bien que le v hicule na pas toujours la m me demande alors que le r gime de

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

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

9

En pratique, on se contente de compromis car on peut multiplier linfini le nombre de rapport

dune transmission engrenages. Une boite de vitesse moderne dautomobile aura donc 5 ou 6

rapports.

IV.

Description dune boite de vitesse :

a. Principe :

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

en prise

Les pignons et roues situ es sur larbre primaire (arbre qui sera li larbre moteur) sont solidaires

de ce dernier dons ils tournent tous la m me vitesse.

Les pignons et roues situ es sur larbre r cepteur sont en liaison pivot sur ce dernier donc ils

tournent tous des vitesses diff rent autour de cet arbre, cette liaison pivot est r aliser par :

Soit un contact direct m tal

Soit coussinet

Soit une cage aiguilles

Ces pignons et roues son appel s pignons fous et folles

b. Classification des boites de vitesses :

Pour les v hicules moteur thermique, on pourra distinguer les boites suivant trois fonctions

techniques ind pendantes :

La technologie des r ducteurs : par engrenages classique, train picyclo dal, courroie.

Le syst me de commande : manuelle, semi-automatique, automatique, s quentielle&

La synchronisation : autorisant le changement de rapport en marche ou larr t seulement

Enfin lorientation qui na dinfluence que sur la g om trie des liaisons avec larbre moteur

et le diff rentiel. Larchitecture est diff rente suivant que le moteur est implant transversalement

(axe de rotation du vilebrequin parall le laxe de rotation des roues) ou longitudinalement (axes

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

chaque combinaison correspond un mod le de boite de vitesses diff rent.

V. Composition dune boite de vitesse :

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

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

dengrenages d saccoupl s.

Ce type de boite est constitu g n ralement de deux arbres portant de pignons.

10

Fig. 8 : Ext rieur de la boite de vitesse

11

Tableau 2 : Composant de lext rieur de la boite de vitesse

1- Carter de boite de vitesse

2- Vis bouchon

3- Douille

4- Soupape de d pression dair

5- Event dacier

6- Couvercle de carter

7- Vis six pans

8- Rondelle lastique

9- Joint darbre

1- Goupille cylindrique

2- Couvercle de boite de vitesse

12- Vis bouchons

13- Joint darbre

14- Vis six pans

15- Vis six pans

16- Rondelle lastique

17- Joint darbre

18- Interrupteur de phare de recule

1. Larbre dentr e (ou primaire) :

Li larbre moteur via lembrayage, porte les pignons fixes. Il y a autant de pignons que de

rapport de boite.

Fig.9 : Larbre primaire

12

Tableau 3 : Les composants de larbre primaire

1- Arbre primaire

2- Bague de synchro

3- Bague de synchro de 3 me et 4 me

4- Ressort de pression

5- Bille

6- Coulisseau

7- Pignon de 3 me 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 s curit

23- Pignon 2 me vitesse

24- Bague de synchro

25- Douille de guidage 1 re et 2 me vitesse

26- Pignon de 1 re vitesse

27- Bague de synchro

2. Larbre de sortie (ou secondaire) :

Portant des pignons fous (engrenant respectivement avec un pignon de larbre dentr e), les

syst mes de crabotage et le synchros.

Fig. 10 : Larbre secondaire

13

Tableau 4 : Les composants de larbre secondaire

1- Arbre de sortie

2- Pignon de marche arri re

3- Bague de synchro

4- Douille de guidage de 5 me et M R

5- Ressort de pression

6- Bille

7- Coulisseau

8- Pignon 5 me vitesse

9- Bague de synchro

10- Cage a aiguille

11- Cage a aiguille

12- Bague de s curit

13- Rondelle entretoise

14- Roulement a bille

15- Rondelle

16- Rondelle

3. Le troisi me arbre :

17- Flasque de sortie

18- Ecrou a collet

19- Plaque de s curit

20- Arbre interm diaire

21- Rondelle entretoise

22- Bague de s curit

23- Joint torique

24- Roulement a rouleaux

25- Douille a rouleau

26- Pignon double marche arri re (M R)

27- Circlip

28- Cage a aiguille

29- Axe pour pignon double

30- Rondelle lastique

31- Vis six pans

Nintervient que pour le marche arri re. Il contient un pignon pouvant coulisser et

sintercaler entre un pignon de larbre dentr e et un autre de larbre de sortie ; ainsi, on dispose

dun engrenage de plus entre les deux arbres (soit deux inversions de sens de rotation au lieu dune),

do la marche invers e. Cest le seul cas o lengrenage nest pas toujours en prise.

4. Larbre interm diaire :

Larbre de sortie est li au couple conique du diff rentiel, int gr au carter de la boite (pour

les v hicules traction) ou report sur le pont arri re (pour les v hicules propulsion).

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

synchroniseurs gr ce aux fourchettes de commandes li es temporairement au levier de vitesses.

Larbre interm diaire portant des pignons fixes au dessus du larbre dentr e et de sortie.

5. Syst me de synchronisation :

Les boites de vitesses manuelles sont des syst mes m caniques assez simples.

Les interactions entre les l ments de base (carters, roulements, engrenages) sont g n ralement bien

ma tris es autant en statique quen dynamique et les synchroniseurs de vitesse restent des l ments

sp cialis s cause de la diversit des fonctions r aliser et des conditions impos es.

Souvent, la complexit de tels l ments impressionne le concepteur qui soit envisage, ce qui

est connu en esp rant ne pas d passer les limites du raisonnable, doit sen remet des super

sp cialistes en esp rant bien poser son probl me.

14

Les synchroniseurs sont des l ments de liaison :

Constitu s de pi ces imbriqu es aves des g om tries compliqu es (c nes, cannelures,

crabots, &) et divers mat riaux (acier, alliage, rev tement, huile)

Soumis des conditions de fonctionnement hautement variables sur des temps tr s courts

(inf rieur la seconde)

Devant pr senter des caract ristiques de fonctionnement reproductibles et qui sinscrivent

dans la dur e (la dur e de vie de la boite de vitesse).

5.1. Pourquoi synchroniser :

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

r gimes diff rents de larbre r cepteur.

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

5.2. R le du synchroniseur :

Le r le du synchroniseur est damener les pignons de la vitesse s lectionn e engrener des

vitesses de rotation identiques avant de r aliser le crabotage.

5.3. Constitution dun synchroniseur :

Le synchroniseur est constitu g n ralement par :

Le pignon

Lanneau 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 : d brayage, puis d but de d placement du levier de vitesse

2 me temps : phase dinterdiction

3 me temps : phase dengagement

a. 1er temps :

En d brayant, larbre primaire se d solidarise de larbre moteur (larbre primaire tourne

donc par inertie).

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

tournent les baladeurs. Un seul baladeur commence tre d plac .

Fig.12 : 1 re phase du synchroniseur

b. 2 me temps :

Pour pouvoir engager les dents dun baladeur dans les dents lat rales dun pignon fou, il faut

synchroniser leur r gime, et cest l le r le des anneaux de synchroniseurs, dites synchros, sortes

des petits embrayages conique mont es de chaque cot des baladeurs.

En d pla ant le baladeur, celui-ci pouss sur lanneau de synchro qui frotte sur la surface conique

du pignon fou.

v Synchroniseur d bute

Fig. 13 : 2 me phase du synchroniseur

16

c. 3 me temps (phase dengagement) :

D s que les vitesses de rotation son gaux, cest- -dire : V pignon/baladeur = 0

Lengagement peut se faire, le baladeur vient coiffer le pignon synchroniseur.

Ce syst me permet donc de transformer la liaison pivot entre le pignon fou et larbre secondaire en

une liaison encastrement.

Fig. 14 : 3 me phase du synchroniseur

d. Le cas de la marche arri re :

La marche arri re est un peu particuli re car elle ne comporte pas de synchroniseur, sauf sur

les v hicules haut de gamme.

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

Cest un troisi me arbre qui va venir sintercaler et assurer la liaison de lensemble form

alors de trois pignons.

Puisquil y a un pignon suppl mentaire, 3 au lieu de 2, cela inverse le sens de rotation des

pignons.

Puisque nous devons intercaler un pignon, nous devons le faire larr t (do labsence de

synchroniseur), et avec des pignons denture droite.

17

6. Le dispositif de s lection des rapports :

Fig.15 : s lecteurs des rapports

Tableau 5 : composant des s lecteurs

1- Axe de fourchette

2- Rouleau

3- Goupille de serrage

4- Cheville darr t

5- Ressort de pression

6- Bouchon

7- Tige de commande 1 re et 2 me vitesse

8- Barre de changement 3 me et 4 me vitesse

9- Tige de commande 5 me et M R

10- Goupille de serrage

11- Couvercle de fermeture

12- Couvercle de fermeture

13- Couvercle de fermeture

14- Boulon darr t

15- Bille

16- Ressort de pression

17- Levier

18- Boulon

19- Bague de s curit

20- Axe de fourchette

21- Anneau de fixation

22- Vis cylindrique

23- Rondelle lastique

7. Les systemes de s curit s :

Afin d viter le risque dengager plusieurs rapports au m me moment, deux dispositifs de

s curit s ont donc t implant 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 d sir e

(point mort ou rapport engag ).

Fig. 17 : le dispositif de verrouillage

7.2. Le dispositif dinterdiction (s curit ) :

Un dispositif dinterdiction de passage de plusieurs rapports billes rend impossible le

d placement de deux coulisseaux en m me temps.

Fig. 18 : Le dispositif dinterdiction

19

Chapitre IV

Le pont

I. D finition :

Appel aussi diff rentiel, il sert transf rer le mouvement issu de la boite de

vitesses dans laxe de rotation des roues motrice. En m me temps il permet de

g rer la diff rence de vitesse des roues motrices dans les virages (les roues

ext rieures faisant plus de distance que celles int rieures).

Fig. 18.a : Pont

II. Composantes:

Le diff rentiel se compose:

Dun boitier 3 solidaire de la couronne du pont 2

De deux plan taire 6 li s aux arbres de roues

Dun axe porte satellites 4

De deux satellites 5 mont s fous sur leur axe 4 , en contact par leur

denture avec les plan taire

Fig.18.b : conception dun pond

20

Tableau 6 : Les composants dun pont

1

Pignon dattaque

4

Axe porte-satellites

2

3

Couronne

5

Satellites

Bo tier de diff rentiel

6

Plan taires

III. Le fonctionnement

Le fonctionnement repose sur linteraction des trois l ments suivants:

• l l ment moteur (le porte-satellites), solidaire de la couronne, il re oit

la puissance transmise par la BV

• l l ment de r action (compos des 2 satellites)

• l l ment r cepteur (constitu des 2 plan taires), r partit la

puissance sur chaque arbre de transmission

Soit les variables suivantes:

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

boitier

S = vitesse satellite

P1 = vitesse du plan taire 1 = vitesse de larbre de transmission gauche

P2 = vitesse du plan taire 2 = vitesse de larbre de transmission droite

21

Fig.19 : variables du pont

_ En ligne droite : La couronne entra ne le bo tier de diff rentiel qui entra ne son

tour les satellites par leur axe. Les satellites tant engrain s dans les plan taires, ils

tournent et entra nent les arbres de transmission donc les roues.

Les roues parcourent la m me distance

A = B

Les plan taires tournent la m me vitesse

P2 = P1 = PS

_ En virage : les roues ne tournent pas la m me vitesse. Le bo tier entra ne

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

plan taires, permettant disoler les plan taires et donc les roues.

22

roue int rieure A >B

La roue ext rieure au virage doit

parcourir une distance sup rieure la

Les plan taires tournent des vitesses diff rentes

P1 = PS - S

P2 = PS + S

Conclusion : Si la transmission tait rigide (Karting), une des roues serait oblig e 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- Diff rentielle a train plan taire

4- Sortie de lessieu arri re

5- Pignon dentrainement de la sortie lat ral

6- Sortie lat ral avec joint de cardon int gr

7- Arbre de transmission de lessieu avant

8- Embrayage multi disque

9- Boite de vitesse automatique

2. Principe

R serv e aux 4x4, la bo te de transfert est une transmission disposant de deux

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

moment de franchir des pentes raides, ou lors des passages dobstacles qui

n cessitent une faible vitesse, tandis que le rapport long est utilis pour les trajets

routiers. Ce syst me sintercale entre la bo te de vitesse et les arbres de

transmission. La r duction se fait au travers dun train picyclo dal deux rapports,

qui est command par le conducteur, laide dun petit levier de vitesse

suppl mentaire ou dun interrupteur lectrique

24

Chapitre V

I. D finition

Larbre de transmission :

G n ralement appel s 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 ch ssis. Les roues doivent rester en contact avec

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

les roues est n cessaire pour permettre la suspension.

Quels que soient les mouvements impos s par les roues (in galit s du sol, trajectoire

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

motrice la puissance d velopp e par le moteur.

Pr cis ment, les arbres de transmission doivent:

• Transmettre le mouvement de rotation des arbres non coaxiaux

• Permettre une liaison glissi re afin de compenser les diff rences de ,

longueurs des arbres provoqu es par leurs mouvements angulaires

25

III. R alisation de la transmission:

R alisation de la transmission:

transmission joints de cardans.

La solution consiste utiliser une transmission joints de cardans.

La solution consiste utiliser une

1 Fourche

2 Croisillon

Angle de transmission

Fig.22 Joint de cardan

Consid rons larbre A anim dun mouvement de rotation uniforme, larbre B subit un

Consid rons larbre A anim dun mouvement de rotation uniforme, larbre B subit un

Consid rons larbre A anim dun mouvement de rotation uniforme, larbre B subit un

mouvement acc l r et retard 2 fois par tour. Lamplitude du ph nom ne cro t avec

mouvement acc l r et retard 2 fois par tour. Lamplitude du ph nom ne cro t

mouvement acc l r et retard 2 fois par tour. Lamplitude du ph nom ne cro t

langle des 2 arbres.

Fig.23 Variation de la vitesse se sortie

Fig.

26

Lutilisation de 2 joints de cardan permet, en respectant le montage ci-dessous, de

rendre la transmission homocin tique. Il faut quau cours des d battements, langle

soit toujours gal langle . Dans ce cas, seul larbre interm diaire reste anim

dun mouvement saccad .

Fig.24 Un joint homocin tique

Un joint homocin tique est un joint double de cardan dont larbre interm diaire est

r duit son strict minimum. Les deux joints sont r unis dans un seul l ment.

27

R f rence Bibliographique :

[1] Titre : Technologie fonctionnel de lautomobile Auteurs HUBERT ET BRUNO.

5 et 6 eme dition

[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