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La boite de vitesse - Généralités (Mise à jour)
Korrigan 21/8/2012, 18:48
Sommaire
I. , ) - Un petit rappel de physique.
I.a) - Définition du couple.
I.b) - Valeur du couple.
I.c) - Couple moteur.
I.d) - Couple résistant.
II. ) - Rôle de la transmission dans un véhicule.
III. ) - Caractéristiques d'un moteur thermique.
IV. ) - Forces nécessaires pour propulser un véhicule.
V. ) - Puissance absorbée par le véhicule.
VI. ) - Nécessité de transformer le couple moteur.
VII. ) - Nécessité de démultiplier la vitesse angulaire.
VIII.) - Transmission de la puissance dans une voiture.
IX. ) - Transmission de mouvement entre deux arbres par l'intermédiaire des engrenages.
IX.1 ) - Multiplication du couple.
IX.2 ) - Vitesse de rotation des pignons.
X. ) - Forme de la denture.
X.1 ) - Taille droite
X.2 ) - Taille hélicoïde
X.3 ) - Taille "chevron"
XI. ) - Constitution et principe de fonctionnement d'une Boite de Vitesses "élémentaire".
XI.1 ) - L'arbre primaire.
XI.2 ) - L'arbre intermédiaire.
XI.3 ) - L'arbre secondaire
XII. ) - Constitution et principe de fonctionnement des sous-ensembles d'une boite de vitesses.
XII.1) - La commande des baladeurs.
XII.2) - Le verrouillage des fourchettes.
XII.3) - Le dispositif de sécurité.
XII.4) - Les dispositifs de crabotage.
XII.4.a) - Crabotage à plat ou à bossage.
XII.4.b) - Crabotage à pignon craboteur.
XIII. ) - La synchronisation.
XIII.1) - Principe.
XIII.2) - Réalisation.
XIII.3) - Le synchroniseur simple.
XIV. ) - Constitution mécanique d'un synchro - Synchroniseur Warner.
I. ) Un petit rappel de physique.
I.a) Définition du couple
Un couple est un système de 2 forces égales, parallèles, et de sens contraire agissant sur le même point d'application.
Ces forces sollicitent le point d'application dans un mouvement tournant.
Exemple: Clé du fontainier - agissant sur l'ouverture d'une vanne.
Les 2 forces F appliquées sur les leviers L forment un couple agissant dans un sens de rotation.
I.b) Valeur du couple
 |  |
L'action de 2 forces F peut être équilibrée par une force unique de même valeur F, agissant en sens inverse sur un bras de levier deux fois plus long : 2L | De même l'action de ces deux forces peut être équilibrée par une force double : 2F, agissant dans l'autre sens sur un bras de levier de même longueur L. |
En résumé, le couple est donc égal au produit d'une force que multiplie la longueur du bras de levier sur lequel il agit :
COUPLE = Force X Longueur du bras de levier
I.c) Couple moteur
 | Le moteur nous donne un couple. En effet: -Les explosions qui se produise sur le piston détermine une force F, -Cette force est transmise par la bielle au maneton du vilebrequin, -La longueur L de la manivelle du vilebrequin nous donne le bras de levier, -Cette force F agissant sur un bras de levier L, nous donne un couple. C'est le couple moteur |
I.d) Couple résistant
 | Le couple résistant est dû à l'ensemble des forces qui freinent l'avancement du véhicule. Ces forces s'appliquent aux roues sous la forme d'un couple : FR X L |
Ces forces résistantes sont provoquées par :
- Le profil de la route : Il est nécessaire de fournir un effort supplémentaire au véhicule pour qu'il maintienne sa vitesse constante dans une côte. A l'inverse, il faudra un effort moindre pour faire avancer le véhicule à vitesse constante dans une descente.
- La résistance à l'air : En fait, la valeur de cette résistance n'intervient qu'aux vitesses supérieures à 80 km/h.
- La résistance due au frottement : des organes de transmission en mouvement.
- L'inertie du véhicule : L'inertie d'un véhicule correspond à la tendance qu'a ce véhicule à garder sa vitesse lorsque celui-ci est en mouvement.
- Si le véhicule est à l'arrêt, il s'opposera au démarrage et ceci dotant plus qu'il est lourd.
- Si le véhicule est à vitesse constante et qu'on lui demande une accélération, c'est-à-dire, une augmentation de vitesse, il y a tendance à s'opposer à cette accélération.
Il faudra lui fournir un effort supplémentaire pour vaincre son inertie. Il est à noter que plus l'augmentation de vitesse est grande, plus l'inertie est importante.
Dans le cas du démarrage où l'accélération est la plus forte, l'inertie est très importante
II. Rôle de la transmission dans un véhicule
Pour déplacer une voiture il faut lui appliquer une force ayant une composante F dirigée suivant le sens du mouvement.
Pour lui faire parcourir une distance L dans un temps T, il faut lui fournir une puissance P.
De nos jour la puissance est généralement fournie par le moteur thermique à essence ou Diesel, et il faut fournir cette puissance aux roues du véhicule.
Caractéristiques d'un moteur thermique
"La figure montre la variation du couple maximum et de la puissance maximum, qui peut être fournie par le moteur à différentes vitesses de rotation.
On constate que:
- le couple est presque constant et indépendant de la vitesse de rotation du moteur dans la zone d'utilisation du moteur.
- en-dessous d'une certaine vitesse de rotation du moteur, le couple fourni est nul, c'est-à-dire que le moteur ne peut pas démarrer en charge.
- au-dessus d'une certaine valeur de la vitesse de rotation, le couple fourni par le moteur diminue rapidement.
- la puissance maximum est obtenue à une vitesse de rotation élevée (environ 5000 à 6000 t/mn).
Il est à noter que le couple fourni par le moteur thermique à essence varie entre 60 et 100 mN par litre de cylindrée.
Forces nécessaires pour propulser un véhicule.
La résistance au mouvement du véhicule dépend des conditions d'utilisation:
- au démarrage, il faut une force assez grande pour l'accélération initiale du véhicule.
- une fois que le véhicule est en mouvement (à faible vitesse), il faut vaincre les forces dues au roulement des pneumatiques.
- en pente, il faut fournir une force supplémentaire pour compenser l'effet de la pesanteur.
- il y a la résistance de l'air à vaincre. Cette dernière croit avec le carré de la vitesse du véhicule.
Puissance absorbée par le véhicule.
La puissance absorbée par le véhicule est le produit de la somme des forces F nécessaires au déplacement, par la vitesse V du véhicule :
Nécessité de transformer le couple moteur.
On va considérer le démarrage d'un véhicule en pente :
- couple moteur : 60mn
- masse du véhicule : 1200 kg
- rayon de la roue : 0,274 m
- résistance au roulement : 0,2 N/kg
- accélération initiale : 0,7 m/s2
- pente : 20 % soit un angle i = 11,3°
- résistance au roulement (pneu) = 0,2 (N/kg) X 1200 (kg) = 240 N
- résistance due à la pente = mg X sin (i) = 1200 (kg) X 9,81 X 0,196 = 2310 N
- force nécessaire pour l'accélération du véhicule = m X g= 1200 (kg) X 0,7 (m/s2) = 840 N
- effort total à fournir aux roues = 3390 N
- couple à fournir aux roues = 3390 (N) X 0,274 (m) =929 mN
Le moteur ne fournit que 60 mN, il est donc nécessaire de multiplier le couple moteur par un facteur de 15,5.
Avec un moteur très puissant, il peut être possible de propulser le véhicule, mais dans ce cas, on n'utiliserait qu'une faible partie de ce couple en utilisation courante. De plus, l'utilisation d'un gros moteur augmenterait considérablement le poids du véhicule et par conséquence les forces résistantes.
Si on veut garder le même poids total du véhicule, la charge utile serait fortement diminuée.
Les rapport de multiplication couramment utilisés sont :
- environ 15 pour une petite voiture munie de moteur de faible puissance.
- environ 25 pour une camionnette.
Nécessité de démultiplier la vitesse angulaire(*)
Considérons un véhicule , qui est muni d'un moteur de 35,3 kW (48 Ch) à 6000 t/mn et peut atteindre une vitesse maximum de 136 km à l'heure sur le plat.
La circonférence de roulement des pneus 1,72 m.
Si la vitesse entre le moteur et les roues n'était pas démultipliée pour 6000 t/mn du moteur, la vitesse serait :
6000 (t/mn) X 60 (mn) X 1,72 (m) = 620000 m/heure soit 620 km/heure
Étant donné qu'à la vitesse maximum du véhicule toute la puissance du moteur est consommée ( P = F X V), il est nécessaire de démultiplier la vitesse de rotation du moteur.
La démultiplication pour l'exemple que nous venons de citer, doit être :
620 (km/h) / 136 (km/h) soit 4,6.
Pour rappel, le démarrage en rampe : démultiplication de 15.
Pour que la vitesse maximum corresponde au régime de puissance maximum du moteur : démultiplication de 4,6 d'où la nécessité de différents rapports de boîte de vitesses
(*) vitesse de rotation
Transmission de la puissance dans une voiture.
La figure ci-dessus représente schématiquement la transmission dans une voiture.
- moteur : fournit l'énergie mécanique pour propulser le véhicule.
- embrayage : permet d'établir progressivement l'accouplement au démarrage, ou de rompre la liaison entre le moteur et le reste de la transmission lors d'un changement de vitesse.
- boîte de vitesses : permet de faire varier le couple moteur transmis au roue, suivant l'importance du couple résistant.
- arbre de transmission : lie l'arbre de sortie de boîte à l'arbre d'entrée du pont.
- différentiel : partage le couple d'une façon égale sur les deux roues et dans le cas de virage, permet aux roues intérieures et extérieures de tourner à des vitesses de rotation différentes.
On a vu, dans les lignes précédentes, la nécessité de placer entre le moteur et les roues, un organe appelé "boîte de vitesses" pour pouvoir faire varier le couple moteur suivant l'importance du couple résistant. La boîte de vitesses travaille en général comme multiplicateur de couple et démultiplicateur de vitesse.
Le plus souvent, la transmission du mouvement se fait par engrenage.
Transmission de mouvement entre deux arbres par l'intermédiaire des engrenages.
 | On considère pignons libres de tourner autour de leurs axes respectifs et engrenant ensemble. Le premier appelé "pignon menant ou entraîneur" (E) de rayon L possède Z dents. Le second appelé "pignon récepteur" (R) de rayon : n X L et possédant n fois plus de dents. On applique un couple C sur le pignon entraîneur (E), ce dernier tournera autour de l'axe du pignon. La dent du pignon (E) en contact avec la dent du pignon récepteur (R) appuiera donc celle-ci, avec une force F telle que C= F X L. Cette force développera un couple : F X ( n X L) sur l'arbre du pignon récepteur. De plus, au point d'engrènement, chaque fois qu'il passera une dent du pignon entraîneur (E), il passera également une dent du pignon récepteur (R). C'est-à-dire lorsque le pignon (E) aura fait un tour sur son axe, le pignon récepteur (R) n'aura fait que 1/n tours. On note également que l'arbre tourne dans le sens contraire à celui de l'arbre entraîneur (E). |
Ainsi , on voit que le couple est multiplié par n et la vitesse de rotation est divisée par n. En général, nous avons : Nombre de dents du Couple sur l'arbre Nombre de tours du pignon récepteur récepteur pignon entraîneur ________________ = _________________ = ___________________ Nombre de dents du Couple sur l'arbre Nombre de tours du pignon entraîneur entraîneur pignon récepteur | |
Lorsque l'on veut faire tourner le pignon entraîneur et le pignon récepteur dans le même sens, il suffit d'interposer un pignon intermédiaire dont le nombre de dents importe peu. La figure ci-contre représente la transmission du mouvement sans, puis avec un pignon intermédiaire. |  " /> |
Principe de multiplication du couple et vitesse de rotation des pignons :
Considérons deux pignons :
Le premier , le pignon entraîneur, de rayon L possède 8 dents.
Ce pignon est en prise avec le second pignon, le pignon récepteur, de rayon deux fois plus grand soit 2L et possédant deux fois plus de dents, soit 16 dents.
1°) Multiplication du couple
On applique au pignon entraîneur, sur ses dents, et d'équerre, une force F.
Son couple sera :
C = F X L.
La force F est transmise au pignon récepteur par l'intermédiaire des dents en contact.
Elle agira sur le pignon récepteur sous la forme d'un couple C1 :
C1 = F X 2L ou C1 = 2 X (F X L) ou C1 = 2 C
On constate donc qu'un couple appliqué à un pignon est multiplié par deux sur un deuxième pignon en prise avec un rayon deux fois plus grand.
Si on prend un pignon récepteur dont le rapport des rayons est de 1 à 3, on peut voir, que sur le pignon récepteur on dispose d'un couple C2, 3 fois plus grand :
C2 = F X 3L ou C2 = 3 X (F X L) ou C2 = 3C
En résumé : Pour multiplier un couple, il suffit de transformer la force F sur des pignons de rayons supérieurs.
- Il y a démultiplication de la vitesse dans un rapport donné, lorsque dans un engrenage, le pignon entraîneur (E) à un nombre de dents plus petit que le nombre de dents du pignon récepteur (R).
- Il y a surmultiplication de la vitesse dans un rapport donné, lorsque dans un engrenage, le pignon entraîneur (E) à un nombre de dents plus grand que le nombre de dents du pignon récepteur (R).
2°) Vitesse de rotation des pignons
On revient au premier cas, vu précédemment. Le rapport des deux pignons était de 1 à 2
Si on fait tourner le pignon entraîneur, à chaque fois qu'il passera une dent de ce pignon au point d'engrènement, il passera également une dent du pignon entraîné.
Or, un tour sur le pignon entraîneur, correspond à 8 dents.
Par contre, 8 dents sur le pignon récepteur équivaut à un demi tour de celui-ci. Il tourne donc à la demi-vitesse.
De même, si on prend un pignon récepteur dont le nombre de dents est de 3 ou 4 fois supérieur au pignon entraîneur, on s'aperçoit que le pignon récepteur tourne à 1/3 ou 1/4 de la vitesse du pignon entraîneur.
On peut donc écrire :
Si V1 est la vitesse du pignon entraîneur
V2 est la vitesse du pignon récepteur
N1 le nombre de dents du pignon entraîneur
N2 le nombre de dents du pignon récepteur
V1 N2 V1 = N2 X V2
____ = ____ ou ________
V2 N1 N1
En résumé : La vitesse de rotation des deux pignons engrenant l'un sur l'autre est inversement proportionnelle à leur rayon, ou circonférence ou nombre de dents.
Exemple : Un pignon de 8 dents tourne à 1200 t/mn et engrène avec un pignon de 12 dents. A quelle vitesse tournera celui-ci?
V1 = N2 X V2 = 8 X 1200 = 800 t/mn
________ ________
N1 12
Forme de la denture
On distingue des pignons à denture droite, à denture hélicoïdale et à denture à chevrons.
1°) Taille droite
 | C'est la plus simple à réaliser mais c'est aussi la plus bruyante, l'engrenage travaille par choc. En effet, on aura toujours qu'une seule dent en prise et à chaque fois que l'on engrène une dent, l'effort moteur passe brusquement d'une dent à l'autre. Avec des pignons à taille droite, la force motrice F se transmet perpendiculairement aux dents en contact. Cette force est donc utilisée intégralement à faire tourner le pignon. On trouve ce genre de denture principalement avec les pignons de marche arrière. |
2°) Taille hélicoïde
 | Avec cette formule, on obtient une denture plus longue et un fonctionnement moins bruyant. En effet, on n'a pas la variation brusque de force agissant successivement sur chaque dent comme dans le cas précédent. Si deux pignons sont à taille hélicoïdale, le contact est continu. L'engagement de la denture suivante se produit alors que la précédente est encore en contact. |
| La force motrice s'applique plus progressivement sur chaque dent. L'utilisation de pignons à taille hélicoïdale présente cependant certains problèmes. En effet, ils engendrent une poussée axiale nécessitant une butée sur le carter. | |
| Examinons la transmission de la force F Le couple moteur se transmet également perpendiculairement aux dents en prise, mais du fait de l'inclinaison des dents, il agit sous un certain angle par rapport à l'axe du pignon. Ainsi, il aura bien entendu, tendance à faire tourner le pignon suivant F1. Mais , il aura également tendance à le déplacer suivant F2. Il est bien évident que cette poussée latérale augmentera d'une part avec l'effort moteur, d'autre part avec l'inclinaison des dents. Plus les dents sont inclinées plus la poussée latérale F2 pour un même effort moteur est grande. Une réalisation consiste à monter les arbres en butée sur des roulements coniques. L'effort axial se trouve ainsi réparti judicieusement. Il se transmet perpendiculairement à l'axe des rouleaux F'. Il est à noter que de tels pignons peuvent avoir une réaction inverse dans le cas du renversement de couple (cas d'un véhicule à la retenue dans une descente). Le déplacement latérale inverse du pignon peut parfois provoquer des décrochages de vitesses si le jeu latéral des pignons est trop important. | |
3°) Taille à "chevron"
 | On peut assimiler le pignon à chevrons à deux pignons à taille hélicoïdale dont l'inclinaison serait à l'inverse et que l'on aurait rendu solidaire pour n'obtenir qu'un seul. Ces pignons ont la particularité de ne pas donner d'effort axial. En effet, les poussées latérales F de chaque pignon que l'on a assemblé précédemment viennent en opposition et sont absorbées par le pignon lui-même. On pourra donc transmettre, avec ces pignons, des couples importants sans être limité par un trop grand effort axial. Mais ces pignons sont de réalisation délicate et coûteuse, c'est pour cette raison qu'ils sont généralement réservés aux Poids Lourds dont les pignons de boîte de vitesses ont des couples importants à transmettre. |
Constitution et principe de fonctionnement d'une Boite de Vitesses
Les boîtes de vitesses peuvent avoir un ou plusieurs baladeurs (pignons permettant la sélection des vitesses) selon la réalisation de la boîte et le nombre de vitesses.
Dans un carter en alliage léger ou en fonte (poids lourds) tournent trois arbres supportés par des paliers.
1°) L'arbre primaire
Il est solidaire du disque d'embrayage par des cannelures et tourne à la vitesse du moteur. Son extrémité est centrée dans le vilebrequin à l'aide d'une bague bronze ou d'un roulement. Il est souvent appelé "pignon à queue" pour cette raison. Le pignon intérieur à la boîte est constamment en prise avec un pignon de l'arbre intermédiaire, on les appelle pour cette raison "prise constante".
2°) L'arbre intermédiaire
Il tourne toujours avec l'arbre primaire (prise constante) et possède plusieurs pignons avec lesquels s'engrènent les pignons baladeurs de l'arbre secondaire.
Les pignons de l'arbre intermédiaire sont de différents diamètres, de manière à obtenir les rapports de démultiplication désirés.
3°) L'arbre secondaire
Composé d'un arbre cannelé sur lequel peut coulisser un ou plusieurs "pignons baladeurs" à denture droite (cas de le boîte élémentaire). L'arbre et le pignon sont ainsi solidaires en rotation.
L'extrémité arrière de l'arbre secondaire tourne dans un palier comportant un roulement.
L'extrémité avant tourne dans une bague bronze ou sur un roulement situé dans un alésage de l'arbre primaire.
Les arbres primaires et secondaires sont donc montés dans le prolongement l'un de l'autre mais ils peuvent tourner indépendamment, soit dans le même sens à des vitesses différentes, soit en sens inverse.
Lorsqu'aucun pignon de l'arbre secondaire n'est en prise avec un pignon de l'arbre intermédiaire, on dit que la boîte de vitesses est au "point mort".
Lorsque l'arbre primaire se trouve solidaire de l'arbre secondaire par l'intermédiaire des crabots du baladeur avant, on dit que la boîte de vitesses est en "prise directe".
Lorsque l'arbre secondaire tourne en sens inverse de l'arbre primaire on dit que la boîte de vitesses est en "marche arrière". Il suffit pour cela d'interposer un pignon intermédiaire entre le pignon entraîneur (E) et le pignon récepteur (R) tel que l'indique le schéma.
"Constitution et principe de fonctionnement des sous-ensembles d'une boite de vitesses.
1°) La commande des baladeurs
 | Les baladeurs sont commandés dans leur déplacement latéral par des fourchettes montées sur des tiges coulissantes généralement placées dans le couvercle de boîte. Dans les tiges sont pratiquées des encoches dans lesquelles s'engage l'extrémité inférieure du levier de commande. |
2°) Le verrouillage des fourchettes
 | Ce système a pour but d'immobiliser les fourchettes dans des positions définies. Il est constitué généralement par une bille logée dans un perçage pratiqué radicalement dans un des alésages servant au guidage de la tige. Cette bille est poussée par un ressort contre la tige sur laquelle sont fraisés les crans correspondants chacun à l'une des positions que doit occuper la tige. Ainsi, lorsque la bille a pénétré dans un cran, il y a verrouillage de la fourchette et il faut exercer un certain effort sur le levier de changement de vitesses pour que la bille s'efface de son logement et libère la tige. La bille peut être remplacée parfois par un bonhomme d'arrêt. |
 | Un dispositif de sécurité souvent appelé "interdiction" a pour but d'empêcher la mise en prise simultanée de deux vitesses. Entre les tiges des fourchettes est disposé un verrou, soit une bille ou un bonhomme. Il immobilise les tiges tant que l'une des fourchettes est en prise. Il faut obligatoirement ramener celle-ci au point mort avant de placer une nouvelle fourchette en action. Le schéma ci-contre illustre le système. |
4°) Les dispositifs de crabotage
4° - a) Crabotage à plat ou à bossage
 | Le baladeur caboteur est cannelé intérieurement. De cette façon, il tourne avec l'arbre qui le porte et peut coulisser sur lui. Il porte des crabots(bossages) sur ses faces latérales, en regard des deux pignons qu'il aura à craboter. On le déplace latéralement grâce à une fourchette de commande venant s'engager dans une gorge circulaire extérieure G. On sait que les pignons situés de part et d'autre du baladeur sont fous sur l'arbre, mais sans déplacement latéral, aussi sont-ils toujours en prise sur leur correspondant de l'arbre secondaire. Ces pignons portent, sur leur face, en regard du baladeur, des encoches dans lesquelles viennent s'engager les crabots du baladeur. |
4° - b) Les dispositifs à pignon craboteur
 | Les pignons et le baladeur sont montés comme précédemment. La différence est que l'on substitue des dents aux crabots ou encoches. Ces dents possèdent une entrée de denture qui facilitera l'engagement. Le baladeur porte, dans la première figure, qu'on vous présente, une denture extérieure, alors que celle du pignon est intérieure. |
 | On peut concevoir, comme sur la deuxième figure, une denture extérieure sur le pignon et une intérieure sur le baladeur, le principe ne change pas. |
La synchronisation.
1° ) Principe
Imaginons un train roulant à une certaines vitesse et un avion survolant ce train à basse altitude. Il vont tous les deux dans la même direction.
Supposons qu'un passager de l'avion veuille sauter sur le train.
Il ne pourra le faire que si l'avion et le train ont exactement la même vitesse, autrement dit, que lorsque l'avion n'a aucun déplacement par rapport au train.
Il faut donc que l'avion reste rigoureusement en correspondance avec le train.
On dira que le train et l'avion sont "SYNCHRONES".
On va considérer un véhicule équipé d'une boîte de vitesses conçue suivant le schéma ci-dessous, roulant par exemple en prise directe.
Le baladeur à crabots M1, lié angulairement à l'arbre de sortie S est, en prise directes, solidaire du pignon d'entrée A, lequel tourne à la vitesse angulaire du moteur donc de l'arbre primaire de boîte P.
Si, à la suite d'un ralentissement, le régime du moteur baisse, celui-ci ne fournira pas assez de puissance lorsque le conducteur voudra réaccélérer le véhicule, il faudra passer sur le rapport de vitesse inférieure.
Le conducteur débraye, met la boîte au point mort comme représenté sur le schéma, le baladeur M1 n'est plus solidaire du pignon A, mais il faut le rendre solidaire du pignon S3, fou sur l'arbre secondaire de boîte S.
Pour que le crabotage puisse se faire dans de bonnes conditions, il faut que la vitesses angulaire su pignon fou S3 soit la même que celle du baladeur M1, donc de l'arbre de sortie S, laquelle variera assez peu durant le changement de vitesse, à causse de l'inertie du véhicule.
Soit wP la vitesse du primaire, wS celle de l'arbre se sortie et wI celle de l'arbre intermédiaire.
En prise directe: wP= wS= 3000 tr/mn par exemple,
après passage de la 3ème: wS# 3000 tr/mn,
wI# 3000 x n I3
____
n S3
et wP= wI x nB = 4500 tr/mn par exemple
_______
nS
Ceci ne peut être obtenu que par un double débrayage; cette opération est assez délicate pour un conducteur non expérimenté, c'est pourquoi ces boîte mécaniques sont munies de synchroniseur.
Quand il s'agit d'engager les deux parties du crabot, c'est ce que l'on veut obtenir de chacune d'elles, elles ne doivent avoir aucun déplacement relatif entre elles, c'est à cette seule condition que l'on pourra les accoupler sans heurt.
Pour obtenir cette condition, on va les synchroniser, c'est-à-dire, les amener progressivement à la même vitesse.
On y arrive en adjoignant au dispositif de crabotage un petit embrayage.
Celui-ci aura pour rôle d'amener progressivement la vitesse du pignon à celle du baladeur. L'ensemble du dispositif constituant le "synchroniseur".
Cet embrayage doit cependant répondre à certaines conditions pour son utilisation dans le boîte de vitesses:
- encombrement réduit,
- transmission de couples relativement importants,
- synchronisation rapide du pignon et du baladeur, le temps de passage des vitesses en dépendant directement.
Le type d'embrayage répondant le mieux à ces conditions d'utilisation est l'embrayage conçu avec cônes.
On a figuré très schématiquement un embrayage à friction plane et deux autres embrayage de conicité différente.
On peut voir que l'application (A), matérialisée par une flèche dans les 3cas est supérieure lorsqu'il s'agit d'embrayage conique pour un même effort axial (F).
Pour un même diamètre, on aura donc:
- la possibilité de transmettre un couple maximum plus important avec un embrayage conique,
- de même, l'application entre les surfaces de friction étant supérieure, on aura un accouplement plus rapide.
On peut remarquer que ces deux propriétés augmentent quand la conicité diminue.
Le couple maximum que peut transmettre un embrayage conique tant très supérieur à celui que peut transmettre un embrayage à surfaces planes, on a pu le ramener à des dimensions admissibles dans une boîte de vitesses.
Il suffira donc de choisir un embrayage avec une conicité telle qu'il donne les caractéristiques suivantes:
- quant à sa rapidité d'accouplement,
- quant au couple maximum qu'il peut transmettre,
- quant à son faible encombrement.
2° ) Réalisation
Pour obtenir des propriétés suffisantes quant au couple à transmettre et à l'encombrement, on utilisera une conicité minimum, mais quand même supérieure à celle pour laquelle on risquerait le coincement descônes de friction.
On choisit des matériaux permettant des conicités minimums, ayant donc de bonnes qualités de frottement et des propriétés anti-grippantes.
L'un des cônes (mâle ou femelle) est en acier, l'autre conçu avec un alliage généralement à base de cuivre ou d'aluminium ou avec un acier traité.
 | Au moment de l'accouplement, si on veut conserver les qualités de frottement de cette embrayage, il est nécessaire que la friction se fasse à sec. Or, tous les organes de la boîte de vitesses fonctionnent dans l'huile(projection ou barbotage). Cette difficulté est résolue en striant l'un des cône (mâle ou femelle). Ainsi le film se trouvant entre les cônes est déchiré. Sur certains cônes, même, des rainures latérales facilitent l'évacuation de cette huile. On a réalisé l'embrayage mais pour son utilisation dans la boîte de vitesses, il doit fonctionner entre le baladeur et le pignon, c'est-à-dire, au même niveau que le dispositif qui exécute le crabotage. |
Les deux opérations doivent cependant se faire successivement:
1°) Embrayage: synchronisation des vitesses du baladeur et du pignon.
2°) Crabotage: liaison rigide pignon -baladeur.
Ceci est réalisé par le synchroniseur simple.
3° ) Le synchroniseur simple
Ce synchroniseur simple est le dispositif élémentaire réalisant la synchronisation et le crabotage dans des conditions précisées précédemment.
Les synchroniseurs sont de petit s embrayages à cône, maintenus en prise au moyen de la commande de changement de vitesses, durant le temps nécessaire pour obtenir l'égalisation des vitesses à craboter.
Il y a de nombreux synchroniseurs. Ils peuvent être divisés en deux catégories:
- les synchroniseurs non positifs qui permettent le passage avant que la synchronisation absolue soit obtenue.
- les synchroniseurs positifs qui interdisent le passage tant que la synchronisation rigoureuse n'est pas obtenue.
Constitution mécanique d'un synchro
Synchroniseur Warner
Synchroniseur Warner
Le synchroniseur élémentaire est représenté sur la figure suivante.
P et H sont des pignons fous munis de crabots G et comportant une surface conique mâle, ils sont montés libres sur l'arbre secondaire S.
Ce dernier possède des cannelures sur lesquelles peut glisser le moyeu M qui est muni d'une surface conique femelle.
Le baladeur C possédant les dentures intérieures de crabotage F, est relié au moyeu M par les cannelures intérieures et de ce fait est entraîné par l'arbre secondaire S.
Le baladeur C est également muni d'une gorge sur sa surface extérieure pour recevoir une fourchette de commande de vitesses.
Des billes A poussées par des ressorts logés dans le moyeu viennent s'engager dans une gorge intérieure du baladeur C, ce qui freine son mouvement, le long de l'axe de l'arbre, par rapport au moyeu.
 |  |
On suppose qu'on agisse sur le levier de commande pour déplacer le baladeur C vers la gauche.
Étant donné que celui-ci est solidaire du moyeu par les billes A, l'ensemble baladeur - moyeu va vers la gauche en coulissant sur les cannelures de l'arbre.
L'ensemble du synchroniseur est étudié de telle sorte que tout d'abord la surface conique du moyeu vienne en contact avec la partie conique mâle du pignon P.
La force de frottement entre les deux surfaces coniques produit un couple qui agit sur le pignon P et tend à égaliser sa vitesses angulaire avec celle de l'arbre S.
Si on augmente la force sur la fourchette pour déplacer le baladeur C les billes A sont poussées vers l'intérieur du moyeu M et le baladeur C glisse sur le moyeu M.
Par la suite les dents F du baladeur viennent en prise sur les crabots G du pignon.
Ainsi le pignon devient solidaire de l'arbre S.
Les dentures G et F sont pourvues d'entrées prononcées pour faciliter l'engagement.
Le principal inconvénient de ce système est que pour solidariser le baladeur C avec un moyeu M, les ressorts doivent être assez durs, et que pour débloquer les deux pièces, il faut un effort assez important de la part du conducteur.
De plus , si le conducteur applique une grande force pour déplacer le baladeur, ce dernier peut glisser sur le moyeu, avant même que le pignon ait atteint la vitesse de rotation de l'arbre, ce qui entraînerait des chocs sur les dentures G et F. De ce fait, on appelle ce synchroniseur "synchroniseur non - absolu".
Korrigan- Localisation : Rouen
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Date d'inscription : 15/11/2009
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