Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
B

boîte de vitesses (suite)

Cette loi théorique n’est jamais rigoureusement observée. D’une part, on doit pouvoir monter toutes les côtes en première, ce qui conduit à augmenter la valeur initiale de la démultiplication pour permettre au moteur de tourner plus vite. D’autre part, le rendement du changement de vitesse, qui est égal à 1 en prise directe, diminue lorsqu’on passe sur la combinaison immédiatement inférieure. On compense le travail perdu en diminuant légèrement la vitesse de translation maximale correspondant à ce rapport.


L’évolution du changement de vitesse

Le principe de fonctionnement du changement de vitesse est immuable, et le mécanisme comprend toujours un arbre primaire animé par le vilebrequin du moteur, dont il peut être momentanément désolidarisé par débrayage, et un arbre secondaire qui communique son mouvement aux roues motrices par l’intermédiaire du pont arrière à différentiel. Les perfectionnements que l’on a apportés à ce mécanisme portent sur un meilleur rendement mécanique, un plus grand silence de fonctionnement, un encombrement réduit et une manœuvre simplifiée. La tendance actuelle est de recourir à des solutions automatiques soit hydrauliques soit mécaniques.


Boîte à pignons et baladeur

Le premier changement de vitesse à pignons fut réalisé par l’ingénieur Emile Levassor (1844-1897) pour le compte de Louis René Panhard (1841-1908). L’arbre primaire, cannelé, portait des pignons commandés, dans leur glissement le long des cannelures, par un manchon que manœuvrait la fourchette du changement de vitesse et que l’on appelait baladeur. L’arbre secondaire supportait le même nombre de pignons que l’arbre primaire, et la mise en prise successive de chaque paire de pignons était assurée par le baladeur.


La prise directe de Renault

Le système à baladeur présentait le grave défaut d’exiger une prise de deux pignons même lorsque les vitesses angulaires des deux arbres étaient égales entre elles. Cette opération entraînait une perte de rendement qui fut évitée lorsque Louis Renault (1877-1944) inventa le mécanisme de prise directe, où l’arbre secondaire est en liaison directe avec l’arbre primaire. En ce cas, l’arbre primaire est, en quelque sorte, dédoublé par un troisième arbre introduit dans la boîte, appelé arbre intermédiaire et qui porte tous les pignons menants nécessaires pour réaliser les démultiplications successives. L’arbre primaire ne comporte qu’un pignon menant en prise constante avec un pignon mené qui communique son mouvement à l’arbre intermédiaire. L’arbre primaire est alésé pour contenir un palier, et il se termine par un crabot mâle, ou couronne à denture extérieure. L’arbre secondaire, situé dans son prolongement, porte un crabot femelle composé d’une couronne de même diamètre munie d’une denture intérieure. Le baladeur permet de solidariser les deux crabots en réalisant la prise directe, qui s’effectue sans perte de puissance.


Le double baladeur de Maybach

Pour éviter le couplage simultané de deux paires de pignons, les arbres de la boîte doivent être assez longs. Sous l’action des pressions radiales qui s’exercent sur les dents des pignons, ces arbres se déforment, provoquant une perte de rendement et un accroissement du bruit. L’ingénieur allemand Wilhelm Maybach (1846-1929), qui fut le principal collaborateur de Gottlieb Daimler, imagine alors le double baladeur, dans lequel la fourchette de commande se déplace dans un plan longitudinal et dans un plan perpendiculaire, ce qui lui permet d’attaquer la face du baladeur, à double rôle, qui convient. Tous les changements de vitesse actuels sont du type à baladeurs multiples.


Les pignons toujours en prise et le crabotage

Le silence de fonctionnement n’est assuré que si l’on adopte des pignons à taille hélicoïdale. Mais ceux-ci présentent l’inconvénient de ne pouvoir coulisser que sur des cannelures de même pas, ce qui complique l’usinage. Pour l’éviter, on laisse les pignons toujours en prise, et les changements de combinaison s’effectuent par crabotage. Avec une boîte à quatre vitesses, dont une prise directe, les trois pignons donnant les différents rapports sont clavetés sur l’arbre intermédiaire et sont en prise avec leurs homologues, portés par l’arbre secondaire. Ces derniers sont montés fous, mais ils sont équipés d’une seconde denture de crabotage prévue sur l’autre face. En coulissant sur les cannelures de l’arbre secondaire, les baladeurs engagent le pignon du secondaire, déterminant le rapport désiré.


La synchronisation

Un crabotage ne peut être opéré que si les deux arbres à solidariser sont animés de la même vitesse. En cas contraire, il y a choc des dents entre elles, ce qui entraîne leur usure rapide. La synchronisation est l’opération qui a pour but d’empêcher l’action du crabotage tant que l’égalité de vitesse des deux arbres n’est pas réalisée. Elle est effectuée par un embrayage tronconique dont le crabot synchroniseur est équipé. La fourchette de commande fait coulisser le cône femelle que porte le crabot pour l’amener en contact avec le cône mâle situé sur l’engrenage, qu’il s’agit de solidariser. Parmi les diverses réalisations actuelles, l’une des plus utilisées est celle de Porsche, et la synchronisation de toutes les vitesses de la boîte tend à se généraliser.


L’Overdrive

Certains changements de vitesse comportent une combinaison supérieure dite surmultipliée, parce qu’elle donne une démultiplication du couple. Cette solution est intéressante, car elle permet, sur terrain plat, d’obtenir une marche à vitesse de croisière élevée et constante pour une consommation en carburant diminuée. En revanche, les accélérations sont faibles et, dès que les résistances passives augmentent, il faut revenir sur la combinaison immédiatement inférieure. La technique anglaise s’est efforcée de concilier qualité et défaut en créant l’Overdrive, utilisé également aux États-Unis. C’est une vitesse surmultipliée qui s’ajoute au changement de vitesse habituel et dont le fonctionnement repose sur l’utilisation l’un train d’engrenages épicycloïdaux commandé par la position de l’accélérateur.