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boîte de vitesses

Boîte de vitesses
Boîte de vitesses

Carter contenant le mécanisme de changement de vitesse ; ensemble des organes de ce mécanisme.

AUTOMOBILE

La valeur optimale du couple moteur permet de maintenir un véhicule automobile en mouvement uniforme, à vitesse normale, sur une route horizontale.

Historique

Les premières boîtes remontent à 1887 (Benz) ; dotées de trains épicycloïdaux, elles offraient deux vitesses avant et une arrière. Elles ont connu, sous une forme perfectionnée, une certaine extension aux États-Unis entre les deux guerres, où elles sont encore employées sur les voitures à transmission automatique (toutefois, elles ne permettent que trois vitesses avant). Une autre boîte, datant de 1894 (Daimler et Maybach) et utilisant un arbre de renvoi et des pignons coulissants, a équipé la majorité des voitures de 1900 à 1955.

Fonctions de la boîte de vitesses

En utilisant le moteur à son régime optimum, la fonction de la boîte de vitesses est :
– de réduire la vitesse tout en augmentant le couple transmis aux roues motrices, afin de démarrer le véhicule, gravir les côtes, ou effectuer les manœuvres en marche avant ;
– d'inverser le sens de rotation afin de permettre les manœuvres en marche arrière ;
– de désaccoupler la transmission du moteur (mettre au point mort).

Structure d'une boîte de vitesses

Une boîte de vitesses est constituée de plusieurs couples de roues dentées, chaque couple constituant un engrenage. La première roue (ou pignon) de chaque engrenage est fixée sur l'arbre primaire mis en mouvement par le moteur, et tourne en permanence avec lui ; l'autre roue est fixée sur un manchon monté sur un arbre secondaire, parallèle à l'arbre primaire ; l'embrayage étant normalement en position « embrayé », tous les pignons sont en rotation. Les diamètres, et par conséquent le nombre de dents, des roues de chaque engrenage sont déterminés pour que les pignons de l'arbre secondaire soient toujours entraînés, et que les rapports des vitesses de rotation obtenues soient correctement étagés. Les roues sont à denture hélicoïdale, ce qui diminue l'usure et assure un bruit de fonctionnement minimal ; l'ensemble des engrenages tourne dans de l'huile.

Passer une vitesse

L'enclenchement d'un rapport se fait en rendant solidaires le manchon sur lequel est fixée la roue dentée correspondant à ce rapport, et l'arbre secondaire. Un manchon « baladeur » coulissant dans des cannelures de l'arbre secondaire est muni d'une gorge dans laquelle est engagée une fourchette de commande. Quand le conducteur agit sur le levier de changement de vitesse, il provoque un déplacement de la fourchette correspondant à la vitesse engagée ; le baladeur vient s'appliquer contre la roue dentée correspondante, d'abord par des surfaces coniques qui constituent un embrayage destiné à amener les deux organes à la même vitesse de rotation (opération de synchronisation), puis des dents, les crabots, engrènent enfin, transmettant le mouvement de la deuxième roue dentée à l'arbre secondaire.

Une prise de mouvement sur l'arbre de sortie est reliée au compteur tachymétrique Avec la disposition la plus fréquente actuellement, moteur monté transversalement et traction par les roues avant, l'arbre secondaire est aussi l'arbre de sortie, et transmet son mouvement de rotation directement au différentiel puis aux arbres des roues.

Les boîtes automatiques

Les transmissions automatiques réunissent un convertisseur de couple hydraulique et une boîte de vitesses à trains épicycloïdaux. Un train épicycloïdal comprend : un pignon, un planétaire à denture intérieure, et, s'imbriquant avec le pignon et le planétaire, plusieurs satellites montés sur un porte-satellites mobile en rotation autour de l'arbre primaire.

Le mouvement moteur peut être appliqué à l'un ou l'autre de ces trois éléments ; suivant qu'un autre élément est fixe ou que le pignon et le planétaire sont solidarisés, on obtient des rapports de transmission différents, et même une inversion du sens de rotation c'est-à-dire la marche arrière.

Ces immobilisations ou solidarisations sont obtenues par des embrayages multidisques fonctionnant dans de l'huile, et par des freins. Des capteurs intègrent différents paramètres (vitesse de rotation du moteur, action sur l'accélérateur, position du sélecteur de vitesses, vitesse du véhicule) et un automate commande le fonctionnement de la boîte soit par un système hydraulique lui aussi, soit électroniquement.

Le sélecteur permet au conducteur le choix du mode de fonctionnement de la transmission : position parking avec blocage mécanique de l'arbre de transmission, marche arrière, position neutre (point mort), automatisme intégral, choix du rapport supérieur maximal afin d'obtenir un couple plus élevé,ce qui revient à une sélection manuelle des vitesses. Du fait de l'emploi d'un convertisseur hydraulique, un léger glissement apparaît ; certaines boîtes automatiques modernes offrent une prise directe entre les arbres d'entrée et de sortie du convertisseur, améliorant ainsi le rendement.

Très répandues aux États-Unis et au Canada, où les boîtes manuelles sont disponibles sur option, les transmissions automatiques le sont beaucoup moins en Europe ; le surcoût important à l'achat, un léger supplément de consommation de carburant et des conceptions différentes de la conduite automobile en sont la cause. Et pourtant, l'agrément de conduite, l'absence totale de surgissement, une plus grande longévité des organes mécaniques sont des avantages indéniables.

Applications industrielles de la boîte automatique

Le système « Easy » conçu par Renault et Automative Products et proposé par Renault d'abord sur la Twingo, puis sur la Clio et même sur la gamme de camions Renault VI a consisté à supprimer la pédale d'embrayage, tout en conservant une boîte de vitesses manuelle. Il se compose d'un groupe électropompe, d'un récepteur, de trois capteurs (levier de vitesses, charge moteur, rapport engagé), et d'un calculateur. Le capteur placé sur le levier de commande de boîte transmet au calculateur l'intention du conducteur de « passer une vitesse » ; le calculateur commande l'embrayage par l'intermédiaire d'un système hydraulique.

Avantages de la boîte automatique

Le démarrage est en toutes circonstances très progressif ; on ne ressent plus aucun à-coup au passage des rapports, et le risque de caler le moteur est supprimé, même dans les démarrages en côte les plus difficiles. Des sécurités interdisent tout surrégime en cas de sélection d'un mauvais rapport, et un autodiagnostic vérifie en permanence l'environnement du système et autorise dans les cas extrêmes un fonctionnement en mode dégradé.

Autres applications de la boîte de vitesses

Les boîtes de vitesses à commande manuelle ou automatique sont également très employées dans les machines-outils et sur les engins de chantier. Des systèmes à variation continue de vitesse (et donc de couple), à courroie et poulies de diamètre variable, sont employées sur des vélomoteurs, sur quelques voitures (anciens modèles DAF), et certaines machines-outils.