Lyce professionnel Gaston Barr

Baccalaurat professionnel

MAINTENANCE des VEHICULES AUTOMOBILES

SESSION 2013-2014

La bote de vitesses

Nom :

Prnoms :

1 Le systme de transmission S32-1-

La bote de vitesses

Technologie

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1- Introduction

Organe existant pratiquement depuis le dbut de l'automobile, la bote de vitesses manuelle est l'automobile ce que le drailleur est au vlo.

Un moteur combustion interne tourne toujours beaucoup plus vite que les roues du vhicule qu'il propulse. La vitesse de ce vhicule est variable alors que le rgime de rotation de son moteur doit non seulement rester l'intrieur d'une zone comprise entre un maximum et un minimum, mais aussi le plus prs possible de son point de rendement le plus favorable. Il est donc ncessaire de prvoir un systme qui permette de varier le rapport des vitesses de rotation entre les roues et le moteur. La solution qui a t et qui reste encore la plus courante consiste prvoir une srie d'engrenages de nombres de dents respectifs diffrents enclos dans un carter tanche partiellement rempli d'huile. Un de ces rapports est slectionn en fonction des circonstances par le conducteur aprs que la liaison moteur - bote de vitesses ait t coupe en dbrayant. Ce procd a t si bien dvelopp et amlior au cours du sicle pass qu'il donne encore satisfaction aujourd'hui.

La transmission 6 rapports des Alfa Romo 147, 156 et 166

2 Le systme de transmission S32-1-

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Technologie

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2- Frontire dtude du systme et chaine cinmatique

Moteur combustion

interne

BOTE DE VITESSES

PONT

DIFFERENTIEL

ROUE

AR

BR

E

DE TR

AN

SMISSIO

N

AR

BR

E

DE TR

AN

SMISSIO

N

ROUE

EMB

RA

YAG

E

3 Le systme de transmission S32-1-

La bote de vitesses

Technologie

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3- Fonction globale

4- Les principales formes dune bote de vitesses

Bote et pont diffrentiel

monts ensemble

Bote transversale, monte sur la majorit des vhicules : 208, Clio

IV, C3, Golf,

Bote longitudinale monte sur les vhicules traction avant, exemple :

R25 V6 ou R21.

Boite avec pont diffrentiel

monts spars

Bote longitudinale, monte sur les BMW et

Mercedes

La bote de vitesses mcanique

Adapter les paramtres de couple et vitesse de rotation en fonction des

circonstances rencontres par le dplacement du vhicule

nergie mcanique dentre

P= C1 x 1

nergie mcanique de sortie P= C

2 x

2

A-0

Action du conducteur

Conditions climatiques

Conditions environnementales

Info. Feu de recul

Info. Vitesse vhicule

Pertes calorifiques et

bruit

nergie lectrique

4 Le systme de transmission S32-1-

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5- Constitution dune bote de vitesses 5.1. Vue interne

N Nom des pices 15 Pignon men de 3me

1 Arbre primaire 16 Pignon men de 2me

6 Fourchette de 3me/4me 17 Baladeur/synchroniseur de 2me/1re

avec la MA

8 Carter de boite de vitesses 19 Couronne de diffrentiel

11 Baladeur de 5me 22 Botier de diffrentiel 12 Pignon men de 5me 23 Arbre secondaire

5 Le systme de transmission S32-1-

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5/16 5.2. Vue dun ensemble de pignon

N Nom de llment 3 Baladeur de synchronisation 1re - 2me

1 Fourchette 4 Pignon denture droite (M. AR) 2 Baladeur de synchronisation 3me - 4me 5 Pignon dit fou denture hlicodale

5.3. Vue interne dun synchroniseur

N Nom de llment

1 Bille de verrouillage 5 Bague de synchroniseur

2 Cne femelle du moyeu 6 Crabot sur le pignon

3 Moyeu de synchroniseur 7 Cne male du pignon 4 Arbre de la bote de vitesses 8 Pignon fou sur larbre

1

2

5

4

3

6

8

7

6 Le systme de transmission S32-1-

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6- Principe de fonctionnement dune bote de vitesses 6.1. Introduction Dans une bote de vitesses, lorsque le vhicule se trouve au point mort : aucune vitesse nest engage, tous les pignons sont en rotation (sauf le pignon intermdiaire de marche arrire), ainsi que larbre primaire. Larbre secondaire nest donc reli aucun lment lui permettant dtre solidaire avec larbre primaire, consquence, les roues ne sont pas entranes par le moteur. Le passage dune vitesse seffectue par accouplement dun pignon li larbre primaire et dun pignon li larbre secondaire. Dautre part, le choix des vitesses est conditionn par la manuvre du conducteur sur le synchroniseur. Pour une meilleure comprhension, seuls les deux arbres sont extraits de la B.V. Sur la figure ci-dessus, tous les pignons de larbre secondaire sont monts libre en rotation et fixe en translation, ainsi que celui de 5me de larbre primaire. Le dispositif appel SYNCHRONISEUR a pour rle damener le pignon et le baladeur la mme vitesse de rotation avant le crabotage. Il permet :

dagir automatiquement sans intervention du conducteur, de rendre le passage des vitesses silencieux, dviter lusure anormale des crabots et leur rupture par chocs.

7 Le systme de transmission S32-1-

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7/16 6.2. La synchronisation

Le synchroniseur est un embrayage friction conique, de faible pente, car il permet pour un faible effort F , de transmettre un couple C trs important.

Reprsentation graphique Position et principe de fonctionnement

Point mort

En position repos ou Point Mort , le pignon est fou sur larbre, le baladeur et le moyeu sont solidaires et tournent la vitesse de larbre.

Synchronisation

Le conducteur sollicite, par lintermdiaire du levier de slection, le dplacement du baladeur. Le baladeur entrane, grce la pression des billes ; le moyeu jusquau contact de son cne femelle sur le cne mle du pignon. La friction des deux cnes a pour effet damener progressivement le pignon la mme vitesse de rotation que celle de lensemble moyeu-baladeur.

Verrouillage

Le pignon et le baladeur tournent maintenant la mme vitesse. Le conducteur, en exerant un effort plus important sur le levier de slection, dgage les billes du baladeur qui sengage alors dans les crabots du pignon fou.

F C

8 Le systme de transmission S32-1-

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Le synchroniseur de type Borg Warner Le synchroniseur type BORG WARNER est le plus rpandu et celui qui prsente le plus de variantes parce que chaque bureau dtudes utilisateur svertue lamliorer. Sur larbre primaire ci-dessous, le synchroniseur est compos :

- dun baladeur coulissant qui tourne la mme vitesse angulaire que larbre avec lequel il est li par cannelures. Son dplacement est command par une fourchette,

- dun moyeu, il est totalement li larbre, - les anneaux de synchro qui porte le cne femelle de friction, possdent

une denture extrieure identique aux crabots mle du pignon fou, - dun pignon fou qui porte le cne mle de friction.

Il a deux fonctions successives :

- galiser sa propre vitesse et celle du pignon fou mont sur larbre commun,

- se rendre solitaire de ce pignon fou afin de lui transmettre le mouvement de larbre (ou inversement).

Dcomposition

Pignon fou

Anneau de synchro

Baladeur

Moyeu

Synchroniseur

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9/16 6.3. Le systme de commande, de verrouillage et dinterdiction La commande

leurs extrmits, les axes de fourchettes possdent des encoches disposes les unes ct des autres. laide dun doigt articul sur le carter, le conducteur peut slectionner un axe et le dplacer pour engager un rapport.

Le verrouillage Il assure la position des axes pour viter quils ne se dplacent seuls, sous leffet des vibrations. Il informe le conducteur de faon sensitive de la position prise par laxe sollicit.

Verrouillage bille Verrouillage cliquet Linterdiction Le systme de verrouillage disque, permet dviter lventuel passage de deux vitesses en mme temps, ce qui aurait pour effet de bloquer la bote de vitesses, de rompre les pices et engendrer un accident d au blocage de lensemble de la chane cinmatique lors de la phase embrayage.

Systme au repos Systme en action

Encoche

Doigt de slection

Axe de fourchette

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10/16 6.4. Le systme de lubrification Dans la plupart des cas, la lubrification de la bote de vitesses est ralise par un graissage onctueux par barbotage. Une partie des pignons seulement est au contact du bain dhuile et celle-ci prleve en tournant, assure le graissage de la denture des pignons. La centrifugation de lhuile provoque une pulvrisation sur tous les organes et une projection importante sur les parois du carter. Ce contact avec le carter contribue pour une grande part au refroidissement de lhuile. Des rainures hlicodales pratiques sur les faces latrales des pignons, facilitent laccs de lhuile vers les axes et les paliers. Montage ci-dessous : Lubrification par bain dhuile, projections et ruissellement Maintenance : Contrle du niveau tous les 60 000 km ou tous les quatre ans, pas de vidange de prconiser. Pour tous les modles de vhicules, il faut imprativement respecter les prconisations constructeur tant au niveau de la priodicit dentretien quau niveau de la quantit et de la qualit de lhuile Exemple : Capacit : 1.9 litres

Viscosit : SAE 75W80

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11/16 7. Les calculs applicables la bote de vitesses La bote de vitesses et le rducteur participent la transmission de la puissance du moteur aux roues motrices. Ils ont plus particulirement pour tche de dlivrer aux roues motrices une puissance la jante " P," dont les facteurs "Cj" (le couple la jante) et "j" (la vitesse angulaire des roues) sont adapts aux conditions dvolution du vhicule souhaites par le conducteur. Notion de puissance La puissance est obtenue en divisant un travail donn par le temps coul pour leffectuer. De symbole P, elle sexprime en WATTS (W). Nota : 1 cheval vapeur = 736 watts ; 1 cheval est gal la puissance capable de soulever 1 mtre une masse de 75 Kg en 1 seconde. Dans le cas dun mouvement circulaire, la puissance se calcule selon la formule : Avec : C : couple moteur en Newton-mtres (N.m) : (Omga) vitesse de rotation en radians par seconde (rad/s)

La conversion des tours/minute (N) en rad/s () sobtient par : =

Applications : Voir les exercices N1-2-3 et 4 P 13-14 Notion de rapport de vitesse (RV) Cest le rapport entre le nombre de dents de larbre d'entre (dit MENANT ) sur le nombre de dents de larbre de sortie (dit MENE ) :

Z correspond au nombre de dents Remarque :

- Si RV est suprieur 1 on parle de multiplicateur, si R est infrieur 1 on parle de rducteur, - RV na pas dunit !!! Par habitude, toujours prendre 4 chiffres aprs la virgule.

Applications : Voir les exercices N5 et 6 P14

=

P= C x

12 Le systme de transmission S32-1-

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12/16 Notion de vitesses de sortie (S ou NS) Grce la valeur du rapport de vitesse, on peut dterminer, quelle sera la vitesse de sortie qui sera transmise aux arbres de transmissions grce la formule :

Applications : Voir les exercices N7 et 8 P 14-15 Notion de rapport de couple (RC) Ce rapport permet de calculer le couple en sortie de bote de vitesses. Il est inversement proportionnel au rapport de vitesse :

Z correspond au nombre de dents Remarque :

- RC na pas dunit !!! Par habitude, toujours prendre 4 chiffres aprs la virgule.

Applications : Voir les exercices N9 et 10 P15 Notion de couple de sortie (S ou NS) Grce la valeur du rapport de couple, on peut dterminer, quelle sera la couple de sortie qui sera transmise aux arbres de transmissions grce la formule :

Applications : Voir les exercices N11 12 et 13 P15

= ou =

=

=

13 Le systme de transmission S32-1-

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13/16 Exercices dapplication sur une Volkswagen Passat

1. Dans la fiche technique ci-dessus, coloriez, pour le moteur AJM :

- En bleu, le puissance maxi + rgime, - En vert, le couple maxi + rgime

2. partir des valeurs en vert, calculer la valeur de la puissance en Kwatts

P=C x avec ici : = (2x1900)/60 = 198,95 rad/s C=28,5 daN.m donc C = 285N.m Donc P = 285 x 198,95 = 56701Watts Soit 77,03 ch

3. partir des valeurs en bleu, calculer la valeur du couple en daN.m

Soit 115 ch = 84640 watts P=C x avec ici :

= (2x4000)/60 = 418,84 rad/s Donc C = P/ donc C = 84640/418,84= 202,08N.m Soit 20,21daN.m

Rappel des formules :

Rsultat :

Rappel des formules :

Rsultat :

14 Le systme de transmission S32-1-

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4. Que constatez-vous au niveau des valeurs trouves aux questions 2 et 3 ? Les puissances donnes par les constructeurs sont toujours les puissances maxi au rgime maxi. Par consquent, un conducteur lambda privilgiera toujours le couple maxi afin doptimiser la consommation. Du coup, la puissance utilis par le conducteur se rsumera la moiti de la puissance maxi

5. Votre Passat est quipe dune bote 012/01W. partir des donnes ci-dessous, calculer les rapports de vitesses en sortie darbre secondaire.

Combinaison de vitesses Nombre de dents sur

larbre primaire Nombre de dents sur

larbre secondaire Rapport de vitesse

1re 10 36 0,2778

2me 18 35 0,5143

3me 27 33 0,8182

4me 32 28 1,1429

5me 35 24 1,4583

M. AR 9 31 0,2903

Remarque : Pour la M.AR, le pignon intermdiaire compte 25 dents !!!!

6. Que remarquez-vous au niveau des valeurs de dents darbre primaire et secondaire, ainsi, que les valeurs de rapports trouvs ?

Plus le rapport augmente, plus le nombre de dents sur larbre primaire augmente. Et inversement sur larbre secondaire. Les rapports de vitesses, eux, augmentent au fur et mesure que la combinaison augmente.

7. Complter le tableau ci-dessous

A) Convertir 3000 trs/min en rad/s B) Sachant que le RV est de 0.2778, calculer s

314,60 rad/s

s=e x Rv soit : s = 314,6 x 0,2778 = 87,40 rad/s

C) Sachant que le RV est de 0.2778, calculer Ns

Ns=Ne x Rv soit : Ns = 3000 x 0,2778 = 833,4 trs/min

15 Le systme de transmission S32-1-

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8. partir des valeurs trouves en question 5, complter le tableau ci-dessous Combinaison de vitesses

Rapport de vitesse

Vitesse du moteur

Vitesse de larbre secondaire en Trs/min

Vitesse de larbre secondaire en rad/s

2me 0,5143

3000 trs/min

1542,9 161,57

3me 0,8182 2454,6 257,04

4me 1,1429 3428,7 359,05

5me 1,4583 4374,9 458,13 M. AR 0,2903 870,9 91,20

9. En reprenant les valeurs de la bote 012/01W, calculer les rapports de couple en sortie darbre secondaire.

Combinaison de vitesses

Nombre de dents sur larbre primaire

Nombre de dents sur larbre secondaire

Rapport de vitesse Rapport de couple

1re 10 36 0,2778 3.6

2me 18 35 0,5143 1.9444 3me 27 33 0,8182 1.2222

4me 32 28 1,1429 0.8750

5me 35 24 1,4583 0.6857

M. AR 9 31 0,2903 3.4444

10. Que remarquez-vous au niveau des valeurs RV et RC ? Plus les combinaisons des rapports augmentent et plus le rapport de vitesse augmente, laissant prsager un vhicule allant de plus en plus vite. Inversement pour le rapport de couple, les valeurs de ce dernier diminue au fur et mesure de la monte des combinaisons de la boite, laissant prsager un couple de plus en plus faible 11. Complter le tableau ci-dessous

Convertir 18,5 daN.m en N.m

18,5 daN.m = 185 N.m

Sachant que le Rc est de 3.6 en 1re, calculer le CS de larbre secondaire

Cs = Ce x Rc donc Cs = 185 x 3.6= 666 N.m

16 Le systme de transmission S32-1-

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16/16 12. Complter le tableau ci-dessous Combinaison de vitesses

Rapport de couple

Couple du moteur

Couple de sortie arbre secondaire en daN.m

Couple de sortie arbre secondaire en N.m

2me 1.9444

18,5daN.m

35,97 359,7

3me 1.2222 22,61 226,1

4me 0.8750 16,19 161,9

5me 0.6857 12,69 126,9 M. AR 3.4444 63,72 637,2

13. Que remarquez-vous au niveau des valeurs de couple de sortie en daN.m ? Plus les combinaisons augmentent et plus le couple de sortie diminue, privilgiant linverse, la vitesse du vhicule