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  • Publié le : 4 janvier 2011
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La boîte de vitesse

Située en aval de l'embrayage, une boîte à vitesses comporte un certain nombre de rapports avant (5 ou 6 sur une voiture moderne et 10 à 16 sur un 40 tonnes), rapports dits de démultiplication (réduction) ou de surmultiplication, ainsi qu'une marche arrière.

Ces rapports sont engendrés par des engrenages qui constituent des systèmes de leviers rotatifs. Un pignon de 10dents entraînant une roue de 40 dents réalise un rapport de démultiplication de 4, c'est à dire que la roue dentée tournera 4 fois moins vite que le pignon. Comme la puissance est le produit du couple multiplié par la vitesse de rotation, il en résulte que le couple de la roue de 40 dents sera, si l'on néglige les pertes par friction, 4 fois plus important que le couple appliqué sur le pignon de 10dents.

Pour clarifier, laissons les roues motrices convertir ce couple en force de traction. Cette force est proportionnelle au couple exercé sur lesdites roues. Donc, toutes conditions étant par ailleurs égales, la force de traction est proportionnelle au rapport de boîte. On en déduit aussi que la vitesse du véhicule est inversement proportionnelle au rapport de démultiplication.

Unegrande force de traction est nécessaire pour démarrer un lourd véhicule en montée, donc un rapport de démultiplication important (dit "court"). Pour que le moteur ne mouline pas à son régime maximum lorsque le véhicule est lancé en vitesse de croisière et que la force de traction nécessaire est réduite, il faut au contraire un rapport dit "long" – qui peut être surmultiplié.

Et entre ces deuxextrêmes, toutes sortes de conditions surviennent et chacune nécessiterait un rapport différent. En pratique, on se contente de compromis car on ne peut multiplier à l'infini le nombre de rapports d'une transmission à engrenages, ne serait-ce que du fait que les nombres de dents doivent nécessairement être entiers.

Les boîtes à vitesses automobiles ont des engrenages constamment en prise, mais dontl'un des deux pignons est monté fou (il peut tourner indépendamment) sur son arbre. Au point mort, aucun des engrenages n'est solidarisé avec deux arbres. Les baladeurs sont, eux, entraînés par leur arbre tout en pouvant coulisser axialement sur celui-ci. Le levier de vitesses actionne les axes (1) sur lesquels sont fixées les fourchettes (2, 3, 4) dans lesquelles tournent les baladeurs. Chaquefourchette est actionnée par un axe différent, et lorsqu'on déplace le levier transversalement au point mort, on passe d'un axe de fourchette à l'autre et on se met ainsi en position de commander un autre baladeur. Sur l'image, les baladeurs 2 et 4 sont au point mort alors que le 3 a été engagé en déplaçant le levier longitudinalement. Avant d'engager un baladeur il faut nécessairement dégagerl'autre, donc ramener le levier au point mort.

Les pignons de l'arbre 5 sont tous solidaires de leur arbre, qui pourrait être sur cette figure soit l'arbre primaire (d'entrée) s'il s'agissait d'une boîte sans prise directe, soit l'arbre intermédiaire (dit aussi "train fixe") s'il s'agit d'une boîte avec prise directe, comme (ci-dessous) la boîte à 5e rapports Alfa-Roméo des années 60-70.

Dans cecas, la boîte comporte 3 arbres:

- le primaire entraîné par son extrémité cannelée qui s'insère dans le disque d'embrayage.

- l'intermédiaire, ou train fixe, qui est un arbre de renvoi.

- le secondaire, ou arbre de sortie sur lequel tous les baladeurs sont montés.

(Cliché Alpha Auto)

Les pignons fous sur leur arbre tournent à des régimes différents. Pour pouvoir engager les dentsd'un baladeur sur les dents d'un pignon, il faut synchroniser ces régimes, et c'est là le rôle des anneaux de synchronisation, dits "synchros", sortes de petits embrayages à cônes montées de chaque côté des baladeurs. Si la boîte est dépourvue de synchros ou s'ils sont très usés, c'est au conducteur de synchroniser les régimes au moyen d'un double débrayage.

1. Fourchette

2. Baladeur avec...
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