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 10 dents 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 10 dents.

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.

Une grande 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 deux extrêmes, 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 dont