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  • Quels sont les éléments de la boîte de vitesse ?

    La boîte de vitesse mécanique est constituée d'un arbre primaire, d'un arbre secondaire et d'un troisième arbre. Des pignons, crabots et synchroniseurs composent les éléments des différents rapports. Les fourchettes sont reliées au levier de commande.
  • Quels sont les différents types de boîtes de vitesses ?

    Actuellement, 3 types de boîtes de vitesses peuvent être installés sur les véhicules terrestres à moteur : la boîte de vitesses manuelle, la boîte de vitesses automatique et la boîte de vitesses séquentielle.
  • Comment calculer les rapports de boîte de vitesse ?

    Pour calculer la démultiplication, il suffit de faire le rapport entre les deux pignons engagés sur une vitesse. Ici, le schéma indique que la première vitesse est engagée avec un pignon de 16 pour l'arbre primaire et un pignon de 38 sur le secondaire.
  • La boîte de vitesses a un rôle de démultiplicateur de puissance entre le moteur et les roues. Le moteur a une puissance limitée et a besoin d'aide pour dépasser 40km/h. Plus concrètement, la boîte de vitesses coordonne la vitesse de rotation de ces deux éléments pour que les roues tournent plus vite.
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TP ATS BOITE DE VITESSES Série 3

BOITE DE VITESSES

CI6 : Chaînes de solides indéformables

CI9 : Solutions technologiques, matériaux, fabrication L"objet de ce TP est d"analyser une transmission de puissance par engrenages.

LYCEE EUGENE LIVET NANTES

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TP ATS BOITE DE VITESSES Série 3

BOITE DE VITESSES

1 MISE EN SITUATION1

L"automobile est aujourd"hui en quasi exclusivité mue par un moteur thermique. Ces moteurs ont des caractéristiques de fonctionnement (couple maximal et puissance) qui ne permettent pas leur couplage direct sur les roues des véhicules terrestres :

Leur rendement varie beaucoup avec le régime (en particulier aux très basses vitesses), et leur démarrage est délicat.

Ils ne tournent que dans un seul sens.

Le couple moteur est plutôt faible (600 N.m correspond à un gros moteur) ; de plus il est très inconstant dans la plage d"utilisation de ces moteurs.

Ces caractéristiques générales imposent pour l"usage d"un véhicule terrestre :

La possibilité de dissocier le moteur des roues du véhicule, pour les vitesses proches de l"arrêt : c"est en partie le rôle de

l"embrayage. Mais cela suppose que celui-ci puisse rester en position débrayée.

La possibilité d"inverser le sens de rotation au niveau des roues pour assurer la marche en arrière.

L"augmentation du couple disponible sur la roue (l"essieu moteur), le réducteur à engrenages étant la solution la plus

commune.

De plus, les conditions d"usage : arrêt court, limitation de vitesse, ralentissement, relief, imposent des allures de fonctionnement

différentes. Un véhicule doit donc disposer d"un organe de transmission de puissance proposant :

Un rapport nul (appelé point mort).

Un rapport de marche arrière.

Une ou plusieurs gammes de rapports étagés pour la marche avant. Il s"agit donc d"un ensemble de réducteurs disposés dans un même boîtier.

La dénomination " boîte de vitesses » est en partie erronée puisque, en réalité, son rôle est d"adapter le couple. Cette appellation

est liée aux premières machines industrielles qui recevaient l"énergie motrice d"un arbre moteur commun, animé par un moulin à

eau ou une machine à vapeur tournant à vitesse constante. Des systèmes de pignons permettaient le choix d"une vitesse de

fonctionnement. La dénomination anglo-saxonne est donc plus juste : gearbox (littéralement : boîte à engrenage), cependant,

toutes les boîtes de vitesses ne sont pas construites sur le principe de transmission par engrenages.

La technologie renaissante des véhicules électriques annonce l"abandon de cet organe de transmission. En effet les moteurs

électriques sont de plus en plus performants (couple important et compacité inégalée, rendement sans égal). Ils peuvent

dorénavant être directement implantés dans la roue, ce qui élimine tous les éléments de transmission (différentiel, cardans...).

L"objet de ce TP est d"analyser une transmission de puissance par engrenages.

2 ANALYSE FONCTIONNELLE DE LA BOITE DE VITESSES:

Question 1 Définir la fonction principale d"une boite de vitesses.

1 Source : Wikipedia

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TP ATS BOITE DE VITESSES Série 3

3 SCHEMATISATION DE LA BOITE DE VITESSE :

La boîte manuelle dite " à pignons toujours en prise » " à prise constante » est la plus utilisée de nos jours; elle se distingue sur

ce point des boîtes de machines outils qui disposent d"engrenages désaccouplés. Ce type de boîte est constitué généralement de deux arbres portant des pignons :

L"arbre d"entrée (ou primaire) lié à l"arbre moteur via l"embrayage, porte les pignons primaires fixes. Il y a autant de

pignons que de rapports de boîte.

L"arbre de sortie (ou secondaire) portant des pignons fous (engrenant respectivement avec un pignon de l"arbre

d"entrée), les systèmes de crabotage et les synchroniseurs.

Le troisième arbre n"intervient que pour la marche arrière. Il contient un pignon pouvant coulisser et s"intercaler entre

un pignon de l"arbre d"entrée et un autre de l"arbre de sortie ; ainsi, on dispose d"un engrenage de plus entre les deux

arbres (soit deux inversions de sens de rotation au lieu d"une), d"où la marche inversée. C"est le seul cas où l"engrenage

n"est pas toujours en prise.

L"arbre de sortie est lié au couple conique du différentiel, intégré au carter de la boîte (pour les véhicules à traction

avant) ou reporté sur le pont arrière (pour les véhicules à propulsion).

Le changement de rapport se fait par manipulation de coulisseaux actionnant crabots et synchroniseurs grâce aux

fourchettes de commandes liées temporairement au levier de vitesses.

Question 2 Réaliser le schéma cinématique de la boite de vitesses en position point mort (sans aucune vitesse

enclenchée).

Vous mettrez en évidence :

l"arbre d"entrée l"arbre de sortie les liaisons entre les arbres et le carter de boite de vitesses les différentes roues en prise et leur liaison avec les arbres les liaisons entre les arbres et les synchroniseurs les synchroniseurs seront modélisés par un rectangle avec la lettre S à l"intérieur. La synchronisation sera à schématiser comme ci- contre Remarque : Ne pas tenir compte de la marche arrière et donc de l"arbre intermédiaire.

Question 3 Sur le schéma précèdent, tracer la chaîne de transmission de puissance pour le rapport de 1

ère vitesse.

Question 4 Noter sur le schéma cinématique le nombre de dents Z i de chaque roue dentée i donnée dans la notice. S S

PIGNON

ARBRE

SYNCHRONISEUR

Liaison

àdéfinir Liaison à

définir Lycée Livet (Nantes) 4 / 8 3 tp boite de vitesses -transmission du puissance.doc

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4 TRANSMISSION DE PUISSANCE PAR ENGRENAGE

Question 5 Déterminer les rapports de réduction de la boite de vitesses pour les différentes positions du levier de

vitesses. Question 6 Déterminer le rapport entre l"arbre secondaire et l"arbre de sortie de boite.

Question 7 Sachant que la roue a un développement théorique de 2 m, tracer les courbes V=f(N) pour les différents

rapports de la boite de vitesses pour N compris entre 1000 et 5000 t/mn. (V: vitesse du véhicule, N :

fréquence de rotation du moteur)

5 ANALYSE DES LIAISONS

Question 8 Nommer et analyser la réalisation les liaisons suivantes, en décrivant les surfaces les réalisant et les éléments

rapportés normalisés (nombre, désignation) y participant : la liaison fourchette de sélection - arbre de fourchette de sélection la liaison arbre de fourchette de sélection - carter

6 CHOIX DE MATERIAUX

Question 9 A l"aide du Guide des Sciences et Technologie Industrielles, définir le matériau et le mode d"obtention des

bruts pour les pièces suivantes : carter pignon fourchette de sélection axe de fourchette de sélection Lycée Livet (Nantes) 5 / 8 3 tp boite de vitesses -transmission du puissance.doc

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ANNEXE 1 : PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT2

2 Source Wikipedia

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ANNEXE 2 : COURBE CARACTERISTIQUE D"UN MOTEUR3

Remarque : La consommation indiquée est la consommation spécifique. La consommation spécifique est la quantité de

carburant nécessaire au moteur (en gramme) pour délivrer une puissance de 1 kW pendant 1 heure.

3 Source Wikipedia

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ANNEXE 3 : SCHEMA DE STRUCTURE DE LA CHAINE DE TRANSMISSION ROUE

GAUCHE

ARBRE DE

TRANSMISSION

GAUCHE

DIFFERENTIEL

BOITE DE

VITESSES

ARBRE DE

TRANSMISSION

DROIT ROUE

DROITE

VILEBREQUIN

EMBRAYAGE

zone étudiée Lycée Livet (Nantes) 8 / 8 3 tp boite de vitesses -transmission du puissance.doc

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ANNEXE 4 : DONNEES TECHNIQUES

1ere 2e 3e 4e 5e couple

réducteur

Vitesse en km / h

à 1000 tr / mn moteur

P.S.A. Primaire 12 21 29 40 43 14

Secondaire 41 38 37 39 33 61

RENAULT Primaire 11 20 25 30 34 15

Secondaire 41 39 32 30 28 61

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