boite des vitesses manuelles

12 CPA /CM /FM H.ABOUCHADI 1

Boite de vitessesBoite de vitesses

Boite de vitesses tagsEmbrayage de coupure

Couple rgulier (moteur shunt)

AutoAuto--tamponneusetamponneuse

Architecture des transmissionsArchitecture des transmissionsIntroduction Introduction




Optimiser les ressources

VTTVTTSe dplacer sans dpenser trop dnergie

BesoinBesoin

Pdaler dans la semoule

Fournir plus deffort

100 tr/mn

nmaxn faible

Adapter le couple vitesse variableDrailleur 21 vitesses (3 plateaux; 7 pignons)

SolutionSolution

Courbe caractristique de couple

Introduction Introduction Architecture des transmissionsArchitecture des transmissions



VTTVTT

11,52Rapport

22 dents22 dents22 dentsPignon

22 dents33 dents44 dentsPlateau

Drailleur 21 vitesses (3 plateaux; 7 pignons)





Adapter la plage du couple limit du moteur combustion interne la vitesse de dplacement.

BesoinBesoin

Le moteur combustion interne tourne jusqu7000 tr/mn. le rgime moteur est rduit en deux tapes:

N.BN.B

11-- En fonction du rapport choisit dans la boite de vitessesEn fonction du rapport choisit dans la boite de vitesses22-- En fonction du rapport du rEn fonction du rapport du rducteur final (Pont)ducteur final (Pont)

Courbe couple / rCourbe couple / rgime moteurgime moteur

VoitureVoiture




Courbe couple / vitesse du vCourbe couple / vitesse du vhiculehicule

A chaque rgime correspond une vitesse de dplacement du vhicule (fonction du rapport de transmission et du primtre du pneu)

LorsquLorsquun dun dveloppement de puissance maximum est requis, les points de passaveloppement de puissance maximum est requis, les points de passages sont placges sont placs aux rs aux rgimes gimes limites.limites.

Pour une conduite confortable et Pour une conduite confortable et conomique les points de passage sont placconomique les points de passage sont placs plus bas que les rs plus bas que les rgimes limites.gimes limites.

VoitureVoiture




En raison de la conception du moteur combustion:

NNcessitcessit ddun embrayage de coupureun embrayage de coupure

VoitureVoiture Le moteur doit tourner une vitesse minimale pour ne pas caler

A larrt, la chane cinmatique entre le moteur en rotation et les organes de transmission doit tre interrompue

Dans le cas dune boite de vitesses manuelle, Lembrayage doit : Patiner au dPatiner au dmarrage pour surmonter la diffmarrage pour surmonter la diffrence de rrence de rgimegime SSparer le moteur des organes de transmission car le parer le moteur des organes de transmission car le changement de vitesse nchangement de vitesse nest possible quest possible quen absence de chargeen absence de charge




ChaChane cinne cinmatique dmatique dun vun vhiculehicule

MoteurMoteur

Embrayage de Embrayage de coupurecoupure

BDVBDV

Arbre de Arbre de transmissiontransmission

Pont Pont arriarrirere

Architecture des transmissionsArchitecture des transmissions



MoteurMoteur


BDVBDV

Pont Pont avantavant

Moteur situMoteur situ sur lsur lessieu moteuressieu moteur

ChaChane cinne cinmatique dmatique dun vun vhiculehicule Architecture des transmissionsArchitecture des transmissions



MoteurMoteur


BDVBDV

Arbre de Arbre de transmissiontransmission

Pont Pont ArriArrirere

Pont Pont AvantAvant

Boite de Boite de transferttransfert

VVhicule hicule 4 roues motrices4 roues motricesLa boite de transfert permet de rLa boite de transfert permet de rpartir la force motrice entre les roues avant et arripartir la force motrice entre les roues avant et arrirere





Cas dCas dun vun vhicule traction (roues motrices hicule traction (roues motrices llavant)avant)

m Rbi

Rbi : ime rapport de la boite

m : vitesse de rotation du moteur





Cas dCas dun vun vhicule propulsion (roues motrices hicule propulsion (roues motrices llarriarrire)re)

m Rbi Rp

Rbi : ime rapport de la boiteRp : rapport du pont

m : vitesse de rotation du moteur




pbi

mrrr RR

rrV.

.. ==

p

rbi RV

rNR.

...12,0 =

p

mrbi RV

rR..=

N : frquence de rotation du moteur en tour/mn

V : vitesse du vhicule en Km/h

Pour des roues de rayon rr

m : vitesse de rotation des roues




LeLe moteurmoteur, , llembrayage de coupureembrayage de coupure et et la boite de vitessesla boite de vitesses constituent constituent le groupe motopropulseurle groupe motopropulseur

MoteurMoteur


BDVBDV



Boite de vitessesBoite de vitesses Calcul du rapport supCalcul du rapport suprieurrieur

Pour une accPour une accllration nulle et sur un sol plat ration nulle et sur un sol plat

Permet dobtenir la vitesse maximale un rgime tel que la puissance soit proche de la puissance maximale.

Son choix est un compromis entre des acclrations acceptables et une moindre consommation.

+

=6,3

...6,3

....21.

3

0

VgMKVCSP rxct



( ) 0..01055,0005,0

6,3..

6,3

10.53,9.....21

max3

3

7

0

=

++

+

PVp

gMVpgMCS

t

x

Pour avoir une estimation de Vmax , nous prenons Pc = Pmax (Puissance maximale du moteur (W))

SiSi RRrr est fonction de la pression de gonflage des pneumatiquesest fonction de la pression de gonflage des pneumatiques

0... max3 =+ PVBVA tSoitSoit

Calcul du rapport supCalcul du rapport suprieurrieur



R5 = ( 0,12.N..rr ) /V

Vmax = r . rrr = .Nr /30 Nr = N/Ri Ri =Rp.Rbi

(Boite (Boite cinq rapports + la marche arricinq rapports + la marche arrire)re)

Le rapport supLe rapport suprieur estrieur est

VrNRR rpb...12,0.5

=




En thorie, Rb5 est choisi de telle sorte que la courbe de rsistance lavancement passe par le maximum de la courbe de puissance.

Remarques :

Favoriser des conomies de carburant

Vrifier si le moteur fonctionne dans un espace de consommation minimum (courbes diso consommation)

Favoriser les acclrations

Calcul de la puissance nCalcul de la puissance ncessaire cessaire llavancement du vavancement du vhicule hicule pour des vitesses de pour des vitesses de 9090 120 Km/h120 Km/h

Le rLe rgime de rotation gime de rotation NN > au rau rgime de puissance maximalegime de puissance maximale

Le rLe rgime de rotation gime de rotation NN < au rau rgime de puissance maximalegime de puissance maximale




Autres relationsAutres relations ::

A.V3+B.V2+C.V+D = 0 (Cas ou la r(Cas ou la rsistance au roulement sistance au roulement RRrr est fonction de la vitesse de 110 est fonction de la vitesse de 110 200 Km/h)200 Km/h)

AvecAvec ::

A = 0,0107167.0 .S .CxB = 1,703.10-4.M

C = 0,0177125.M (plat)

C = 0,0177125.M+M.g.sin(arctg (i/100)) (pente)

D = t .Pt


10


Boite de vitessesBoite de vitesses Calcul du rapport infCalcul du rapport infrieurrieur

Le choix de ce rapport est en gLe choix de ce rapport est en gnnral un compromis entreral un compromis entre ::

une volont de dmarrage dans une pente donne charge maximale.

des conditions de conduite agrable . le maximum du couple fourni la roue

ne doit pas dpasser le couple maximum transmissible par adhrence.



G

N2

N1

TR1

R2

a

bL

M.g

X

Y

H

hg

Ra

C1

C2

VVhicule hicule traction avant traction avant

Calcul du rapport infCalcul du rapport infrieurrieurCalcul du couple transmissible par adhCalcul du couple transmissible par adhrencerence

11



HypothHypothsese :: la rsistance arodynamique Ra est applique en G

Application du principe fondamental de la dynamiqueApplication du principe fondamental de la dynamique

RRsultante sultante

en projection sur laxe X : T - Ra - M.g.sin - R1 - R2 - M. = 0en projection sur laxe Y : N1 + N2 - M.g.cos = 0

Moment au pointMoment au point HH en projection sur laxe Z :

N1.L + (T R1 R2).hg M.g.b.cos + C1 + C2 = O

Calcul du rapport infCalcul du rapport infrieurrieurCalcul du couple transmissible par adhCalcul du couple transmissible par adhrencerence



Si on considSi on considre que re que

R2

12



Calcul du couple transmissible par adhCalcul du couple transmissible par adhrencerence

( ) tghL

rfbgMNg

rr

...cos..1 +

lleffort maximal transmissible par adheffort maximal transmissible par adhrence estrence est

Tmax = N1.tg + R1R1

13



La valeur calcule de Rb1.Rp correspond au couple maximal transmissible sans quil yait patinage des roues. Une fois le choix de Rb1.Rp le plus proche de celui calcul (nombre de dents) on recalcule :

le couple maximal transmissible le couple maximal transmissible la jantela jante : Cmax,ad = Cm.t.Rb1.Rplleffort de traction maximal effort de traction maximal la jantela jante : Tmax = Cmax,ad /rr

la force disponible la force disponible llaccaccllrationration : Fa = Tmax - Rala vitesse du vla vitesse du vhicule pour un rhicule pour un rgime moteur de 1000 gime moteur de 1000 tr/tr/mnmn : (servira pour le calcul de la puissance administrative)

pb

r

RRrV

...120

11

=

Calcul du rapport infCalcul du rapport infrieurrieurRemarquesRemarques



Le rapport de pont Rp est constant, sa dtermination se fait par des essais et de lexprience. Il est approxim par : Rp = Rb10,5.

99 du nombre de dents des engrenagesdu nombre de dents des engrenages99 des normes de bruitdes normes de bruit99 de lde lencombrement de la boite de vitessesencombrement de la boite de vitesses

RemarquesRemarques

Cette valeur est donnCette valeur est donne e titre indicatif car elle ne tient pas comptetitre indicatif car elle ne tient pas compte ::

Calcul du rapport infCalcul du rapport infrieurrieur

14


Boite de vitessesBoite de vitesses VVrification de la tenue de lrification de la tenue de lembrayageembrayage

LLnergie thermique dissipnergie thermique dissipe au de au dmarrage a pour expressionmarrage a pour expression

( )( )( )( ) ( )( )( )( )( )rrpbmt pbrm fiarctggMrRRCRRrMnNC

E += 100/sin../....180./....

1

1

E : nergie dissipe au dmarrage (Joules)Cm : couple moteur maximalN : frquence de rotation du moteur au dbut de lembrayage = 4000 tr/mnn : frquence de rotation du moteur la fin de lembrayage = 2000 tr/mnrr : rayon de la roue (mtre)Rb1.Rp : rapport de dmultiplication entre le moteur et les rouest : rendement de la transmissioni : pente de la route en %M.g : poids du vhicule (Newton)fr : coefficient de rsistance au roulement du vhicule



La tenue de lLa tenue de lembrayage est correct siembrayage est correct si

35,2 EE

c

Ec : nergie donne par le constructeur pour chaque type dembrayage

VVrification de la tenue de lrification de la tenue de lembrayageembrayage

15


Boite de vitessesBoite de vitesses Choix des rapports intermChoix des rapports intermdiairesdiaires

Le choix des rapports intermdiaires est conditionnpar la disponibilit dune puissance suffisante pour gravir des pentes ou pour acclrer.

Estimation mathEstimation mathmatique matique

DDtermination pratique termination pratique Utilisation des progressions arithmUtilisation des progressions arithmtiques et gtiques et gomomtriques triques

Difficile Difficile modmodliser mathliser mathmatiquement (voir exemple) matiquement (voir exemple)

- Consommation plus haute- Bruit- Vitesse de pointe

- Moins bonnes reprises- Moins bonne acclration- Oblig de rtrograder pour acclrer

Inconvnients

+ Acclration+ Reprise

+ Economie de carburant+ Silence+ Vitesse de pointe

Avantages

Boite courteBoite longue



la puissance administrative la puissance administrative 48,1

.0458,0

=KCmPa

m = 0,7 pour les moteurs diesels ; 1 pour les moteurs essences

C : cylindre totale du vhicule en Cm3

K = (V1+V2+V3+V5 )/4 si V5 1,25.V4 (Boite de vitesse performante)K = (V1+V2+V3+1,25.V4 )/4 si V5 > 1,25.V4

Si Pm> 100 Kw la valeur maximale de K est fixe 21 Km/h.

DonnDonne du cahier des charges e du cahier des charges

Si Pa = 9,49 le vhicule est considr comme un 9 CVSi Pa = 9,5 le vhicule est considr comme un 10 CV

Choix des rapports intermChoix des rapports intermdiairesdiaires

16



Connaissant Rb1 et Rb5 le calcul donne

Progression arithmProgression arithmtiquetique

415 bb

a

RRr =Rba2 = Rb1 + raRba3 = Rb1 +2 raRba4 = Rb1 + 3ra

Progression gProgression gomomtriquetrique

=

41

1

5

b

bg R

RrRbg2 = Rb1 . rgRbg3 = Rb1 . rg2

Rbg4 = Rb1 . rg3




Rb2 = (Rba2+ Rbg2 )/2

Rb3 = (Rba3+ Rbg3 )/2

Rb4 = (Rba4+ Rbg4 )/2 Vrifier si la puissance administrative dsire a trespecte

Calculer les rapports intermdiaires en faisant la moyenne des progressions (premire approximation)

Cette mCette mthode ne donne pas un thode ne donne pas un tagement optimaltagement optimal pratiquement on a recours pratiquement on a recours llexpexprience et aux essais rience et aux essais


17



Choisir Choisir - le rapport V5 /V4 selon les performances dsires N2- la frquence de rotation N1 partir de la courbe du couple de moteur

Pour une puissance administrative Pa donne :

K = (V1+V2+V3+V5)/4

K = (V1+V2+V3+V5)/4pourpour V5 /V4 1,25

4K-V1-V5 V2+V3 4K-V1-V5

48,1

.0458,0

=KCmPa

Calculer K et KCalculer K et K

etet K>K

AvecAvec

Pa = X.

Processus de calculProcessus de calcul

(Si Pa=(X-1),5)

(Si Pa = X,49)



SSassurer que le passage dassurer que le passage dune vitesse une vitesse llautre autre se fasse selon une droite ascendantese fasse selon une droite ascendante

+

= 141

211

41

21 .. mmmmm

VVVNNNV

VVNNN

N

N2

N1

1 2 3 45

Rgime maximumNmax

Vm1 Vm4 Vmax V


18



Fixer Fixer NNmaxmax

Pour N1, N2 et V5/V4 donns

pb

rm RR

rNV.

...12,0

1

max1

=

pb

rm RR

rNV.

...12,0

5

max5

=

25,15

4VV

LLquation de la droite selon laquelle se fera le passage dquation de la droite selon laquelle se fera le passage dune vitesse une vitesse llautreautreBVAN += .




QuatriQuatrime rapportme rapport ::

4

max4

...12,0

m

r

VrNR =

quation correspondante quation correspondante

( ) VVNN

m

.4

max4 =

Pour Pour N = 1000 tr/N = 1000 tr/mnmn4

4

..120R

rV r=


DDterminer les rapports intermterminer les rapports intermdiairesdiairesR3 = Rb3.Rp

19



DeuxiDeuxime rapportme rapport ::

1

12

...12,0

m

r

VrNR =


( ) VVNN

m

.1

12 =

2

2

2

..120;/1000

...12,0;/6000

RrVmntrN

RrNVmntrN

r

r

==

==





TroisiTroisime rapportme rapport ::

3

2

max2

...12,0

...12,0

RrN

RrNV

r

rm

=

=

N = A.Vm2 + BAvec Avec

N

N2

N1

1 2 3 4 5

RRgime maximumgime maximumNmax

Vm1 Vm4 Vmax

V



20




TroisiTroisime rapportme rapport ::

( )2

23

....12,0

m

rm

VrBVAR +=


( ) VVNN

m

.2

max3 =

Pour Pour N = 1000 tr/N = 1000 tr/mnmn3

3

..120R

rV r=A comparer avecA comparer avec 4K-V1-V5-V2 V3 4K-V1-V5-V2




Refaire les calculs autant de fois en Modifiant N1 afin de respecter la fois :

99 La droite de passageLa droite de passageet

99 La puissance administrative fixLa puissance administrative fixe e par le par le CdCCdC (plus importante)(plus importante)


21


Boite de vitessesBoite de vitesses ElElments constitutifsments constitutifs



22





23





24





25



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