ENTRAÎNEMENT

Les embrayages

La commande d’embrayage

Les boîtes de vitesses

Les boîtes de vitesses pour véhicules lourds

ENTRAÎNEMENT

2

L’EMBRAYAGE À FRICTION

RÔLES :

-

-

QUALITÉS DEMANDÉES À L’EMBRAYAGE :

-

-

-

-

ENTRAÎNEMENT

3

CAPACITÉ DE TRANSMISSION DE COUPLE D’UN EMBRAYAGE

La première condition pour un fonctionnement correct de l’embrayage c’est sa capacité de transmission de

couple.

EMBRAYAGE À DIAPHRAGME DÉBRAYÉ EN POUSSANT

EMBRAYAGE À DIAPHRAGME DÉBRAYÉ EN TIRANT

F = force de serrage des ressorts [N]

= coefficient de frottement des garnitures rm = rayon moyen des garnitures [m] z = nombre de surface de friction du disque Mk = couple transmissible par l’embrayage [Nm] Le couple que peut transmettre l’embrayage (Mk) se calcule de la façon suivante :

zrFMmk

L’embrayage doit transmettre le couple maximum du moteur (Mmot) avec un coefficient de sécurité (S)

SMMmotk

ENTRAÎNEMENT

4

QUESTIONNAIRE DE RÉVISION 1. Qu’est-ce que la chaîne cinématique d’un véhicule ? 2. Quelles sont les deux raisons qui rendent nécessaire l’embrayage sur les véhicules équipés d’une boîte de

vitesses mécanique ? 3. Quel couple en [daNm] peut transmettre un embrayage mono-disque à sec tiré d’un diamètre extérieur de

garniture de 430 [mm], d’un diamètre intérieur de 240 [mm], d’une force de diaphragme de 3400 [daN] et qui possède un coefficient d’adhérence de 0,38 ?

Quel sera le coefficient de sécurité de cet embrayage si le couple maximum du moteur est de 1940 [Nm] ? 4. Quelle est la force de serrage du diaphragme en [daN] d’un embrayage mono-disque à sec poussé si le

couple du moteur est 210 [Nm] à 3600 [tr/min], le coefficient de sécurité de l’embrayage de 1,9 :1, le coefficient d’adhérence des garnitures de 0,4 et le diamètre moyen du disque de 240 [mm] ?

Quel sera la force nécessaire pour débrayer si le rapport de démultiplication de la commande d’embrayage est de 74 :1 ?

5. Quel est l’avantage et l’inconvénient des garnitures d’un disque d’embrayage en métal fritté ?

ENTRAÎNEMENT

5

6. Comment s’effectue le rattrapage automatique du jeu avec une commande d’embrayage hydraulique ? 7. Un client se plaint de vibrations dans la transmission lorsqu’il démarre avec sa voiture, que contrôlez-vous et

que réparez-vous sur ce véhicule (minimum 3 réponses) ?

8. Donnez trois défauts qui provoquent le patinage de l’embrayage. _ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

_ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

_ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

9. Expliquez la procédure pour le contrôle de glissement d’un embrayage. 10.Le client se plaint que les vitesses passent difficilement et que la marche arrière gratte lorsqu’il veut

l’engager. Quels sont les deux défauts les plus courants ? 11.Quel avantage obtient-on en remplaçant un embrayage mono-disque par un embrayage bi-disques aux

caractéristiques identiques ?

ENTRAÎNEMENT

6

LES COMMANDES D’EMBRAYAGE Il est nécessaire de démultiplier la force de compression des ressorts hélicoïdaux ou du diaphragme du mécanisme d’embrayage car le conducteur ne peut à lui tout seul fournir cet effort. La démultiplication de l’effort provoque une augmentation proportionnelle de la course de la commande d’embrayage (pédale) ; elle est obtenue grâce à un système de levier souvent complété d’un système hydraulique. Un dispositif d’assistance pneumatiques peut compléter l’installation sur les véhicules lourds.

LA COMMANDE MÉCANIQUE DE

L’EMBRAYAGE

L’effort du conducteur est transmis de la pédale d’embrayage à la butée par l’intermédiaire d’un câble.

La démultiplication de l’effort

est obtenue par trois leviers :

la pédale d’embrayage

l’axe de fourchette et la fourchette

le diaphragme du mécanisme

Le calcul de la force nécessaire pour débrayer le diaphragme

Formules de base :

Exemple : F2 = 3500 [N], F1 = ? l1 = 220 [mm], l2 = 50 [mm], l3 = 240 [mm], l4 = 70 [mm], l5 = 60 [mm], l6 = 30 [mm],

2

1

F 1

4

3

6 5

F 2

Compensation automatique du jeu

Axe de fourchette

Butée

F1 = force du diaphragme

F2 = force pour débrayer

l1, l3, l5 = distance entre la

force d’action et l’appui

l2, l4, l6 = distance entre la

force de réaction et l’appui

ENTRAÎNEMENT

7

LA COMMANDE HYDRAULIQUE D’EMBRAYAGE L’effort du conducteur est transmis de la pédale d’embrayage au maître cylindre qui met en pression un

liquide, cette pression est communiquée au cylindre récepteur qui déplace la fourchette d’embrayage

La démultiplication de l’effort est obtenue par trois leviers :

la pédale d’embrayage

l’axe de fourchette et la fourchette.

le diaphragme du mécanisme

La démultiplication est en plus obtenue dans le système hydraulique grâce au rapport

entre la surface du piston de maître-cylindre (A1) et celui du cylindre récepteur (A2).

A1 = Aire ou surface du piston du maître-cylindre [mm

2 ] ou [cm

2]

d1 = Diamètre du piston du maître-cylindre [mm] ou [cm]

A2 = Aire ou surface du piston du cylindre récepteur [mm

2 ] ou [cm

2]

d2 = Diamètre du piston du cylindre récepteur [mm] ou [cm]

Le rapport de démultiplication (ih) Le rapport total de démultiplication (it) du système hydraulique devient : de la commande d’embrayage devient :

ou le calcul de la force (F1) :

ou

2

1

F1

d1

4

3

6

5

d2

1

21

4A

d

2

22

4A

d

ENTRAÎNEMENT

8

LA COMMANDE HYDRAULIQUE D’EMBRAYAGE SANS FOURCHETTE Ce système ne possède plus que deux leviers : le premier est constitué de la pédale d’embrayage et le second du diaphragme. La fourchette d’embrayage est supprimée. La butée d’embrayage est montée directement sur le cylindre récepteur. Le ressort situé autour du récepteur appuie constamment la butée contre le diaphragme, il permet une compensation automatique de l’usure du disque d’embrayage.

Le calcul du rapport de démultiplication de la commande d’embrayage se calcule de la même manière que pour la commande hydraulique avec fourchette, sauf qu’il est nécessaire de déduire au diamètre du cylindre récepteur le diamètre intérieur qui est creux :

d2 = (d2

2- d2intérieur

2)

l2

l1

l3

l4

d1

d2

d2int

ENTRAÎNEMENT

9

Questionnaire sur la commande d’embrayage 1. Calculez le rapport total de la commande d’embrayage ? Calculez la force sur la butée si la force nécessaire pour débrayer est de 120 [N] ? (formule, calcul, réponse et unité, SVP !)

50

225

F6

180

60

F1 = 120 [N]

25

62,5

2. Calculez la force d’action sur le levier si

F2 = 680 [N] ?

270

F1 = ?

45F2 = 680 [N]

3. Calculez la force F2 si F1 = 180 [N] ?

F1 = 180 [N]

275

50

4. Calculez le rapport total du système de commande et la force nécessaire pour débrayer en [daN],

si la force du diaphragme est de 8800 [N] ? (formule, calcul, réponse et unité, SVP !)

70

20

100 d2

24 mm d1

19 mm

190

65

F1 = ?

F2 = 8800 [N]

50

ENTRAÎNEMENT

10

LA COMMANDE D’EMBRAYAGE HYDRAULIQUE

À ASSISTANCE PNEUMATIQUE.

L’assistance pneumatique, appelée également servo-débrayage, est un élément supplémentaire à la commande hydraulique normale. La différence réside dans le fait que le cylindre récepteur posé sur le carter d’embrayage est remplacé par le servo-débrayage.

Le fonctionnement du servo-débrayage.

1. Appuyer sur la pédale (débrayage). En débrayant, une pression hydraulique s’établit dans la partie hydraulique du servo-débrayage. Cette pression agit tant sur le piston hydraulique (2) que sur le piston distributeur (4). Le clapet d’air (6) s’ouvre vers la gauche, contrecarrant la pression antagoniste du ressort (5), de sorte que l’arrivée d’air (B) alimente le distributeur. Dés lors, l’air comprimé peut passer par la conduite de liaison (7), vers l’espace situé derrière le piston pneumatique. L’air comprimé et la pression hydraulique agissent sur la tige-poussoir d’embrayage, il y a débrayage.

Le servo-débrayage est composé du cylindre récepteur accouplé à un cylindre à air comprimé. Dans la partie hydraulique du système on trouve un distributeur qui actionne le clapet d’air de la section pneumatique. Tant que le clapet d’air est ouvert, l’arrivée d’air comprimé communique avec l’espace derrière le piston. Ceci est déterminé par la position du distributeur, cette position dépend de la différence de poussée entre la pression d’air et celle du ressort (à gauche du piston de réglage) d’une part et la pression hydraulique d’autre part (à droite du piston de réglage).

ENTRAÎNEMENT

11

2. Pédale entièrement enfoncée. La pression est égale à droite comme à gauche du piston distributeur. Le ressort de pression antagoniste ferme le clapet d’air en poussant le piston vers la droite. Dans le distributeur d’air règne un équilibre. La pression hydraulique et la pression d’air veillent à ce que le débrayage soit maintenu.

3. Laisser revenir la pédale (embrayer) Dès qu’on laisse revenir la pédale, la pression régnant dans le système hydraulique tombe, et par conséquent, la pression à droite du distributeur. La pression d’air à gauche du piston reste encore la même, ce qui provoque le déplacement du piston distributeur vers la droite (pression et tension du ressort. Le clapet d’air reste en position fermée, de sorte que la sortie d’air [C] s’ouvre permettant

à la pression d’air de s’échapper de la face arrière du piston pneumatique. La pression du ressort du mécanisme d’embrayage repousse la tige-poussoir d’embrayage et tout le système en position repos. Le ressort (3) situé derrière le piston pneumatique veille à ce que la butée de débrayage appuie, sans jeu, sur le mécanisme d’embrayage.

ENTRAÎNEMENT

12

BOÎTE DE VITESSES MÉCANIQUES

FONCTIONNEMENT DE LA BOÎTE DE VITESSES

1. Multiplication du couple :

2. Démultiplication de la fréquence de rotation :

ENTRAÎNEMENT

13

Boîte de vitesses à 3 arbres

ENTRAÎNEMENT

14

CHAÎNE CINÉMATIQUE D’UNE BOÎTE DE VITESSES À 3 ARBRES

Z1 = 17 Z2 = 28 Z3 = 14 Z4 = 31

Z1 = 17 Z2 = 28 Z5 = 20 Z6 = 25

n1 = M1 =

Z1 = 17 Z2 = 28 Z7 = 25 Z8 = 21

n1 = M1 =

n1 = M1 =

Z1 = 17 Z2 = 28 Z9 = 30 Z10 = 15

Cinquième vitesse I5 =

M2 = n2 =

n1 = M1 =

Quatrième vitesse I4 =

M2 = n2 =

Troisième vitesse I3 =

M2 = n2 =

Deuxième vitesse I2 =

M2 = N2 =

Première vitesse i1 =

M2 = n2 =

n1 = M1 =

ENTRAÎNEMENT

15

BOÎTE DE VITESSES À 3 ARBRES AVEC LE CINQUIÈME RAPPORT SURMULTIPLIÉ Placer les repères des différents pignons.

Grille des vitesses.

Calcul du rapport de quatrième :

Calcul du rapport de cinquième :

BOÎTE DE VITESSES À 3 ARBRES AVEC LE CINQUIÈME RAPPORT EN PRISE DIRECTE Placer les repères des différents pignons.

Grille des vitesses.

Calcul du rapport de quatrième :

Calcul du rapport de cinquième :

Z1 = 12 Z2 = 36 Z3 = 21 Z4 = 30 Z5 = 25 Z6 = 22 Z7 = 28 Z8 = 19 Z9 = 37 Z10 = 11 Z11 = 14 Z12 = 32

Z1 = 12 Z2 = 36 Z3 = 21 Z4 = 30 Z5 = 24 Z6 = 24 Z7 = 27 Z8 = 21 Z9 = 33 Z10 = 15 Z11 = 14 Z12 = 32

ENTRAÎNEMENT

16

BOÎTE DE VITESSES À 2 ARBRES POUR MOTEUR LONGITUDINAL

Calculs des différents rapports

ENTRAÎNEMENT

17

BOÎTE DE VITESSES À 2 ARBRES POUR MOTEUR TRANSVERSAL Placer les repères des différents pignons.

Dessinez la boîte de vitesses ci-dessus à l’aide de symboles.

ENTRAÎNEMENT

18

LES VERROUILLAGES DE SÉCURITÉ Rôle :

1. Le verrouillage de sécurité à disque

ENTRAÎNEMENT

19

2. Le verrouillage de sécurité à bonhommes

LES VERROUILLAGES DE POSITION Rôles :

1. Verrouillage à billes et ressorts 2. Verrouillages à cliquets et ressorts

SYSTÈME DE MAINTIEN DE LA VITESSE BAGUE DE SYNCHRONISATION

ENTRAÎNEMENT

20

LA SYNCHRONISATION À CÔNES

Les éléments de la synchronisation à cône

Première phase de synchronisation : Contact

ENTRAÎNEMENT

21

Deuxième phase de synchronisation : Interdiction

Troisième phase de synchronisation : Crabotage

ENTRAÎNEMENT

22

LA SYNCHRONISATION «NEW-PROCESS»

ENTRAÎNEMENT

23

Position point mort :

Première phase : Contact

Deuxième phase : Interdiction

Troisième phase : Crabotage

ENTRAÎNEMENT

24

BOÎTE DE VITESSES AVEC DOUBLEUR DE GAMME AMONT Boîte à 4 vitesses avec 4 demi-vitesses

Tracez la chaîne cinématique lorsque la 1

ère vitesse lente est engagée.

Tracez la chaîne cinématique lorsque la 1

ère vitesse rapide est engagée.

Tracez la chaîne cinématique lorsque la 4

ème vitesse rapide est engagée.

ENTRAÎNEMENT

25

BOÎTE DE VITESSES AVEC DOUBLEUR DE GAMME AVAL Boîte à 8 vitesses - Passer dans une couleur chaque éléments du train planétaire. - Tracer la chaîne cinématique du rapport engagé. - Déterminer la vitesse engagée. - Tracer la chaîne cinématique du rapport engagé. - Déterminer la vitesse engagée.

Doubleur de gamme pour

vitesses 1 à 4

Rapport de démultiplication ~ 4 :1

Doubleur de gamme pour

vitesses 5 à 8

Rapport de prise directe = 1 :1

ENTRAÎNEMENT

26

BOÎTE DE VITESSES AVEC DOUBLEUR DE GAMME AMONT ET AVAL

Boîte à 8 vitesses et 8 demi-vitesses

- Passer en couleur l’arbre primaire. - Tracer la chaîne cinématique de la première vitesse lente. - Tracer la chaîne cinématique de la cinquième vitesse rapide. - Tracer la chaîne cinématique de la huitième vitesse lente.

ENTRAÎNEMENT

27

Questionnaire de révision

1. Quelles sont les pièces en rotation dans une boîte de vitesses à 3 arbres lorsque le moteur est en

fonction, pédale d’embrayage lâchée, le véhicule à l’arrêt et au point mort ? 2. Quels sont les trois rôles de la boîte de vitesses ? 3. Nommez toutes les pièces pointées par une flèche. 1. …………………………………………………………………………………………………….

2. …………………………………………………………………………………………………….

3. ……………………………………………………………………………………………………. 4. ……………………………………………………………………………………………………. 5. ……………………………………………………………………………………………………. 4. Combien de vitesses possède la boîte ci-dessus ? 5. Tracez la chaîne cinématique, sur la boîte ci-dessous, lorsque la 3

ème vitesse est engagée.

6. Tracez la grille du levier de vitesse. 7. Calculer tous les rapports de cette boîte de vitesses.

Z1 = 12Z3 = 21Z5 = 25Z7 = 28Z9 = 37Z11 = 14 Z13 = 23

Z2 = 36Z4 = 30Z6 = 22Z8 = 19Z10 = 11Z12 = 32 Z14 = 28

Z1 Z8 Z6 Z4 Z12 Z10

Z2 Z7 Z5 Z3 Z11 Z9

1 2 3

4

5

ENTRAÎNEMENT

28

8. Quel principe physique est utilisé pour réaliser la synchronisation des éléments à engrener ? 9. Quel est le rôle de la synchronisation ? 10.Qu’est-ce que «l’interdiction» dans un système de synchronisation 11.Avec quel(s) élément(s) tourne la bague synchro dans un système de synchronisation à cône ? 12.Expliquez les différentes phases de synchronisation dans un dispositif à cône et doigts de verrouillages. 13.Comment se produit « l’interdiction » dans un système de synchronisation à cône ? 14.Quels sont les avantages de la synchronisation de type «New-process» ? 15.Expliquez les différentes phases de synchronisation avec un système à anneau expansible. 16.Pour quelles raisons le verrouillage à billes et ressorts est-il nécessaire dans une boîte de vitesses ?

ENTRAÎNEMENT

29

17.Dans la b.v ci-dessous un bruit se fait entendre lorsque le moteur est au ralenti, la pédale d’embrayage lâchée, b.v. au point mort. Ce bruit suit les montées en régime dans toutes les vitesses, sauf la huitième

rapide. Quel est le défaut ? 18.Tracez la chaîne cinématique, sur la

boîte ci-dessous, lorsque la 3ème

vitesse lente est engagée.

19.Entourez précisément le doubleur

de gamme amont. Un camion à 3 essieux possède un moteur dont la puissance maximum est de 270 [kW] ,

le couple maximum de 120 [daNm] à 1600 [min-1

]. Les pneus sont des 275/80 R 22,5 (tubeless) et le rapport des ponts et de 3,46 :1.

Les rapports de la boîte de vitesses sont de ...

20.Calculez le couple maximum aux roues motrices. 21.Calculez la fréquence de rotation du moteur à la vitesse maximum du véhicule, vitesse maxi = 98 km/h. 22.Calculez les rapports du doubleur de gamme aval.

Vitesse lente rapide Vitesse lente rapide

première 13,68 :1 11,64 :1 cinquième 3,36 :1 2,86 :1

deuxième 9,40 :1 8,0 :1 sixième 2,31 :1 1,96 :1

troisième 6,73 :1 5,73 :1 septième 1,65 :1 1,41 :1

quatrième 4,79 :1 4,07 :1 huitième 1,18 :1 1 :1