Nous avons déja vu les rôles de la boite de vitesse et du pont. Mais, il est nécessaire de transmettre le mouvement entre ces éléments… et il en est de même, entre le différentiel et les roues.
Pour cela il est nécessaire d’utiliser un arbre de transmission, entre la boite de vitesse et le pont(pour une propulsion) ou des cardans pour les tractions et les propulsions qui n’ont pas un pont rigide. L’arbre de transmission et les cardans ont des articulations pour pouvoir travailler correctement même si ils ne sont pas parfaitement alignés et ils peuvent (sauf cas particuliers) s’allonger un peu pour compenser des mouvement des organes (moteur / boite par rapport au pont) ou des différences de distances dues aux mouvements de suspension.
Le point le plus important est l’articulation.
Afin d'avoir une rotation homocinétique, c’est à dire avoir la même vitesse à l’entrée et à la sortie de l’arbre de transmission et une vitesse constante sur chaque tour, il est nécessaire d’avoir une articulation aux deux extrémités de l’arbre.
Cette articulation est faite soit par un croisillon qui permet une rotation dans les deux axes, soit par un bol et une tripode qui permet une rotation dans les deux axes et une élongation.
Pour fonctionner correctement les articulations sont graissées.
Concernant les cardans, la graisse est maintenue grâce à un soufflet. Si le soufflet se perce et que toute la graisse s’en va, la durée de vie du cardan est fortement compromise. La détérioration de l’articulation du cardan génèrera des craquements lors des manœuvre en braquant les roues.
Les croisillons eux, peuvent prendre du jeu, ce qui va provoquer des à-coups.
Voici un aperçu rapide sur les arbres de transmission, il existe une multitude de petites particularités en fonction des constructeurs et des périodes, mais d’un point de vue général, je pense que le tour est fait. N’hésitez pas à poser des questions si vous en avez.
Voilà, voilà …
Lionel.
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permettre une différence de vitesse entre les deux roues.
Attention, j’utilise le terme de“pont”, j’aurais aussi pu parler de différentiel.
Vous vous souvenez, nous avions vu dans le post“La transmission”, pourquoi les deux roues peuvent tourner à des vitesses différentes(en virage notamment) et les différents emplacements possibles de pont.
Pont différentiel
Fonctionnement du pont différentiel
Le mouvement rentre par l’arbre d’entrée, qui a, à son bout, une cannelure inclinée pour pouvoir“attaquer” la grande couronne. La différence de nombre de dents permet de faire une démultiplication. Dans le schéma ci-dessus, cela permet aussi de faire une rotation du mouvement(passer d’un mouvement longitudinal à la voiture, à un mouvement transversal). Dans le cas d’une boîte transversale, le pignon d’attaque et le pont sont parallèles, donc les cannelures ne seront pas inclinées.
Le mouvement sort par les arbres de transmission.
Au niveau du boîtier du pont(ou différentiel), les arbres ont des cannelures appelées planétaires. Entre les planétaires de chaque arbre de transmission, il y a deux satellites.
L’ordre du mouvement est donc : arbre d’entrée, pignon d’attaque, grande couronne, boîtier de différentiel, satellites, planétaires, arbres de transmission. Lorsque vous roulez en ligne droite et qu’il n’y a pas de différence de vitesse entre les roues, les deux planétaires tournent à la même vitesse. Les satellites ne tournent pas(sur eux mêmes). Lorsqu’il y a une différence de vitesse entre les roues, les planétaires vont tourner sur eux pour permettre cette différence de vitesse.
Inconvénient du système
Le mouvement est envoyé à la roue qui a le moins de résistance. Donc si l’adhérence devient faible, si une roue a moins d’adhérence, toute la puissance va aller vers elle. Elle va patiner, à l’extrême jusqu’à tourner dans le vide. Pour palier ce problème, il existe des ponts à glissements limités. Différents procédés sont utilisés : Le plus“commun”, dit auto bloquant est fait avec des disques empilés, en liaison avec les arbres de transmission qui baignent dans une huile spécifique. Quand il y a une différence de vitesse entre les arbres, l’huile chauffe et se fige, bloquant ainsi les disques et diminuant la différence de vitesse entre les roues. Il existe des dispositifs mécaniques avec pignons dans le boitier différentiel qui vont transmettre le couple au satellite opposé. Ainsi, en cas de glissement, la puissance ira sur la roue qui a la meilleur adhérence. C’est entre autre le dispositif“Torsen”. Maintenant, il existe beaucoup de différentiels pilotés électroniquement. Un calculateur envoi un signal à une électrovanne qui va libérer une pression qui va bloquer des empilements de disques. Le dispositif peut juste limiter la différence de vitesse entre les arbres, mais il peut aussi modifier le couple envoyé à chaque roue(en bloquant le glissement d’une roue et libérant le glissement d’une autre). Il existe aussi des systèmes comme l’ESP qui va freiner(avec le système de freinage de la voiture) la roue qui patine, mécaniquement, l’autre roue récupère du couple.
Je laisse à d’autres vous expliquer comment attaquer les satellites ou se demander s’il y a une vie sur Mars.
Voilà, voilà …
Lionel.
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ok... mais par où passe le mouvement de la boîte de vitesse ?
Plutôt que de risquer de vous perdre en cherchant les différents chemins empruntés par le mouvement dans la boite de vitesse, je préfère vous montrer les arbres dans cette vidéo.
Voici une photo des fourchettes qui déplacent les baladeurs dans la boîte.
Le moteur d’une voiture thermique ne permet pas de rouler de 0 à 200 km/h avec une seule démultiplication(une seule vitesse). Donc il est nécessaire de changer le rapport de démultiplication entre le moteur et les roues pour pouvoir démarrer et augmenter sa vitesse.
L’organe qui permet cela est la boîte de vitesse
Avant de voir la boîte d’une voiture, nous allons regarder la démultiplication utilisée sur un vélo(c’est plus visuel). Imaginons un vélo qui aurait 5 vitesses sur la roue arrière.
Pour démarrer dans des conditions difficiles, vous allez mettre la vitesse avec le plus gros pignon derrière. Vous pourrez démarrer facilement, mais vous n’irez pas très vite. Pour augmenter votre vitesse, vous allez changer de … vitesse pour choisir un pignon de plus en plus petit. Lorsque la route sera belle, voir un peu en descente, vous pourrez mettre la vitesse la plus élevée avec le pignon le plus petit et vous pourrez chercher votre vitesse maximale. Si vous vous arrêtez, n’espérez pas pouvoir redémarrer dans cette configuration sauf en forçant longtemps pour arriver à prendre suffisamment de vitesse pour pédaler normalement. Il en est de même si vous vous retrouvez dans une côte. Si vous gardez la vitesse la plus élevée, vousaurez du mal à garder votre vitesse et serez obligé de forcer pour arriver à monter(lentement) en forçant sur vos genoux et cœur. Il en est donc de même avec la voiture.
Faisons un peu de calcul, juste un peu !
Le plateau à l’avant de votre vélo a 44 dents, votre cassette à l’arrière a 5 vitesses avec des pignons qui vont de 14 à 28 dents. La“première” vitesse est sur le pignon qui a 28 dents. Votre démultiplication est de 44/28 soit 1,5714. Donc la roue arrière va aller 1,5714 fois plus vite que votre pédalier. Si vous êtes sur la 5eme vitesse, le pignon a 14 dents, votre démultiplication est de 44/14 soit 3,1428. La roue va 3,1428 fois plus vite que le pédalier. Avec la même vitesse de pédalier, la roue tourne plus vite en 5eme qu’en première.
Pour continuer avec notre vélo, pour augmenter la plage de démultiplication, nous pouvons augmenter le nombre de vitesses, nous pouvons aussi ajouter un plateau devant. Avec le premier plateau, nous avons 5 vitesses et de nouveau 5 vitesses sur le deuxième plateau, donc 10 vitesses au total. Tiens, je viens de vous faire une boîte d’un vrai 4X4 avec une boîte 5 et une boîte de transfert qui a une vitesse lente et une rapide.
La semaine prochaine, nous supprimons la chaîne et nous verrons comment cela se passe dans une boîte de vitesse de voiture.
Voilà, voilà …
Lionel.
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Bien, maintenant que l’on a vu comment fonctionnait l’embrayage, nous pouvons passer à la suite. Mais avant de voir les pannes de l’embrayage, vous avez des question ?
Non… ? c’est bon ?
Quelles sont les pannes de l'embrayage ?
Usure du disque
Le cas le plus fréquent des pannes de l'embrayage est l’usure du disque d’embrayage. Lorsque vous démarrez, vous faites patiner l’embrayage, c’est à dire que le disque n’est pas totalement collé au mécanisme et au volant moteur. Donc il y a un glissement entre le disque et les deux autres pièces. Qui dit glissement dit chauffe et usure. En s’usant, le disque diminue d’épaisseur. A un moment, son épaisseur n’est plus suffisante pour que le mécanisme le compresse suffisamment et il peut glisser. Au début cela se passe lors de fortes accélérations au moment où le moteur donne le maximum de puissance. Puis cela arrive lors des accélération plus“tranquilles”, vous avez l’impression que le moteur accélère, mais que la voiture ne prends pas de vitesse(proportionnelle à l’accélération du moteur). Cela devient critique car, dans ce cas, le disque va s’user très vite et la situation se dégrader rapidement. Il est donc nécessaire de remplacer l’embrayage.
L’usure du disque va modifier la course de la pédale et la manière de débrayer(l’attaque et la garde d’embrayage), principalement avec les commandes à câble. Plus le disque va s’user, plus la pédale au repos va monter et l’embrayage se fera sur le bout de la course.
Voilage du disque
Un autre problème qui peut arriver au disque, en chauffant il peut se déformer et se“voiler”. Lors des démarrages, au lieu de permettre le démarrage de la voiture en douceur, cela se passe avec des secousses et vibrations. Le disque d’embrayage est à remplacer.
Les ressorts
Le disque est muni de ressorts pour permettre un progressivité lors des embrayages. Il peut arriver qu’un de ces ressorts cassent ce qui donnera des à-coups au démarrage parfois accompagnés de bruits de frottements métalliques. Le remplacement du disque s’impose avant la panne de l'embrayage.
Le disque d’embrayage est fait d’un disque métallique sur lequel est riveté de la garniture(comme celle de frein) et qui supporte le glissement par rapport à des pièces métalliques. Il peut arriver dans des cas rares, que cette garniture se casse, occasionnant des vibrations au moment de l’embrayage et une perte d’efficacité.
Le mécanisme d’embrayage
Il a plutôt moins de risque de panne, détérioration et casse mais malgré cela elles peuvent exister. Tout d’abord, lors d’un remplacement de l’embrayage, sauf cas exceptionnel, on remplace ce que l’on appelle le kit d’embrayage, c’est à dire le disque, le mécanisme et la butée. Même si c’est principalement le disque qui s’use, le mécanisme, qui est un gros ressort s’use aussi et peut perdre de l’efficacité sans donner beaucoup de signes visuels.
Il est rare que l’embrayage glisse à cause du mécanisme qui serait fatigué. Les défaillances du mécanisme sont plutôt la casse d’une partie du diaphragme(ensemble de lamelles métalliques qui font ressort et qui prennent moins de place que des ressorts). L’appui sur le disque ne se fait plus de manière homogène provoquant des vibrations importantes lors de la phase d’embrayage.
Enfin, il peut arriver qu’une butée défaillante(grippée) use anormalement le bouts des lamelles du diaphragme jusqu’à les casser. La butée pousse alors dans le vide, ne provoquant aucun débrayage.
La transition est toute trouvée pour parler de la butée d’embrayage.
Il existe deux types de butées, celles à roulement et celle à carbone. Les carbones n’existent plus, car elle étaient fragiles. Le carbone de la butée venait appuyer sur une glace métallique lors de l’embrayage pour pousser le mécanisme(qui était souvent à ressorts et non à diaphragme). La partie en carbone s’usait rapidement diminuant la durée de vie de l’ensemble de l’embrayage. Cette usure était accélérée si la garde d’embrayage était mal réglée et laissait en contact en permanence la butée et le mécanisme. Il en était de même si vous rouliez en laissant le pied sur la pédale d’embrayage, cela empêchait la libération de la butée et le frottement était destructeur.
Maintenant, les butées sont faites avec des roulement à billes et les problèmes sont plus rares.
Malgré cela, le roulement peut gripper et générer des bruits et des vibrations lors du débrayage. Il peut aussi arriver que le corps de la butée, maintenant en plastique, se déforme à cause de la chaleur. La butée se déplace sur un tube appelé guide, elle peut aussi gripper lors de son déplacement, provoquant des à-coups lors de l’embrayage. Dernier point, sur des voitures modernes, la butée intègre le récepteur d’embrayage, dans le cas d’une commande hydraulique. Ce récepteur peut être défaillant.
La butée est poussée par une fourchette, celle-ci peut se tordre ou se casser rendant l’embrayage difficile ou impossible.
Autre cause de panne de l'embrayage : la commande d’embrayage.
Elle peut être à câble ou hydraulique. Dans le cas d’une commande à câble, celui-ci peut casser, votre pédale ira au plancher mollement sans aucune action sur l’embrayage, le passage des vitesses sera impossible. Dans le cas d’une commande hydraulique le nombre plus important d’organes augmente le risque de défaillances. Pour fonctionner, le système a besoin d’un émetteur d’embrayage, positionné dernière la pédale. Il transforme la force mécanique générée par le pied en pression hydraulique. Cette pression est véhiculée par des tuyaux et flexibles vers le récepteur situé sur la cloche d’embrayage. Il transformera la pression reçue en déplaçant une tige qui poussera la fourchette.
L’émetteur et le récepteur sont des corps métalliques qui intègrent un piston et des joints en caoutchouc pour assurer l’étanchéité. Avec le temps, ce caoutchouc peut se dégrader générant des fuites ou le piston peut gripper, empêchant le déplacement correcte. Dans les deux cas, le déplacement de la fourchette se fera mal.
Le collage de l’embrayage
Nous avons vu des cas de défaillance du système d’embrayage. Il en reste un, qui peut arriver sur nos anciennes, surtout au printemps, après l’hibernation, c’est le collage de l’embrayage. Avec le temps, et de l’humidité, la garniture du disque et l’acier du mécanisme et du volant moteur se collent. Vous aurez beau appuyer sur la pédale et débrayer, il ne se passera rien, les vitesses ne passeront pas avec le moteur tournant(moteur arrêté, les vitesses passent). La pédale donne une sensation normale. Si vous avez de la place et que vous êtes joueurs, vous pouvez essayer de le décoller en enclenchant une vitesse moteur arrêté puis de démarrer le moteur tout en gardant le pied enfoncé sur la pédale d’embrayage. Attention, la voiture devrait démarrer puis partir. Si l’embrayage ne se décolle pas tout de suite, vous ne pourrez arrêter la voiture qu’en la faisant caler(d’où l’intérêt d’avoir de la place pour s’arrêter). Il peut arriver que le décollement se fasse après plusieurs tentatives, voir après plusieurs mètres ou hectomètres. Ce qui est malgré tout préférable car l’autre solution est de déposer la boîte et l’embrayage pour décoller les éléments à la main.
J’ai forcément oublié des cas d’anomalies d’embrayage, mais j’espère vous avoir parlé des plus fréquents et que cela vous permette de déceler l’anomalie avant la panne bloquante.
La semaine prochaine nous embrayerons sur un autre sujet.
Voilà, voilà …
Lionel.
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Oui, il faut bien commencer par quelque part et cela parait logique de commencer par l’embrayage. C’est le premier organe de la transmission. Premier point, l’embrayage n’existe qu’avec une boite mécanique. Les boites automatiques ont des convertisseurs de couple. Si une boite, que vous pensiez automatique, a un embrayage, c’est une boite mécanique robotisée. C’est à dire que des vérins et actuateurs, sous les ordres d’un calculateur, débrayent et passent les vitesses à votre place.
Il existe aussi des boites mécaniques où vous n’avez pas besoin de débrayer(certaines Porsche 911, Citroën DS, Renault Dauphine, Peugeot 403 avec des choix techniques différents).
Bon, allez, on passe la 2 !
L’embrayage a deux rôles, ou plus exactement le même rôle à deux moments différents. Vous avez besoin que le mouvement du moteur n’entraîne pas les roues(ou plus exactement le reste des organes de la transmission) à certains moments :
lorsque vous démarrez la voiture et lorsque vous voulez vous arrêter.
lors des passages de vitesse.
Je ne sais pas si vous avez déjà conduit un karting sans embrayage ? Vous démarrez à la poussette et pour vous arrêter, vous calez. Il en est de même si vous avez une voiture qui n’a plus de commande d’embrayage. Pour démarrer, vous devez passer la première(moteur arrêté) et démarrer le moteur après, dans des secousses et hoquets. Pour l’arrêter, vous devez ralentir jusqu’à caler. Si vous avez la place et que vous pouvez donner un petit coup d’accélérateur, vous pourrez retirer la vitesse juste au moment où vous relâchez l’accélérateur. Donc c’est plutôt agréable et confortable d’avoir un embrayage pour ces deux manœuvres.
Un autre moment où l’embrayage est nécessaire, c’est au moment de changer de vitesse. Nous verrons plus tard plus en détail comment fonctionne la boîte de vitesse. Mais imaginez, que dans une boîte de vitesse vous avez des pignons de tailles différentes, qui, de ce fait tournent à des vitesses différentes, pour permettre à la voiture d’aller à des vitesses différentes en fonction de la vitesse choisie. Donc pour pouvoir changer de vitesse et passer d’un pignon à un autre(qui a une autre vitesse), il faut que le pignon qui va être sélectionné puisse accélérer ou ralentir facilement. Pour cela il ne doit pas être entraîné par le moteur ou freiné par les roues. J’ai conscience que mon explication n’est pas très claire, mais vous comprendrez mieux en voyant le fonctionnement de la boîte.
Quoi qu’il en soit il faut que le moteur n’entraîne plus le reste de la transmission à certains moments.(qu’ils ne fassent plus un comme le souhaiterait Johnny Cash !)
L’embrayage est constitué de trois éléments : la butée, le mécanisme et le disque.
Je vous les ai donnés dans l’ordre de l’action.
Dit différemment : le mécanisme est fixé sur le volant moteur, il tourne donc à la vitesse du moteur. le disque d’embrayage est lié mécaniquement à la boîte de vitesse, il entraîne l’arbre primaire de la boîte.
La butée d’embrayage va appuyer sur le mécanisme pour libérer le disque d’embrayage. La butée est en fait un roulement car elle a une partie qui ne tourne pas(solidaire de la cloche d’embrayage et une partie en contact avec le volant moteur, qui donc tourne. Le mécanisme sert à coincer le disque entre le volant moteur et lui. En position embrayé(vous n’appuyez pas sur la pédale d’embrayage), le disque d’embrayage est comprimé entre le volant moteur et le mécanisme, il ne peut pas bouger, il tourne donc à la vitesse du moteur. Quand vous débrayez,(en appuyant sur la butée d’embrayage), le mécanisme va libérer le disque qui pourra tourner à la vitesse qu’il veut.
Bon voilà, c’est tout ! Pas tout à fait, je vais aussi vous parler de la commande d’embrayage, elle comprend la pédale d’embrayage, la liaison qui va tirer ou pousser la fourchette d’embrayage, qui, elle même va pousser la butée sur le mécanisme d’embrayage. La liaison peut se faire avec un câble ou avec un système hydraulique(un émetteur d’embrayage commandé par la pédale, un tuyau et flexible pour transmettre la pression et un récepteur, qui va pousser la fourchette).
Voici un nouveau chapitre qui va parler de transmission. Non... il ne s'agit pas de la transmission de connaissance, ni ce que je vais vous léguer, mais bien de la transmission du mouvement entre le moteur et les roues. Vous savez ? Toutes ces pièces qui font crac boom hue lorsqu’il n’y a plus d’huile ou que vous ne débrayez pas convenablement.
Dans la transmission, je vais intégrer :
l’embrayage et la boîte mécanique,
la boîte automatique,
l’arbre de transmission s’il y a lieu,
le pont ou le différentiel,(ainsi que les autobloquants et les Torsen)
pour les 4 roues motrices, la boîte de transfert ou le limiteur de couple.
Mais avant de vous parler de tout cela, je dois vous présenter les différentes implantations de cette transmission du mouvement entre le moteur et les roues.
Il y a trois grand types de transmission : les propulsion, les tractions et les 4 roues motrices.
Le mouvement est envoyé aux roues arrières pour les propulsions, sur les roues avant pour les tractions et sur les 4 roues pour les… 4 roues motrices(4X4). Mais ne cherchez pas des tractions arrières et des propulsions avant. En effet, les véhicules tractent par l’avant et poussent par l’arrière. Vous pourrez éventuellement trouver des propulsions à vent, mais en général il s’agit de bateaux. Il n’y a qu’un seul élément qui ne peut pas être mis là où veut le créateur de la voiture, c’est le pont(ou différentiel). Le pont est forcément à l’avant pour les tractions, à l’arrière pour les propulsions et il y en un à l’avant et un à l’arrière pour les 4 roues(motrices).
Quel est le rôle du pont ou du différentiel ?
Le pont a deux rôles :
transmettre le mouvement qui est généralement longitudinal(dans le sens de la voiture) en mouvement transversal pour faire tourner les roues.
permettre une différence de vitesse de rotation entre la roue droite et gauche. Car dans un virage les deux roues ne parcourent pas la même distance, donc ne vont pas à la même vitesse.
Pour les autres organes, il est possible de les positionner au souhait de l’ingénieur.
Moteur à l’avant ou à l’arrière, longitudinal ou transversal. La boite de vitesses accolée au moteur ou non, pareil transversal ou longitudinal.
Il y a aussi la possibilité de mettre la boite sous le moteur comme sur les Ferrari BB 512 ou Testarossa et les Peugeot 104(certaines mauvaises langues diront que c’est la seule chose que ces voitures ont en commun !).
Propulsion - moteur boite avant longitudinale
Propulsion - moteur boite longitudinale arrière
Traction - moteur boite longitudinale porte à faux avant
