Le dispositif et le principe de fonctionnement de la boîte de vitesses

Pour qu'une voiture se déplace sur la route, il ne suffit pas d'avoir un moteur puissant et efficace sous le capot. Le couple du vilebrequin doit en quelque sorte être transmis aux roues motrices du véhicule.

À cette fin, un mécanisme spécial a été créé - une boîte de vitesses. Tenez compte de sa structure et de son objectif, ainsi que de la différence entre les différentes modifications du KP.

Le but de la boîte de vitesses

En bref, la boîte de vitesses est conçue pour transférer le couple de l'unité motrice aux roues motrices. La transmission convertit également la vitesse du vilebrequin afin que le conducteur puisse accélérer la voiture sans lancer le moteur au régime maximal.

Ce mécanisme est adapté aux paramètres du moteur à combustion interne afin de maximiser toute la ressource du moteur sans endommager ses pièces. Grâce à la transmission, la machine peut avancer et reculer.

Toutes les voitures modernes ont une transmission qui vous permet de désactiver temporairement le couplage rigide du vilebrequin avec les roues motrices. Cela permet à la voiture de tourner au ralenti, par exemple, à l'approche d'un feu de signalisation. Ce mécanisme vous permet également de ne pas éteindre le moteur lorsque la voiture s'arrête. Ceci est nécessaire pour recharger la batterie et pour faire fonctionner des équipements supplémentaires, comme un climatiseur.

Chaque proposition commerciale doit répondre aux exigences suivantes:

• Assurer la traction de la voiture et la consommation de carburant économique en fonction de la puissance et du volume du moteur;
• Facilité d'utilisation (le conducteur ne doit pas être distrait de la route lors du changement de vitesse du véhicule);
• Ne faites pas de bruit pendant le fonctionnement;
• Fiabilité et efficacité élevées;
• Dimensions minimales (autant que possible dans le cas de véhicules puissants).

Dispositif de transmission

Tout au long de l'histoire de l'industrie automobile, ce mécanisme a été constamment modernisé, ce qui fait qu'il existe aujourd'hui une grande variété de transmissions présentant de nombreuses différences significatives.

L'appareil de toute boîte de vitesses comprend:

• Logement. Il contient toutes les pièces nécessaires qui assurent l'accouplement du moteur à l'arbre d'entraînement, à partir duquel la rotation est transmise aux roues.
• Réservoir d'huile. Étant donné que dans ce mécanisme les pièces entrent en contact les unes avec les autres sous une forte charge, la lubrification assure leur refroidissement et crée un film d'huile qui protège contre l'usure prématurée des engrenages.
• Mécanisme de transmission de vitesse. Selon le type de boîte, le mécanisme peut comprendre des arbres, un jeu d'engrenages, un engrenage planétaire, un convertisseur de couple, des disques de friction, des courroies et des poulies.

Classification KP

Il existe plusieurs paramètres par lesquels toutes les cases sont classées. Il y a six de ces signes. Dans chacun d'eux, le couple est fourni à la roue motrice selon son propre principe et a une méthode différente de sélection de vitesse.

Par la méthode de transmission du flux de puissance

Cette catégorie comprend les PK suivants:

• Boîte de vitesses mécanique. Dans cette modification, la prise de force est réalisée par un engrenage.
• Boîte de vitesses avec arbres coaxiaux. La rotation est également transmise par un train d'engrenages, seuls ses éléments sont de forme conique ou cylindrique.
• Planétaire. La rotation est transmise par un train d'engrenages planétaires, dont les engrenages sont situés dans un plan.
• Hydromécanique. Dans une telle transmission, une transmission mécanique (principalement de type planétaire) est utilisée conjointement avec un convertisseur de couple ou un accouplement hydraulique.
• CVT. Il s'agit d'un type de boîte de vitesses qui n'utilise pas de transmission par étapes. Le plus souvent, un tel mécanisme fonctionne avec un accouplement hydraulique et une connexion par courroie.

Par le nombre d'arbres principaux avec engrenages

Lors de la classification des boîtes de vitesses par nombre d'arbres, on les distingue:

• Avec deux arbres et engrenage à un étage de l'essieu. Il n'y a pas d'entraînement direct dans ces transmissions. Le plus souvent, de telles modifications peuvent être trouvées dans les voitures à traction avant. Certains modèles avec des moteurs montés à l'arrière ont également un boîtier similaire.
• Avec trois arbres et un engrenage d'essieu à deux étages. Dans cette catégorie, il existe des versions avec arbres coaxiaux et non coaxiaux. Dans le premier cas, il y a une transmission directe. En coupe transversale, il a des dimensions plus petites et une longueur légèrement plus grande. Ces boîtes sont utilisées dans les voitures à traction arrière. La deuxième sous-catégorie n'a pas de transmission directe. Fondamentalement, cette modification est utilisée dans les véhicules à quatre roues motrices et les tracteurs.
• Avec plusieurs arbres. Dans cette catégorie de boîte de vitesses, les arbres peuvent avoir un nombre d'engagement séquentiel ou non séquentiel. Ces boîtes de vitesses sont principalement utilisées dans les tracteurs et les machines-outils. Cela permet plus de vitesses.
• Sans arbres. Ces points de contrôle ne sont pas utilisés dans les transports ordinaires. Parmi ces modèles, il existe des versions coaxiales et non alignées. Ils sont principalement utilisés dans les réservoirs.

Classification des réducteurs planétaires

Les réducteurs planétaires sont divisés selon les paramètres suivants:

• Deux, trois, quatre degrés de liberté ou plus lorsque tous les éléments de friction sont déconnectés;
• Le type d'engrenage planétaire utilisé dans le mécanisme est épicycloïdal (la couronne principale a une disposition interne ou externe de dents).

Par méthode de contrôle

Dans cette catégorie, il existe de telles boîtes:

• Manuel. Dans ces modèles, le conducteur sélectionne le rapport souhaité. Il existe deux types de transmissions manuelles: le passage des vitesses se fait par les efforts du conducteur ou par un servo. Dans les deux cas, la commande est effectuée par une personne, seule la deuxième catégorie de la boîte de vitesses dispose d'un dispositif d'asservissement. Il reçoit un signal du conducteur, puis règle la vitesse sélectionnée. Les machines utilisent le plus souvent un servo variateur hydraulique.
• Automatique. L'unité de commande électronique détermine plusieurs facteurs (le degré de pression sur l'accélérateur, la charge provenant des roues, la vitesse du vilebrequin, etc.) et sur cette base, elle détermine quand engager une vitesse supérieure ou inférieure.
• Robot. Il s'agit d'un boîtier électromécanique. Dans celui-ci, les engrenages sont allumés en mode automatique, seul son appareil ressemble à celui de la mécanique ordinaire. Lorsque la transmission robotique fonctionne, le conducteur ne participe pas au changement de vitesse. L'unité de commande détermine elle-même quand engager quel rapport. Dans ce cas, la commutation se produit presque imperceptiblement.

Par le nombre d'engrenages

Cette classification est la plus simple. Dans celui-ci, toutes les cases sont divisées par le nombre d'engrenages, par exemple quatre, cinq six, etc. Cette catégorie comprend non seulement les modèles manuels mais également automatiques.

Types de boîte de vitesses

La classification la plus courante est le type de boîte elle-même:

• Mécanique. Dans ces modèles, la sélection et le passage des rapports sont entièrement effectués par le conducteur. Fondamentalement, il s'agit d'une boîte de vitesses à plusieurs arbres, qui fonctionne à travers un train d'engrenages.
• Machine. Cette transmission fonctionne en mode automatique. La sélection d'un engrenage approprié est effectuée en fonction des paramètres mesurés par le système de commande de la boîte de vitesses.
• Le robot est une sorte de boîte de vitesses mécanique. La conception de cette modification n'est pratiquement pas différente de la mécanique conventionnelle: elle a un embrayage et les engrenages sont engagés par la connexion de l'engrenage correspondant sur l'arbre mené. Seule la commande de vitesse est contrôlée par l'ordinateur, pas par le conducteur. L'avantage d'une telle transmission est le passage des rapports le plus doux possible.

Réducteurs spécifiques au design

En plus des transmissions connues, des modifications uniques peuvent également être utilisées dans les véhicules. Ces types de boîtes ont une conception spécifique, et avec elle leur propre principe de fonctionnement.

Bezvalnaya KP

Les transmissions qui n'utilisent pas d'arbres pré-assemblés sont appelées sans arbre. Dans leur conception, ils ont plusieurs rangées d'engrenages situés sur deux axes parallèles. Les engrenages sont connectés en verrouillant les embrayages.

Les engrenages sont situés sur deux arbres. Deux d'entre eux sont fermement fixés: sur le leader, il est installé dans la première rangée et sur l'esclave - dans la dernière. Les engrenages intermédiaires situés sur eux peuvent jouer le rôle de moteur ou d'entraînement, selon le rapport d'engrenage généré.

Cette modification permet d'augmenter le rapport de transmission dans les deux sens. Un autre avantage d'une telle transmission est l'augmentation de la plage de puissance de la box. L'un des inconvénients les plus graves est la présence obligatoire d'un système automatique auxiliaire, à l'aide duquel les changements de vitesse sont effectués.

Boîte de vitesses non synchronisée

Un autre type de boîtes spécifiques est une boîte non synchronisée, ou une dans la conception de laquelle la présence de synchroniseurs n'est pas fournie. Cela peut être un type à maillage permanent ou un type d'engrenage à glissement.

Pour changer de vitesse dans une telle boîte, le conducteur doit avoir une certaine compétence. Il doit être capable de synchroniser indépendamment la rotation des engrenages et des accouplements, en déterminant le temps de transition d'engrenage en engrenage, ainsi qu'en égalisant la vitesse de rotation du vilebrequin avec l'accélérateur. Les professionnels appellent cette procédure le rebasage ou la double pression de l'embrayage.

Pour effectuer des changements de vitesse en douceur, le conducteur doit être expérimenté dans l'utilisation de tels mécanismes. Un type similaire de transmission est installé dans les tracteurs américains, les motos, parfois dans les tracteurs et les voitures de sport. Dans les transmissions modernes non synchronisées, l'embrayage peut être omis.

Boîte de vitesses à came

Les boîtes à came sont une sorte de modèle non synchronisé. La différence réside dans la forme des dents engrenant. Pour améliorer l'efficacité de la boîte de vitesses, une forme rectangulaire ou un profil de came des dents est utilisé.

De telles boîtes sont très bruyantes, elles sont donc utilisées dans les véhicules légers principalement sur les voitures de course. Pendant la compétition, ce facteur n'est pas pris en compte, mais dans une voiture ordinaire, une telle transmission ne fournira pas l'occasion de profiter de la conduite.

KP séquentiel

Une boîte de vitesses séquentielle est un type de transmission dans lequel la rétrogradation ou la montée des rapports s'effectue exclusivement en une seule étape. Pour ce faire, une poignée ou une pédale de commande (sur les motos) est utilisée, ce qui vous permet de déplacer l'engrenage dans le panier une seule position à la fois.

Une transmission automatique comme Tiptronic a un principe de fonctionnement similaire, mais elle n'imite que l'action de cette transmission. La boîte de vitesses séquentielle classique est installée dans les voitures F-1. La vitesse de commutation en eux est effectuée à l'aide de palettes de changement de vitesse.

CP présélective

Dans la version classique, la boîte de vitesses présélectionnée nécessitait une sélection préalable du rapport suivant avant que la boîte de vitesses ne passe dessus. Cela ressemblait souvent à ça. Pendant que la voiture roulait, le conducteur a mis le rapport suivant sur le sélecteur. Le mécanisme se préparait à changer de vitesse, mais il l'a fait sur commande, par exemple après avoir appuyé sur l'embrayage.

Auparavant, ces boîtes de vitesses étaient utilisées dans les équipements militaires avec une transmission non synchronisée, sans arbre ou planétaire. Ces modifications de boîtes ont facilité le fonctionnement de mécanismes complexes jusqu'à ce que des boîtes mécaniques et automatiques synchronisées soient développées.

Actuellement, une boîte de présélection est utilisée, mais elle est plus communément appelée transmission à double embrayage. Dans ce cas, le calculateur prépare lui-même le passage à la vitesse souhaitée en connectant un arbre approprié avec l'engrenage engagé au disque déverrouillé au préalable. Un autre nom de ce type dans la conception moderne est un robot.

Choix de la boîte de vitesses. Ce qui est mieux?

La plupart des boîtes de vitesses répertoriées ne sont utilisées que sur des équipements spéciaux ou dans des machines-outils. Les boîtes de vitesses principales, largement utilisées dans les véhicules légers, sont:

• Transmission manuelle. C'est le type de transmission le plus simple. Pour que le mouvement de rotation soit transmis de l'unité motrice à l'arbre de boîte de vitesses, un panier d'embrayage est utilisé. En appuyant sur la pédale, le conducteur déconnecte l'arbre d'entraînement de la boîte du moteur, ce qui lui permet, sans nuire au mécanisme, de sélectionner un engrenage adapté à une vitesse donnée.
• Transmission automatique. Le couple du moteur est fourni par une transmission hydraulique (convertisseur de couple ou accouplement hydraulique). Le fluide de travail agit comme un embrayage dans le mécanisme. Il entraîne, en règle générale, un réducteur planétaire. L'ensemble du système est contrôlé par une unité de commande électronique qui analyse les données de nombreux capteurs et sélectionne le rapport de réduction en conséquence. Parmi les boîtes automatiques, il existe de nombreuses modifications qui utilisent des schémas de fonctionnement différents (selon le fabricant). Il existe même des modèles automatiques à commande manuelle.
• Transmission robotique. Ces KP ont également leurs propres variétés. Il existe des types électriques, hydrauliques et combinés. Dans sa conception, le robot est fondamentalement similaire à une transmission manuelle, uniquement avec un double embrayage. Le premier fournit le couple du moteur aux roues motrices, et le second prépare automatiquement le mécanisme pour engager l'engrenage suivant.
• Transmission CVT. Dans une version courante, le variateur se compose de deux poulies, qui sont reliées entre elles par une courroie (une ou plusieurs). Le principe de fonctionnement est le suivant. La poulie s'écarte ou se cisaille, ce qui amène la courroie à se déplacer vers un élément de plus ou moins grand diamètre. À partir de là, le rapport de transmission change.

Voici un tableau de comparaison de chaque type de box avec leurs avantages et inconvénients.

Type de boîte:	Comment ça marche?	Valeur	Limites
Transmission manuelle	Changement de vitesse manuel, engrenage synchronisé.	Une structure simple, bon marché à réparer et à entretenir, économise du carburant.	Un débutant doit s'habituer au fonctionnement synchronisé de l'embrayage et de la pédale d'accélérateur, en particulier lors du démarrage d'une colline. Tout le monde ne peut pas allumer le bon équipement tout de suite. Nécessite une utilisation en douceur de l'embrayage.
Transmission automatique	La pompe hydraulique crée la pression du fluide de travail, qui entraîne la turbine, et qui transmet la rotation à l'engrenage planétaire.	Conduisez confortablement. Ne nécessite pas d'intervention du conducteur dans le processus de changement de vitesse. Change les vitesses, tirant le meilleur parti de toute la ressource moteur. Élimine le facteur humain (lorsque le conducteur tourne accidentellement la première vitesse au lieu de la troisième). Passe les vitesses en douceur.	Coût de maintenance élevé. La masse est supérieure à celle de la transmission manuelle. Par rapport au type de transmission précédent, celui-ci entraînera une consommation de carburant plus élevée. L'efficacité et la dynamique sont moindres, surtout avec un style de conduite sportif.
Robot	Le double embrayage vous permet de préparer le rapport suivant pour l'engagement pendant la conduite. Le plus souvent, les transmissions paires sont liées à un groupe et les transmissions impaires à l'autre. Intérieurement similaire à une boîte mécanique.	Douceur maximale de la commutation. Ne nécessite pas d'intervention du conducteur dans le processus de travail. Consommation de carburant économique. Haute efficacité et dynamique. Certains modèles ont la possibilité de sélectionner le mode de fonctionnement.	La complexité du mécanisme entraîne sa faible fiabilité, sa maintenance fréquente et coûteuse. Tolère mal les conditions routières difficiles.
Variateur (CVT)	Le couple est transmis à l'aide d'un convertisseur de couple, comme dans une machine automatique. Le changement de vitesse est effectué en déplaçant la poulie d'arbre d'entraînement, qui pousse la courroie dans la position souhaitée, ce qui augmente ou diminue le rapport de transmission.	Commutation sans à-coups, plus dynamique par rapport à une machine conventionnelle. Permet un peu d'économie de carburant.	Il n'est pas utilisé dans les unités de puissance puissantes, car la transmission est à courroie. Coût de maintenance élevé. Nécessite le bon fonctionnement des capteurs, à partir desquels le signal pour le fonctionnement CVT est reçu. Tolère mal les conditions routières difficiles et n'aime pas le remorquage.

Lors du choix du type de transmission, il est nécessaire de procéder non seulement à partir des capacités financières, mais également de se concentrer davantage sur la pertinence de cette boîte pour la voiture. Ce n'est pas pour rien que les fabricants de l'usine associent chaque bloc d'alimentation à un boîtier spécifique.

Une transmission manuelle est plus appropriée pour un conducteur actif qui comprend les subtilités de la commande de voiture à grande vitesse. La machine est plus adaptée à ceux qui aiment le confort. Le robot fournira une consommation de carburant raisonnable et est adapté pour une conduite mesurée. Pour les amateurs du fonctionnement le plus fluide de la machine, un variateur convient.

En termes de spécifications techniques, il est impossible de pointer vers une boîte parfaite. Chacun d'eux est bon dans ses propres conditions et avec des compétences de conduite spécifiques. Dans un cas, il est plus facile pour un débutant de commencer par faire fonctionner une variété de transmissions automatiques; dans un autre, il est préférable de développer l'habileté à utiliser la mécanique.

Questions et réponses

Comment fonctionne la boîte de vitesses? La transmission manuelle se compose d'un ensemble d'engrenages qui forment différents rapports de démultiplication. La transmission automatique est équipée d'un convertisseur de couple et de poulies à diamètre variable (variateur). Le robot est un analogue de la mécanique, uniquement avec un double embrayage.

Qu'y a-t-il à l'intérieur de la boîte de vitesses ? À l'intérieur de toute boîte de vitesses, il y a un arbre d'entraînement et un arbre entraîné. Selon le type de boîte, des poulies ou des engrenages sont installés sur les arbres.