ENTRAÎNEMENT. Les embrayages La commande d embrayage Les boîtes de vitesses Les boîtes de vitesses pour véhicules lourds

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1 Les embrayages La commande d embrayage Les boîtes de vitesses Les boîtes de vitesses pour véhicules lourds

2 L EMBRAYAGE À FRICTION RÔLES : - - QUALITÉS DEMANDÉES À L EMBRAYAGE :

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. F = force de serrage des ressorts [N] = coefficient de frottement des garnitures r m = rayon moyen des garnitures [m] z = nombre de surface de friction du disque M k = couple transmissible par l embrayage [Nm] Le couple que peut transmettre l embrayage (M k ) se calcule de la façon suivante : M k F r m z L embrayage doit transmettre le couple maximum du moteur (M mot ) avec un coefficient de sécurité (S) M k M mot S EMBRAYAGE À DIAPHRAGME DÉBRAYÉ EN POUSSANT EMBRAYAGE À DIAPHRAGME DÉBRAYÉ EN TIRANT 3

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? 4

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. _ 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? 5

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 Compensation automatique du jeu 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 : Axe de fourchette la pédale d embrayage l axe de fourchette et la fourchette Butée le diaphragme du mécanisme Le calcul de la force nécessaire pour débrayer le diaphragme Formules de base : 2 5 F F 1 Exemple : 4 F1 = force du diaphragme F2 = force pour débrayer F2 = 3500 [N], F1 =? l1 = 220 [mm], l2 = 50 [mm], l3 = 240 [mm], l4 = 70 [mm], l5 = 60 [mm], l6 = 30 [mm], 3 l1, l3, l5 = distance entre la force d action et l appui l2, l4, l6 = distance entre la force de réaction et l appui 6

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 d F1 4 3 d2 La démultiplication est en plus obtenue dans le système hydraulique grâce au rapport entre la surface du piston de maître-cylindre (A 1 ) et celui du cylindre récepteur (A 2 ). A 1 d1 4 2 A 1 = Aire ou surface du piston du maître-cylindre [mm 2 ] ou [cm 2 ] d 1 = Diamètre du piston du maître-cylindre [mm] ou [cm] A 2 d2 4 2 A 2 = Aire ou surface du piston du cylindre récepteur [mm 2 ] ou [cm 2 ] d 2 = Diamètre du piston du cylindre récepteur [mm] ou [cm] Le rapport de démultiplication (i h ) Le rapport total de démultiplication (i t ) du système hydraulique devient : de la commande d embrayage devient : ou le calcul de la force (F1) : ou 7

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. l2 l1 d2 d1 d2int l3 l4 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 - d2 intérieur 2 ) 8

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!) 25 F6 62, F1 = 120 [N] 2. Calculez la force d action sur le levier si F2 = 680 [N]? 3. Calculez la force F2 si F1 = 180 [N]? F2 = 680 [N] F1 =? F1 = 180 [N] 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!) F2 = 8800 [N] d2 24 mm d1 19 mm F1 =? 9

10 LA COMMANDE D EMBRAYAGE HYDRAULIQUE À ASSISTANCE PNEUMATIQUE. L assistance pneumatique, appelée également servodébrayage, 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 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. 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. 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). 10

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. 11

12 BOÎTE DE VITESSES MÉCANIQUES FONCTIONNEMENT DE LA BOÎTE DE VITESSES 1. Multiplication du couple : 2. Démultiplication de la fréquence de rotation : 12

13 Boîte de vitesses à 3 arbres 13

14 CHAÎNE CINÉMATIQUE D UNE BOÎTE DE VITESSES À 3 ARBRES n 1 = M 1 = Première vitesse i 1 = M 2 = Z1 = 17 Z2 = 28 Z3 = 14 Z4 = 31 n 2 = n 1 = M 1 = Deuxième vitesse I 2 = M 2 = Z1 = 17 Z2 = 28 Z5 = 20 Z6 = 25 N 2 = n 1 = M 1 = Troisième vitesse I 3 = M 2 = Z1 = 17 Z2 = 28 Z7 = 25 Z8 = 21 n 2 = n 1 = M 1 = Quatrième vitesse I 4 = M 2 = n 2 = n 1 = M 1 = Cinquième vitesse I 5 = M 2 = Z1 = 17 Z2 = 28 Z9 = 30 Z10 = 15 n 2 = 14

15 BOÎTE DE VITESSES À 3 ARBRES AVEC LE CINQUIÈME RAPPORT SURMULTIPLIÉ Placer les repères des différents pignons. Z1 = 12 Z2 = 36 Z3 = 21 Z4 = 30 Z5 = 25 Z6 = 22 Z7 = 28 Z8 = 19 Z9 = 37 Z10 = 11 Z11 = 14 Z12 = 32 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. Z1 = 12 Z2 = 36 Z3 = 21 Z4 = 30 Z5 = 24 Z6 = 24 Z7 = 27 Z8 = 21 Z9 = 33 Z10 = 15 Z11 = 14 Z12 = 32 Grille des vitesses. Calcul du rapport de quatrième : Calcul du rapport de cinquième : 15

16 BOÎTE DE VITESSES À 2 ARBRES POUR MOTEUR LONGITUDINAL ENTRAÎNEMENT Calculs des différents rapports 16

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. 17

18 LES VERROUILLAGES DE SÉCURITÉ Rôle : 1. Le verrouillage de sécurité à disque 18

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 19

20 LA SYNCHRONISATION À CÔNES Les éléments de la synchronisation à cône Première phase de synchronisation : Contact 20

21 Deuxième phase de synchronisation : Interdiction ENTRAÎNEMENT Troisième phase de synchronisation : Crabotage 21

22 LA SYNCHRONISATION «NEW-PROCESS» ENTRAÎNEMENT 22

23 Position point mort : Première phase : Contact Deuxième phase : Interdiction Troisième phase : Crabotage 23

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. 24

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. Doubleur de gamme pour vitesses 1 à 4 Rapport de démultiplication ~ 4 :1 - Tracer la chaîne cinématique du rapport engagé. - Déterminer la vitesse engagée. Doubleur de gamme pour vitesses 5 à 8 Rapport de prise directe = 1 :1 25

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. 26

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 Combien de vitesses possède la boîte ci-dessus? Tracez la chaîne cinématique, sur la boîte ci-dessous, lorsque la 3 ème vitesse est engagée. Z1 Z8 Z6 Z4 Z12 Z10 Z1 = 12 Z3 = 21 Z5 = 25 Z7 = 28 Z9 = 37 Z11 = 14 Z13 = 23 Z2 = 36 Z4 = 30 Z6 = 22 Z8 = 19 Z10 = 11 Z12 = 32 Z14 = 28 Z2 Z7 Z5 Z3 Z11 Z9 6. Tracez la grille du levier de vitesse. 7. Calculer tous les rapports de cette boîte de vitesses. 27

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? 28

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 3 ème 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... 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 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. 29