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Académie de
la Réunion.
Bac Pro 3 ans Maintenance des Matériels options : A (Matériels agricoles) et B (Travaux Publics et Manutention)
La Boîte de vitesse power-shiftI/ Fonction globale 1/ Compléter la fonction globale A-0 de la boîte de vitesses agricole. Puissance de sortie Ps =Cs x ωs, Puissance d’entrée Pe =Ce x ωe, Adapter le couple moteur au couple en limitant les interruptions de la transmission, action sur la pédale d’embrayage, action sur les commandes du quadrupleur, énergie électrique, informations pour l’afficheur de la transmission, prise diagnostic.
Synoptique de la boîte de vitesses GBA 10
2) Compléter le synoptique de la boîte de vitesses GBA 10, repérer l’entrée et la sortie ainsi que le cheminement du mouvement en vous aidant des actigrammes.
Analyse fonctionnelle3) Indiquer les fonctions des différents actigrammes en les complétant sur A0. (Transmettre ou interrompre la puissance d’entrée. Adapter le couple moteur au couple résistant. Permettre 4 rapports supplémentaires sans interruption de l’effort de traction).
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La boîte de vitesses GBA 10
Action du levier de l’inverseurAction du levier de vitesses
Huile
………………………………………………………………………………
Action du levier de gamme
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Pertes énergétiques
1. Embrayage2. Inverseur3. Quadrupleur4. Arbre intermédiaire5. Arbre d’entrée6. Arbre de sortie
Technologie. Séquence : La boîte de vitesses
Savoirs : S 412 Transmission hydrocinétique et power-shiftDurée : 1 heure
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Action sur la pédale d’embrayage
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A2
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A3………………………………………………………………………………………………………………
A4
Puissance d’entréePe =Ce x ωe
Générer de l’énergie
hydraulique régulée.
A1 Groupe
hydraulique
Embrayage à bain d’huile
La boîte de vitesses principale
Quadrupleur
………………………………………………………………
……………………..
HuileConsigne de
sécurité
……………………………………………………
…………………………………
Pertes énergétiques
Prise diagnostic
Informations pour
l’afficheur de la
transmission
La boîte de vitesses GBA 10
Puissance de sortiePs =Cs x ωs
Huile
Puissance avec un couple amplifié
Puissance sortie d’embrayagePs = Cs x ωs
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…………………………………………
………………………..
Energie électrique
4) Identifier par une couleur l’ensemble des éléments d’informations utilisés par le système.
5) Identifier la sortie de l’actigramme « groupe hydraulique » et indiquer à quels actigrammes la sortie s’adresse.…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
6) Compléter les contraintes de pilotage des actigrammes « quadrupleur » et « la boîte de vitesses principale ».
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II/ Les différents rapports.
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III/ Fonction de la boîte à vitesse.
Adapter le couple moteur au couple résistant.
Dans le cas d’un mouvement circulaire, la puissance se calcule selon la formule :
P = C
Conclusion : pour une puissance donnée si le couple augmente, le régime diminue et inversement.
1/ La denture des pignons.
Il existe deux types de denture :
-Le pignon à denture droite (Fig :1).
-Le pignon à denture hélicoïdale (Fig :2).
Il s’agit de pignon dont la denture suit une hélice s’enroulant sur un cylindre.
Sur le pignon à denture droite:
- Une seule dent est en prise.
- L'effort moteur passe brusquement d'une dent à l'autre. L'engrenage travaille par chocs bruyant.
- L'effort de transmission F est perpendiculaire à l'axe.
Sur le pignon à denture hélicoïdale :
WATT Newton-mètre Radians/seconde = 2N / 60
Fig 1
Fig 2
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- L'engagement d'une dent se produit alors que la précédente est encore en contact.
- Le bruit est pratiquement éliminé.
- Pour une même largeur que le pignon à denture droite, la largeur de denture sera plus importante donc la surface en contact plus grande.
2/ Les différents types de boîte de vitesses.
La boîte de vitesse à pignons baladeurs
Les pignons des différents rapports sont généralement associés par deux de manière à ce qu'ils constituent deux vitesses consécutives(Fig3). Le passage à la vitesse supérieure(ou inférieure) s'effectue alors plus rapidement puisque le levier reste engagé dans la même fourchette. Cette disposition permet de réduire considérablement l'encombrement (essentiellement la longueur) de la boîte de vitesses.
A moins d'avoir recours à des dispositifs complexes donc coûteux ces boîtes de vitesse sont constituées de pignons à denture droite .Ces pignons sont montés fixes en rotation mais libres en translation par rapport à l'arbre cannelé qui les supporte.
L’engagement des pignons à denture droite (bien que chanfreinés) est prévu pour être réalisé à l'arrêt, le passage des vitesses en marche est pas commode, de plus les chocs de denture qui en résultent, détériorent les engrenages.
Les engrenages à denture droite ont un fonctionnement bruyant souvent amplifié par la
La boîte de vitesse à crabot
Lorsque les pignons sont à taille hélicoïdale, il n'est pas possible de les déplacer latéralement l'un par rapport à l'autre pour les engrener.
Les pignons récepteurs sont à engrènement constant, fixes en translation et libres en rotation.
Le passage des vitesses en marche est soumis aux mêmes inconvénients que dans le cas d’une boîte à pignons baladeurs.
Pour rendre solidaire l’arbre secondaire avec l’un ou l’autre des pignons fous on utilise un crabot baladeur.
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Les crabots et les clabotsLe principal avantage du dispositif de crabotage est de permettre l'utilisation d'engrenages réducteurs à denture hélicoïdale en prise constante. Le terme de crabotage est en fait couramment employé pour désigner deux accouplements distincts qui sont le crabot dont la liaison est réalisée au moyen de dents frontales, et le clabot dont le clabotage s'effectue grâce à un manchon doté de dents intérieures qui viennent s'imbriquer sur les dents d'un pignon à denture extérieure
Ce dispositif est le plus répandu puisque la majorité des boîtes de vitesses sont réalisées suivant ce principe; elles utilisent en fait une liaison par clabotage, généralement nommée sans distinction technologique par le terme global de boîtes de vitesses à crabot.
Les boîtes de vitesses à crabot ont généralement une architecture à arbre primaire et secondaire en ligne, un arbre intermédiaire assure, grâce à des pignons de différents diamètres la démultiplication nécessaire à chaque rapport.
Le verrouillage des crabots .
Pour éviter que la vitesse ne saute lors d'un à coup ou de la transmission du couple, le verrouillage de la commande des vitesses est complété par un dispositif anti-lâcher au niveau du Crabot, il consiste à détalonner le pignon et le manchon de manière à ce que le couple transmis les maintienne engagés.
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3/Le principe des commandes.
Pour obtenir une vitesse, il faut déplacer un coulisseau et généralement un coulisseau permet d'obtenir 2 vitesses.
Il sera donc nécessaire d'avoir pour une boîte 4 vitesses, 3 coulisseaux.
- 2 coulisseaux pour les marches AV 1 - 2 - 3 - 4 .
- 1 coulisseau pour la marche AR .
Sur ce coulisseau prend place une fourchette. La translation de cette fourchette permettra l'engagement de l'une ou l'autre des vitesses. Il faut donc disposer d'autant de fourchettes et d'axes qu'il y a de coulisseaux.
Exemple de commande.Le levier de vitesse agit sur un doigt de sélection qui vient se placer dans l’encoche (entraîneur) solidaire de l’axe de la fourchette qui permet d’engager un rapport déterminé.
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4/ Le dispositif de verrouillage.
Leur fonction.
Ces systèmes ont pour but de maintenir les fourchettes dans les positions définies par le conducteur (point mort ou vitesse engagée)
Leur principe de fonctionnement.
- Une bille d'acier est poussée par un ressort dans une encoche du coulisseau et le maintien dans la position que lui a donné le conducteur.
- La réaction fournie par cette bille lors de sa sortie ou de son engagement est ressentie dans la commande par le conducteur.
Le verrouillage peut être absolu c’est à dire sans jeu au point mort et flottant pour les vitesses, de manière à ce que le verrouillage réalisé par le crabot ou le synchroniseur ne soit pas contrarié par celui de l’axe de la fourchette.
5/ Le verrouillage de sécurité
Dès lors qu'un rapport sélectionné est engagé, le dispositif de sécurité interdit mécaniquement l'engagement d'une deuxième vitesse : ce qui aurait pour effet de bloquer la boîte de vitesses si le véhicule est à l'arrêt, ou de provoquer un accident mécanique très important si l'engin se déplace. Le dispositif de sécurité agit dans le cas ou le verrouillage sur un à-coup important ne maintiendrait pas les autres fourchettes au point mort, ou lorsque par imprécision le doigt de sélection viendrait tenter de déplacer deux fourchettes à la fois. Grâce au dispositif de sécurité il est impossible d'engager simultanément deux rapports et lorsqu'une vitesse a été sélectionnée il est totalement impossible de déplacer les autres fourchettes.Les dispositifs de sécurité généralement employés sont à disque mais surtout à bonhomme.
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Le pignon à craboterIl porte un cône mâle en regard du cône femelle du moyeu. Au plus grand diamètre du cône, une denture extérieure recevra les dents de l'anneau baladeur. (remarquer l'entrée de la denture).
Le baladeur
Il porte une denture intérieure pour s'engager sur le moyeu. (remarquer l'entrée de la denture). Il comporte une rainure circulaire intérieure dans laquelle viendront s'engager les billes.
Le moyeuIl est monté sur l'arbre cannelé et peut coulisser sur celui-ci. Ses deux faces latérales portent les cônes femelles (bagues rapportées solidaires du moyeu). Sur sa denture extérieure il y a 3 logements à 120" recevant 3 billes montées sur ressort.
5/ La synchronisation.
Le dispositif appelé synchroniseur a pour rôle d'amener le pignon et le baladeur à la même vitesse de rotation avant le crabotage.
Le synchroniseur est un embrayage à friction conique (Fig :14), de faible pente, il permet pour un faible effort F, de transmettre un couple A très important.
Conception du synchroniseur
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6/ Le fonctionnement.
1 er temps : synchronisation.
2 ème temps : verrouillage.
IV/ Le rapport de boîte de vitesse.
C’est le rapport R entre la vitesse de l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie (appelée aussi la raison du train d’engrenage). Le rapport R est égal à :
Nombre de dents roue menante Z1 10
R = = = = 0 ,2
Nombre de dents roue menée Z2 50
Dans cet exemple si la vitesse d’entrée est de 2000tr/min la vitesse de l’arbre de sortie sera de 2000 0,2 = 400tr/min
LE COUPLE VARIE A L’INVERSE DE LA VITESSE DE ROTATION.
Le conducteur sollicite, par l'intermédiaire du levier de sélection le déplacement de l'anneau baladeur. Mais celui ci entraîne, grâce à la pression des billes, le moyeu jusqu'au contact de son cône femelle sur le cône mâle du pignon. La friction des deux cônes a pour effet d'amener progressivement le pignon à la même vitesse de rotation que celle de l'ensemble moyeu- baladeur.
Le pignon et le baladeur tournent maintenant à la même vitesse. Le conducteur, en exerçant un effort plus important sur le levier de sélection, dégage les billes. Le baladeur s'engage alors dans les crabots du pignon fou.
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A partir du schéma suivant ou l’on trouve le nombre de dents de chaque pignon, calculer le rapport des quatre vitesses des pages 2 et 3.
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