Boîte de vitesses synchronisée

Le type de boîte de vitesses précédent n’est plus utilisé, du moins sur les véhicules de construction récente.

Dans une telle boîte, l’engrènement frontal des pignons tournant à des vitesses différentes est délicat car les dents se heurtant avant de s’engager les unes dans les autres, il se produit alors des grincements provoquant une usure des dents. Par ailleurs, les pignons à denture droite de ce type de boîte ont un fonctionnement bruyant.

Pour toutes ces raisons, les boîtes de vitesses sont désormais munies d’un système permettant d’amener les pignons à la même vitesse avant leur engrènement. Cette synchronisation est obtenue par un appareil appelé synchroniseur. Il en existe plusieurs types fonctionnant à peu près tous de la même manière.

L’appareil est engagé sur l’arbre secondaire, entre le pignon qui remplace le baladeur de deuxième vitesse (dans une boîte à trois vitesses) et le pignon de prise constante de l’arbre primaire. Il sert à la fois pour la deuxième vitesse et pour la prise directe.

Note #1 : De manière générale, dans les boîtes de vitesses, sont synchronisées les rapports les plus utilisés : la deuxième et la troisième vitesse (prise directe) dans une boîte à trois rapports ; la deuxième, la troisième et la quatrième (ou prise directe), dans une boîte à quatre rapports.

Note #2 : Dans la plupart des boîtes, la première et la marche arrière ne sont pas synchronisées.

Le baladeur de deuxième vitesse est remplacé par un pignon (P) monté fou sur une bague (C) engagée sur les cannelures de l’arbre secondaire. Ce pignon, à denture hélicoïdale, est constamment en prise avec un pignon semblable de l’arbre intermédiaire. Le pignon (P) porte sur une de ses faces une denture droite et un cône mâle.

Ce pignon est toujours entraîné en rotation par le pignon de l’arbre intermédiaire mais comme il tourne librement sur sa bague au point mort, il n’a aucune action sur l’arbre secondaire.

Pour que la deuxième vitesse soit engagée, il faut que le pignon soit rendu solidaire en rotation de l’arbre secondaire. C’est le rôle du synchroniseur.

Le pignon primaire de la prise constante porte sur une de ses faces la même denture et le même cône mâle que le pignon (P). En prise directe, l’arbre primaire et l’arbre secondaire sont rendus solidaires l’un de l’autre par le synchroniseur.

Le synchroniseur

Description

L’appareil se compose d’un moyeu (A) et d’une bague extérieure (B) engagée sur le premier. Le moyeu (A) dont l’alésage est cannelé s’engage sur les cannelures de l’arbre secondaire.

Ses flancs sont évidés et, dans les évidements, sont sertis des cônes femelles en bronze qui peuvent venir s’engager sur les cônes mâles des deux pignons voisins.

La périphérie du moyeu est garnie de dents de même module que celles des dentures latérales des pignons.

En trois points équidistants de la périphérie du moyeu est percé un trou radial dans lequel est logée une bille poussée par un ressort.

La bague extérieure (B) porte intérieurement des dents pouvant s’engager dans celles du moyeu et qui ont, comme ces dernières, le même module que les dents latérales des pignons.

Trois des dents de la bague (B), délimitant sur la denture trois arcs égaux, sont creusées chacune de trois crans dans lesquels peut pénétrer, dans une position déterminée, la bille correspondante du moyeu. Le pourtour de la bague est creusé d’une gorge circulaire dans laquelle s’engage la fourchette de commande du synchroniseur.

La bague palier (C) du pignon (P) est immobilisée sur l’arbre secondaire de différentes manières suivant les constructeurs.

Fonctionnement

Passage en deuxième vitesse

Synchronisation : En se déplaçant vers la droite, la fourchette du synchroniseur entraîne l’ensemble de celui-ci vers le pignon (P). Les billes, engagées dans les trois crans du milieu des dents, s’opposent au déboîtement de la bague extérieure (B) hors du moyeu (A). Le cône femelle de ce dernier vient coiffer le cône mâle du pignon. Il se produit alors entre les deux cônes un embrayage progressif qui met le pignon à la même vitesse que le synchroniseur.

Crabotage : La fourchette continuant d’agir sur la bague extérieure et le moyeu ne pouvant plus se déplacer, la bague se déboîte du moyeu et ses dents viennent s’engager sur celles du pignon. Comme les deux dentures sont à la même vitesse, l’engrènement se fait sans choc. Le pignon est devenu solidaire du synchroniseur et donc de l’arbre secondaire. Le mouvement que reçoit le pignon (P), du pignon correspondant de l’arbre intermédiaire, se transmet à l’arbre secondaire par l’intermédiaire du synchroniseur. Les billes qui sont engagées dans les crans de gauche empêchent la bague du synchroniseur de s’échapper hors de la denture du pignon.

Passage en prise directe

Sous l’action de la fourchette, l’ensemble du synchroniseur se déplace vers la gauche. Le cône de gauche du moyeu vient s’engager sur le cône du pignon de l’arbre primaire. Sous l’action de la fourchette, la bague du synchroniseur coulisse sur le moyeu et sa denture intérieure s’engage dans celle du pignon, tandis que les billes pénètrent dans les crans de droite. Au point mort, la fourchette ramène la bague dans l’alignement du moyeu et ce dernier reste à égale distance des deux pignons.

Avantages de la synchronisation

Le synchroniseur permet un passage silencieux et aisé des vitesses.

Par ailleurs, comme les pignons sont toujours en prise, on peut utiliser dans les boîtes synchronisées des pignons à denture hélicoïdale, ce qui est impossible lorsque les pignons engrènent de front. Le fonctionnement de la boîte est alors bien plus silencieux que celui des boîtes à pignons droits.

Boîte de vitesses surmultipliée

Dans une boîte de vitesses ordinaire, la démultiplication la plus petite est obtenue en prise directe du fait que l’arbre secondaire de la boîte tourne à la même vitesse que le moteur.

Sur certaines boîtes, il existe une combinaison de vitesse supplémentaire, dite surmultipliée, dans laquelle l’arbre secondaire tourne plus vite que le moteur.

La vitesse surmultipliée permet à la voiture d’atteindre sa vitesse maximale sans qu’il soit nécessaire de pousser le moteur à un régime élevé.

Il en résulte alors une économie appréciable en carburant et une réduction sensible de l’usure du moteur.

Toutefois, la vitesse surmultipliée ne permet pas des reprises aussi énergiques que dans les autres combinaisons.