Comment fonctionnent les transmissions manuelles

Si vous conduisez une voiture de changement de vitesse, alors vous pouvez avoir plusieurs questions flottant dans votre tête.

Comment est-ce que le drôle de motif « H » que je déplace avec ce bouton de changement a un rapport avec les engrenages à l’intérieur de la transmission? Que se passe-t-il dans la transmission lorsque je déplace le levier de vitesse?
Quand je gâche et que j’entends cet horrible grincement , qu’est-ce qui est en train de grincer? Que se passerait-il si je devais accidentellement passer en marche arrière alors que j’accélère sur l’autoroute? Est-ce que toute la transmission exploserait?

Dans cet article, nous répondrons à toutes ces questions et d’autres encore en explorant l’intérieur d’une transmission manuelle.

Les voitures ont besoin de transmissions en raison de la physique du moteur à essence . Tout d’abord, tout moteur a une ligne rouge – une valeur maximale de régime au-dessus de laquelle le moteur ne peut pas aller sans exploser. Deuxièmement, si vous avez lu How Horsepower Works , alors vous savez que les moteurs ont des plages de régimes étroites où la puissance et le couple sont à leur maximum. Par exemple, un moteur pourrait produire sa puissance maximale à 5 500 tr / min. La transmission permet au rapport de démultiplication entre le moteur et les roues motrices de changer au fur et à mesure que la voiture accélère et ralentit. Vous changez de vitesse pour que le moteur reste au-dessous de la ligne rouge et près de la bande de régime de sa meilleure performance.

Idéalement, la transmission serait si souple dans ses rapports que le moteur pourrait toujours fonctionner à sa seule valeur de régime de la meilleure performance. C’est l’idée derrière la transmission à variation continue(CVT).

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Une CVT a une gamme presque infinie de rapports d’engrenage. Dans le passé, les transmissions CVT ne pouvaient pas concurrencer les transmissions à quatre et cinq vitesses en termes de coût, de taille et de fiabilité, de sorte que vous ne les voyiez pas dans les automobiles de série. De nos jours, les améliorations apportées à la conception ont rendu les CVT plus courantes. La Toyota Prius est une voiture hybride qui utilise une CVT.

La transmission est reliée au moteur par l’intermédiaire de l’ embrayage . L’arbre d’entrée de la transmission tourne donc au même régime que le moteur.

Une transmission à cinq vitesses applique l’un des cinq rapports d’engrenages différents à l’arbre d’entrée pour produire une valeur de régime différente sur l’arbre de sortie. Voici quelques rapports d’engrenage typiques:

Maintenant, regardons une simple transmission.

Pour comprendre l’idée de base d’une transmission standard, le schéma ci-dessous montre une transmission très simple à deux vitesses au neutre:

Regardons chacune des parties de ce diagramme pour comprendre comment elles s’emboîtent:

  • L’arbre vert vient du moteur à travers l’ embrayage . L’arbre vert et l’engrenage vert sont connectés en une seule unité. (L’embrayage est un dispositif qui vous permet de connecter et de déconnecter le moteur et la transmission.) Lorsque vous poussez la pédale d’embrayage, le moteur et la transmission sont déconnectés afin que le moteur puisse fonctionner même si la voiture est immobile. la pédale d’embrayage, le moteur et l’arbre vert sont directement reliés l’un à l’autre, l’arbre vert et l’engrenage tournent à la même vitesse que le moteur.)
  • L’arbre et les engrenages rouges sont appelés l’ arbre intermédiaire . Ceux-ci sont également connectés en une seule pièce, de sorte que tous les engrenages sur l’arbre de transmission et l’arbre de transmission lui-même tournent comme une unité. L’arbre vert et l’arbre rouge sont directement reliés par leurs engrenages maillés de sorte que si l’arbre vert tourne, il en est de même de l’arbre rouge. De cette manière, l’arbre intermédiaire reçoit sa puissance directement du moteur lorsque l’embrayage est engagé.
  • L’arbre jaune est un arbre cannelé qui se connecte directement à l’arbre d’entraînement à travers le différentiel aux roues motrices de la voiture. Si les roues tournent, l’arbre jaune tourne.
  • Les engrenages bleus roulent sur des roulements, alors ils tournent sur l’arbre jaune. Si le moteur est arrêté mais que la voiture est en roue libre, l’arbre jaune peut tourner à l’intérieur des engrenages bleus alors que les engrenages bleus et l’arbre de transmission sont immobiles.
  • Le but du collier est de connecter l’un des deux engrenages bleus à l’arbre d’entraînement jaune. Le collier est relié, à travers les cannelures, directement à l’arbre jaune et tourne avec l’arbre jaune. Cependant, le collier peut coulisser à gauche ou à droite le long de la tige jaune pour engager l’un ou l’autre des engrenages bleus. Des dents sur le collier, appelées dents de chien , s’insèrent dans les trous sur les côtés des engrenages bleus pour les engager.

Maintenant, voyons ce qui se passe quand vous passez en première vitesse.

Première vitesse

L’image ci-dessous montre comment, lorsqu’il passe en première, le collier engage le pignon bleu sur la droite:

une simple transmission automatique

Sur cette photo, l’arbre vert du moteur fait tourner l’arbre intermédiaire, ce qui fait tourner l’engrenage bleu sur la droite. Cet engrenage transmet son énergie à travers le collier pour entraîner l’arbre d’entraînement jaune. Pendant ce temps, l’engrenage bleu sur la gauche tourne, mais il tourne librement sur son palier de sorte qu’il n’a aucun effet sur l’arbre jaune.

Lorsque le collier se trouve entre les deux vitesses (comme indiqué sur la première figure), la transmission est au point mort. Les deux engrenages bleus roue libre sur l’arbre jaune à des vitesses différentes contrôlées par leurs rapports à l’arbre intermédiaire.

De cette discussion, vous pouvez répondre à plusieurs questions:

  • Lorsque vous faites une erreur en changeant de vitesse et que vous entendez un horrible grincement, vous n’entendez pas le son des engrenages. Comme vous pouvez le voir sur ces diagrammes, toutes les dents d’engrenage sont entièrement maillées à tout moment. Le broyage est le son des dents du chien qui tentent sans succès d’engager les trous dans le côté d’un engrenage bleu.
  • La transmission montrée ici n’a pas de « synchros » (discutées plus tard dans l’article), donc si vous utilisiez cette transmission vous auriez à double embrayage . Le double-embrayage était courant dans les voitures plus anciennes et est toujours commun dans certaines voitures de course modernes. En cas d’embrayage double, appuyez d’abord une fois sur la pédale d’embrayage pour désengager le moteur de la transmission. Cela prend la pression sur les dents de chien afin que vous puissiez déplacer le collier au neutre. Ensuite, vous relâchez la pédale d’embrayage et tournez le moteur à la «bonne vitesse». La vitesse correcte est la valeur de régime à laquelle le moteur devrait tourner dans la vitesse suivante. L’idée est de faire tourner le pignon bleu du pignon suivant et le collier à la même vitesse afin que les dents du chien puissent s’enclencher. Ensuite, vous poussez à nouveau la pédale d’embrayage et verrouillez le collier dans la nouvelle vitesse. À chaque changement de vitesse, vous devez appuyer et relâcher l’embrayage deux fois, d’où le nom «double-embrayage».
  • Vous pouvez également voir comment un petit mouvement linéaire dans le pommeau de levier de vitesse vous permet de changer de vitesse. Le pommeau de levier de vitesse déplace une tige reliée à la fourche. La fourche glisse le collier sur l’arbre jaune pour engager l’un des deux engrenages.

Dans la section suivante, nous verrons une vraie transmission.

Une transmission réelle
L’animation suivante vous montre le fonctionnement interne d’une transmission à quatre vitesses avec marche arrière.
 
Animation courtoisie Animations vectorielles de Geebee 

La transmission manuelle à cinq vitesses est assez standard sur les voitures aujourd’hui. En interne, cela ressemble à ceci:

diagramme d'engrenages de transmission manuelle

Il y a trois fourches commandées par trois tiges qui sont engagées par le levier de vitesse. En regardant les barres de changement de vitesse par le haut, elles ressemblent à ceci en marche arrière, première et seconde:

transmission manuelle à cinq vitesses

Gardez à l’esprit que le levier de vitesse a un point de rotation au milieu. Lorsque vous poussez le bouton vers l’avant pour engager la première vitesse, vous tirez la tige et la fourche pour la première vitesse.

Vous pouvez voir que lorsque vous déplacez le levier vers la gauche et vers la droite, vous engagez différentes fourches (et par conséquent des colliers différents). Le déplacement du bouton vers l’avant et vers l’ arrière déplace le collier pour engager l’un des engrenages.

transmission manuelle à cinq vitesses, marche arrière

La marche arrière est maniée par un petit pignon de renvoi (violet). En tout temps, l’inverseur bleu de ce diagramme tourne dans une direction opposée à toutes les autres vitesses bleues. Par conséquent, il serait impossible de lancer la transmission en marche arrière pendant que la voiture avance – les dents de chien ne s’engageraient jamais. Cependant, ils vont faire beaucoup de bruit!

Synchroniseurs
Les transmissions manuelles dans les voitures de tourisme modernes utilisent des synchroniseurs pour éliminer le besoin de double embrayage. L’objectif d’un synchro est de permettre au collier et à l’engrenage d’entrer en contact par frottement avant que les dents du chien entrent en contact. Cela permet au collier et à l’engrenage de synchroniser leurs vitesses avant que les dents ne s’enclenchent, comme ceci:

synchroniseur de transmission manuelle

Le cône sur l’engrenage bleu s’adapte dans la zone en forme de cône dans le collier, et les frottements entre le cône et le collier synchronisent le collier et l’engrenage. La partie extérieure du collier glisse alors de sorte que les dents du chien peuvent engager l’engrenage.

Chaque fabricant implémente des transmissions et des synchros de différentes manières, mais c’est l’idée générale.