La boîte de vitesse

Les boîtes à vitesses automobiles ont des engrenages constamment en prise, mais dont l'un des deux pignons est monté fou (il peut tourner indépendamment) sur son arbre. Au point mort, aucun des engrenages n'est solidarisé avec deux arbres. Les baladeurs sont, eux, entraînés par leur arbre tout en pouvant coulisser axialement sur celui-ci. Le levier de vitesses actionne les axes (1) sur lesquels sont fixées les fourchettes (2, 3, 4) dans lesquelles tournent les baladeurs. Chaque fourchette est actionnée par un axe différent, et lorsqu'on déplace le levier transversalement au point mort, on passe d'un axe de fourchette à l'autre et on se met ainsi en position de commander un autre baladeur. Sur l'image, les baladeurs 2 et 4 sont au point mort alors que le 3 a été engagé en déplaçant le levier longitudinalement. Avant d'engager un baladeur il faut nécessairement dégager l'autre, donc ramener le levier au point mort.

Les pignons de l'arbre 5 sont tous solidaires de leur arbre, qui pourrait être sur cette figure soit l'arbre primaire (d'entrée) s'il s'agissait d'une boîte sans prise directe, soit l'arbre intermédiaire (dit aussi "train fixe") s'il s'agit d'une boîte avec prise directe, comme (ci-dessous) la boîte à 5e rapports Alfa-Roméo des années 60-70.

Dans ce cas, la boîte comporte 3 arbres:

- le primaire entraîné par son extrémité cannelée qui s'insère dans le disque d'embrayage.

- l'intermédiaire, ou train fixe, qui est un arbre de renvoi.

- le secondaire, ou arbre de sortie sur lequel tous les baladeurs sont montés.

(Cliché Alpha Auto)

Les pignons fous sur leur arbre tournent à des régimes différents. Pour pouvoir engager les dents d'un baladeur sur les dents d'un pignon, il faut synchroniser ces régimes, et c'est là le rôle des anneaux de synchronisation, dits "synchros", sortes de petits embrayages à cônes montées de chaque côté des baladeurs. Si la boîte est dépourvue de synchros ou s'ils sont très usés, c'est au conducteur de synchroniser les régimes au moyen d'un double débrayage.

1. Fourchette

2. Baladeur avec synchroniseurs.

3. Baladeur sans synchroniseurs.

4. Pignons à taille droite de marche arrière et rampante.

5. Pignons à taille hélicoïdale de 1ère et 2e.

La taille des dents hélicoïdale réduit fortement le bruit, mais génère une poussée axiale et accroît les pertes par friction. La taille droite n'est plus utilisée que pour la marche arrière et la rampante qui équipe certaines boîtes à vitesses de poids-lourds. Ces engrenages sont plus étroits parce qu'ils ne sont pas censés êtres utilisés fréquemment à plein couple du moteur.

Le rendement d'un engrenage est d'environ 98%. Une boîte sans prise directe telle que montée dans les tractions avant ou à boîte-pont à l'arrière à un rendement analogue sur tous ses rapports car elle comporte toujours un seul couple de pignons en charge.

Par contre, une boîte avec prise directe utilise deux couples de pignons sur les autres rapports et elle présente donc un rendement moindre sur ceux là, mais proche de 100% en prise directe. La prise directe peut être le dernier rapport, ce qui est avantageux car c'est le plus utilisé sur route et autoroute, ou l'avant dernier, le dernier étant alors surmultiplié. Que l'une ou l'autre solution soit choisie ne change pas le rapport total de transmission si le rapport de pont est ajusté en conséquence. En effet les rapports finaux de transmission sont le produit des rapports de boîte par celui de pont. Ce dernier est toujours une démultiplication car le moteur tourne beaucoup plus vite que