Systèmes de transmission (boîtes de vitesses, lignes d'arbre et essieux)
Guide d'étude Red Seal Practice avec schémas.
Systèmes de transmission (boîtes de vitesses, lignes d'arbre et essieux)
Introduction au chapitre
Ce chapitre couvre l'ensemble des composants de la transmission de puissance d'un équipement lourd, depuis la sortie du moteur jusqu'aux moyeux de roues. Pour l'examen Sceau rouge, vous devez maîtriser non seulement la théorie des différents types de boîtes de vitesses, mais aussi les procédures de diagnostic, les jeux de mesure, les rapports de démultiplication et les normes de sécurité applicables. La maîtrise de ce chapitre représente généralement 15 à 20 % des questions de l'examen.
La fonction globale de la transmission
La transmission a pour rôle de :
Le rapport de démultiplication (ou ratio) est le rapport entre la vitesse d'entrée et la vitesse de sortie. Il se calcule comme suit :
Rapport = Nombre de dents de la roue menée ÷ Nombre de dents de la roue menante
Pour un train d'engrenages multiple, le rapport total est le produit des rapports individuels. Par exemple, une transmission avec un premier rapport de 3,5:1 et un rapport de pont de 4,88:1 donne un rapport total de 3,5 × 4,88 = 17,08:1.
Les embrayages
Embrayage à friction monodisque
L'embrayage à friction est le dispositif le plus courant sur les équipements lourds à transmission manuelle. Ses composants principaux sont :
Le jeu libre de la pédale doit être vérifié régulièrement. Un jeu insuffisant provoque un patinage de l'embrayage ; un jeu excessif provoque une difficulté d'engagement. La mesure standard se fait au niveau de la pédale : le jeu libre typique est de 25 à 40 mm (1 à 1,5 pouce) pour un système mécanique.
Embrayage hydraulique (convertisseur de couple)
Le convertisseur de couple est utilisé dans les transmissions automatiques et les transmissions à passage de puissance. Il se compose de :
Le convertisseur multiplie le couple dans un rapport pouvant atteindre 2,5:1 à l'arrêt complet. Le rapport de multiplication diminue progressivement jusqu'à atteindre 1:1 lorsque la turbine atteint environ 90 % de la vitesse de la pompe. Ce point est appelé le point de couplage.
Le glissement du convertisseur se calcule ainsi :
Glissement (%) = ((Vitesse pompe − Vitesse turbine) ÷ Vitesse pompe) × 100
Un glissement excessif (supérieur à 5 % en régime stabilisé) indique une usure des garnitures ou un niveau d'huile incorrect.
Les transmissions manuelles
Transmission à engrenages en prise constante
Les transmissions à engrenages en prise constante utilisent des synchroniseurs pour égaliser les vitesses des pignons avant l'engagement. Les composants critiques sont :
Le synchroniseur fonctionne en trois phases : (1) le cône de friction égalise les vitesses, (2) la bague de blocage empêche l'engagement prématuré, (3) l'engagement complet des dents se produit lorsque les vitesses sont synchronisées.
Transmission à engrenages à prise directe (range-type)
Les transmissions range-type (ou à gamme) combinent une transmission principale avec un réducteur planétaire monté en sortie. Le conducteur sélectionne la gamme haute ou basse à l'aide d'un interrupteur électropneumatique. La gamme basse multiplie le couple par un facteur d'environ 2:1.
Transmission à engrenages à fractionnement (splitter-type)
Les transmissions splitter-type divisent chaque rapport principal en deux sous-rapports. Le rapport total est obtenu en combinant le rapport principal et le rapport du fractionneur. Par exemple, une transmission 8 vitesses avec fractionneur donne 16 vitesses.
Procédures de diagnostic des transmissions manuelles
| Symptôme | Cause probable | Vérification |
|---|---|---|
| Craquement au passage des vitesses | Synchroniseur usé, huile incorrecte | Vérifier le niveau et le type d'huile, démonter le synchroniseur |
| Saute hors de vitesse | Fourchette usée, denture usée, roulement d'arbre usé | Mesurer le jeu axial des arbres, inspecter les dentures |
| Bruit constant en prise | Roulements usés, pignon endommagé | Analyse vibratoire, inspection visuelle |
| Difficulté à engager les vitesses | Câble de commande désajusté, embrayage ne débrayant pas complètement | Vérifier le jeu de pédale, purger le circuit hydraulique |
Les transmissions automatiques
Transmission automatique à engrenages planétaires
La transmission automatique utilise des engrenages planétaires combinés à des embrayages à disques multiples et des freins à bande. Les composants principaux sont :
Le train planétaire offre trois fonctions de base selon l'élément fixe et l'élément menant :
| Élément menant | Élément fixe | Élément mené | Résultat |
|---|---|---|---|
| Couronne | Soleil | Porte-planétaires | Réduction (rapport > 1) |
| Soleil | Couronne | Porte-planétaires | Réduction (rapport > 1) |
| Porte-planétaires | Couronne | Soleil | Surmultiplication (rapport < 1) |
| Soleil | Porte-planétaires | Couronne | Surmultiplication (rapport < 1) |
| Deux éléments liés | — | Troisième élément | Prise directe (1:1) |
| Aucun élément fixe | — | — | Point mort |
Transmission automatique à commande électronique
Les transmissions modernes utilisent un module de commande électronique (ECM) qui contrôle les solénoïdes de changement de vitesse. Les capteurs principaux sont :
Le diagnostic de ces systèmes se fait à l'aide d'un outil de balayage électronique. Les codes de diagnostic (DTC) sont normalisés selon la norme SAE J1939 pour les équipements lourds.
Procédures d'essai de pression hydraulique
Pour vérifier le fonctionnement hydraulique d'une transmission automatique :
Une pression basse dans toutes les gammes indique une pompe usée, un filtre obstrué ou un niveau d'huile bas. Une pression basse dans une gamme spécifique indique une fuite interne dans le circuit de cette gamme.
Les transmissions à passage de puissance (powershift)
Les transmissions powershift sont largement utilisées dans les équipements de construction. Elles permettent de changer de vitesse sans interruption de puissance grâce à des embrayages à disques multiples actionnés hydrauliquement.
Le système de commande comprend :
La modulation est essentielle pour éviter les chocs lors des changements de vitesse. Les valves de modulation progressives permettent un engagement progressif de l'embrayage.
Réglage de la pression de modulation
La pression de modulation doit être réglée selon les spécifications du fabricant. Une pression trop élevée provoque des chocs violents ; une pression trop basse provoque un patinage et une surchauffe des disques. La procédure typique :
Les lignes d'arbre (arbres de transmission)
Composants et fonction
La ligne d'arbre transmet la puissance de la transmission au différentiel. Ses composants sont :
Angles et alignement
L'angle de fonctionnement des joints universels doit être égal et opposé aux deux extrémités de l'arbre. Un angle excessif (supérieur à 3°) provoque des vibrations. L'angle maximum recommandé est de 7° pour les joints à rouleaux.
La vérification de l'alignement se fait avec un niveau à bulle de précision ou un inclinomètre numérique. Les tolérances typiques sont :
Diagnostic des vibrations
Les vibrations de ligne d'arbre peuvent avoir plusieurs causes :
| Cause | Caractéristique de la vibration | Vérification |
|---|---|---|
| Arbre déséquilibré | Vibration augmente avec la vitesse | Équilibrage dynamique |
| Angle incorrect | Vibration à des vitesses spécifiques | Mesure des angles |
| Jeu dans les joints universels | Claquement au démarrage et à la décélération | Inspection des jeux |
| Coulisse usée | Vibration et bruit intermittent | Mesure du jeu axial |
Le jeu maximal dans un joint universel est généralement de 0,5 mm (0,020 pouce) mesuré avec un comparateur. Au-delà, le joint doit être remplacé.
Procédure de remplacement d'un joint universel
Les essieux et différentiels
Le différentiel standard
Le différentiel permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes dans les virages. Ses composants :
Le rapport de pont est le rapport entre le nombre de dents de la couronne et celui du pignon d'attaque. Par exemple, une couronne de 41 dents et un pignon de 9 dents donnent un rapport de 41 ÷ 9 = 4,56:1.
Le différentiel à glissement limité (antipatinage)
Le différentiel à glissement limité (ou LSD) utilise des embrayages à disques multiples ou un système visqueux pour limiter la différence de vitesse entre les roues. Les types courants :
Le test de fonctionnement d'un différentiel à glissement limité :
Le blocage de différentiel
Le blocage de différentiel (ou verrouillage) est utilisé pour les conditions de traction difficiles. Il peut être actionné :
Le blocage ne doit être engagé que sur sol meuble ou glissant. L'engager sur sol dur peut endommager les engrenages.
Réglage du jeu d'engrènement (backlash)
Le jeu d'engrènement entre le pignon et la couronne est critique. La procédure de mesure :
Le jeu typique est de 0,15 à 0,25 mm (0,006 à 0,010 pouce). Un jeu excessif provoque du bruit ; un jeu insuffisant provoque une surchauffe et une usure rapide.
Le motif de contact (tooth contact pattern)
Le motif de contact est vérifié en appliquant une pâte à vérifier (prussian blue) sur les dents de la couronne et en faisant tourner l'ensemble. Le motif correct doit être :
Un motif trop près du sommet indique un pignon trop éloigné de la couronne. Un motif trop près de la base indique un pignon trop rapproché.
Les essieux moteurs tandem
Les essieux tandem (deux essieux moteurs) sont courants sur les camions lourds. Ils utilisent un répartiteur de couple (ou boîte de transfert) qui divise la puissance entre les deux essieux.
Le répartiteur peut être :
La ligne d'arbre intermédiaire (entre les deux essieux) doit être vérifiée pour son alignement et son jeu. Un désalignement provoque des vibrations et une usure prématurée des joints universels.
Les normes et règlements applicables
Normes CSA
Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (CSA C22.1) s'applique aux composants électriques des transmissions automatiques à commande électronique. La règle 8-200 concerne les exigences de mise à la terre des équipements électriques.
La norme CSA B149.1 (Code sur le gaz naturel et le propane) s'applique aux équipements fonctionnant au gaz naturel comprimé (GNC) ou au propane, y compris les systèmes de transmission associés.
Normes SAE
Les normes SAE J1939 (réseau de communication pour véhicules lourds) et SAE J1587 (diagnostic) sont essentielles pour le diagnostic électronique des transmissions modernes.
Règlements canadiens sur les véhicules
Le Règlement sur la sécurité des véhicules automobiles du Canada (RSVA) exige que les modifications aux systèmes de transmission respectent les spécifications du fabricant d'origine.
Procédures de sécurité
Avant toute intervention sur un système de transmission :
Résumé
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