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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux synchronisateurs, ces éléments de liaison des boîtes de vitesses mécaniques, constitués de pièces imbriquées aux géométries compliquées. Même si les interactions entre les composants de base sont bien maîtrisées, les synchronisateurs n’en sont pas moins des éléments spécifiques soumis à des conditions de fonctionnement très variables et devant s’inscrire dans la durée. Après une présentation très détaillée de l’élément synchronisateur, sa géométrie, les matériaux, son usure et sa caractérisation sur bancs d’essais sont définis avec précision.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Daniel PLAY : Ingénieur Docteur - Professeur d’Université à l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
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Laszlo LOVAS : Ingénieur Docteur - Maître de Conférences à l’Université des Sciences Techniques et Économiques de Budapest
INTRODUCTION
Les synchronisateurs des boîtes de vitesses mécaniques font l’objet d’un regain d’intérêt notamment avec les boîtes de vitesses robotisées. La relative simplicité des boîtes mécaniques s’oppose à la complexité des boîtes automatiques et les coûts sont naturellement en proportion. De plus, les technologies et moyens de production des boîtes mécaniques sont stabilisés depuis longtemps et l’innovation dans le pilotage et la commande ont redonné de nouvelles perspectives de développement.
Les boîtes de vitesses mécaniques sont des systèmes mécaniques assez simples. Les interactions entre les éléments de base (carters, roulements, engrenages) sont généralement bien maîtrisées autant en statique qu’en dynamique et les synchronisateurs de vitesse restent des éléments spécialisés à cause de la diversité des fonctions à réaliser et des conditions imposées. Souvent, la complexité de tels éléments impressionne le concepteur qui soit extrapole, ce qui est connu en espérant ne pas dépasser les limites du raisonnable, soit s’en remet à de super spécialistes en espérant bien poser son problème.
Les synchronisateurs sont des éléments de liaison :
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constitués de pièces imbriquées avec des géométries compliquées (cônes, cannelures, crabots, ...) et divers matériaux (aciers, alliages, revêtements, huile, ...) ;
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soumis à des conditions de fonctionnement hautement variables sur des temps très courts (inférieurs à la seconde) ;
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devant présenter des caractéristiques de fonctionnement reproductibles et qui s’inscrivent dans la durée (la durée de vie de la boîte de vitesses).
Les synchronisateurs sont donc des éléments sensibles qui demandent :
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une description détaillée des éléments constitutifs pour les différentes échelles d’observation des phénomènes ;
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une définition claire des phases de fonctionnement et des modèles mécaniques associés ;
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des résultats pour la conception et la maîtrise du comportement de l’ensemble synchronisateur et boîte de vitesses.
L’approche proposée dans cette série d’articles a pour objet, dans l’état actuel des connaissances :
-
d’isoler l’élément synchronisateur et de définir un contexte de travail Synchronisateurs des boîtes de vitesses. Caractéristiques ;
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de faire une analyse de chaque comportement élémentaire et de présenter un modèle global de comportement Synchronisation des boîtes de vitesses. Modélisation ;
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de présenter des résultats et de faire une étude d’influence de paramètres Synchronisateurs des boîtes de vitesses. Comportement.
Tout cela dans le but de fournir les repères et méthodes de calcul utiles au concepteur soit dans la phase de prédimensionnement, soit dans la phase d’optimisation et de mise au point avec les fournisseurs de synchronisateurs.
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2. Contexte de travail
2.1 Géométrie des synchronisateurs
Quatre échelles de définition géométrique sont généralement adoptées :
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échelle globale (à l’ordre de grandeur de la dimension du mécanisme considéré). Par exemple, une vue CAO-3Dimensions permet de situer la morphologie de chaque pièce ;
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échelle macroscopique générale. Cette vue de la géométrie permet de préciser les côtes (linéaires, circulaires) et tolérances en particulier sur les dessins 2 Dimensions. C’est la description la plus connue et largement régie par les Normes géométriques ;
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échelle macroscopique de détail. Cette échelle intermédiaire correspond à la description de toutes les corrections des profils et des formes issues de l’optimisation des pièces. Cette optimisation géométrique considère le plus souvent les effets de déformabilité des pièces en cours de fonctionnement. Cette optimisation reste l’affaire des spécialistes et généralement, elle n’est pas indiquée sur les dessins traditionnels ;
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échelle microscopique. Les rugosités et autres caractéristiques de surface sont indiquées en liaison avec les normes en vigueur. Des détails peuvent être spécifiés en liaison avec les propriétés tribologiques des surfaces.
Ainsi, la figure 31 présente quelques aspects de définition d’une bague synchro. L’hypothèse d’une pièce axisymétrique étant faite, toutes les surfaces cylindriques et coniques doivent être concentriques à l’axe de la pièce. De même, une équirépartition des cannelures tout au long de la circonférence extérieure doit être assurée (position angulaire et angle des faces chanfreinées).
La figure 32 montre des vues simplifiées de bagues intermédiaires. Ici aussi, l’hypothèse axisymétrique est retrouvée au même titre que l’équirépartition angulaire des doigts d’entraînement. L’épaisseur des bagues intermédiaires est conditionnée à la fois par la fabrication et par des exigences de déformabilités circonférentielles et axiales. Les valeurs de tolérance reportées sur les figures sont indicatives pour des...
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