Présentation
En anglais
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 :
-
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) ;
-
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 :
-
une description détaillée des éléments constitutifs pour les différentes échelles d’observation des phénomènes ;
-
une définition claire des phases de fonctionnement et des modèles mécaniques associés ;
-
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 ;
-
de faire une analyse de chaque comportement élémentaire et de présenter un modèle global de comportement Synchronisation des boîtes de vitesses. Modélisation ;
-
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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Contexte de travail
En anglais
1. Présentation
1.1 Description
Les boîtes de vitesses sont des structures mécaniques composées de parties fixes et de pièces tournantes. Elles relient les trois parties principales de la transmission (figure 1). Le côté synchronisé de la transmission est composé par le disque d’embrayage débrayé, par l’arbre d’entrée de la boîte et les engrenages qui y sont liés. Le côté synchronisant contient les éléments tournants de la boîte, et tout le reste de la transmission, jusqu’aux roues du véhicule. Le mécanisme de changement de vitesses est composé de tringles et de fourchettes entraînées soit à la main par l’intermédiaire d’une tringlerie, soit par des actuateurs robotisés.
Jusqu’à maintenant, la simulation du comportement mécanique de ces trois parties a été limitée. Vu le grand nombre d’éléments constitutifs, il n’a pas été facile d’étudier le processus de changement de vitesses en détails. Ce texte se concentre exclusivement sur le comportement du synchronisateur dont les quatre fonctions de base sont les suivantes :
-
annuler la différence de la vitesse angulaire entre le baladeur et la roue à synchroniser. Cette fonction est appelée synchronisation ;
-
empêcher le changement de vitesse tant qu’une différence de vitesse angulaire existe. Cette fonction est appelée interdiction ;
-
déplacer le baladeur sur les cannelures des parties du synchronisateur ;
-
permettre la transmission de la puissance après la fin du changement de vitesses.
En général, la variation de la différence de vitesse angulaire est absorbée par un embrayage conique, et la transmission de la puissance est assurée par une liaison à cannelures. En fonction de la puissance à dissiper, des embrayages à simple, double ou triple cônes sont utilisés. La figure 2 présente les principales solutions technologiques :
-
synchronisateur à embrayage à disques ou à cônes ;
-
synchronisateur à cônes internes ou externes.
Naturellement, les comportements spécifiques dépendent des arrangements technologiques des pièces, mais la nature des problèmes reste la même dans tous les cas. Ainsi pour simplifier cet article, le synchronisateur...
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