Gearhead 101: Comprendre la transmission manuelle

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Bon retour à Réducteur 101 - une série sur les bases du fonctionnement des voitures pour les néophytes automobiles.


Parce que vous lisez l'Art de la virilité, vous savez comment conduire un levier de vitesses. Mais savez-vous ce qui se passe sous le capot lorsque vous changez de vitesse?

Ne pas?


Eh bien, c'est votre jour de chance!

Dans cette édition de Gearhead 101, nous examinons les tenants et les aboutissants du fonctionnement d'une transmission manuelle. Au moment où vous aurez fini de lire cet article, vous devriez avoir une compréhension de base de cette partie vitale de la transmission de votre véhicule.


Retroussons nos manches et commençons.



Remarque: avant de lire le fonctionnement d'une transmission, je vous recommande vivement de consulter nos Gearhead 101 sur les tenants et aboutissants des moteurs et transmissions.


Que font les transmissions

Avant d'entrer dans les détails du fonctionnement d'une transmission manuelle, parlons de ce que font les transmissions en général.

Comme discuté dans notre introduction au fonctionnement d'un moteur de voiture, le moteur de votre véhicule crée une puissance de rotation. Pour déplacer la voiture, nous devons transférer cette puissance de rotation aux roues. C’est ce que fait la transmission de la voiture - dont la transmission fait partie.


Mais il y a quelques problèmes avec la puissance produite par un moteur à combustion interne. Premièrement, il ne délivre que la puissance ou le couple utilisable dans une certaine plage de régime moteur (cette plage est appelée plage de puissance du moteur). Allez trop lentement ou trop vite, et vous n’obtenez pas le couple optimal pour faire avancer la voiture. Deuxièmement, les voitures ont souvent besoin de plus ou moins de couple que ce que le moteur peut fournir de manière optimale dans sa plage de puissance.

Pour comprendre le deuxième problème, vous devez comprendre le premier problème. Et pour comprendre le premier problème, vous devez comprendre la différence entre moteur la vitesse et moteur couple.


Le régime moteur est la vitesse à laquelle le vilebrequin du moteur tourne. Ceci est mesuré en tours par minute (RPM).

Le couple moteur correspond à la force de torsion que le moteur génère au niveau de son arbre pour une vitesse de rotation donnée.


Un mécanicien automobile a donné cette belle analogie pour comprendre la différence entre le régime moteur et le couple moteur:

Imaginez que vous étiez un moteur et que vous essayez de planter un clou dans un mur:

Vitesse = Combien de fois vous frappez la tête du clou en une minute.

Torque = La force avec laquelle vous frappez le clou à chaque fois.

Pensez à la dernière fois que vous avez martelé des clous. Si vous marteliez très vite, vous avez probablement remarqué que vous n’aviez pas frappé le clou avec beaucoup de force. De plus, vous vous êtes probablement épuisé par tant de balançoires frénétiques.

Inversement, si vous preniez votre temps entre chaque swing, mais que vous vous assuriez que chaque swing que vous avez fait était aussi dur que possible, vous enfonceriez le clou avec moins de swing, mais cela pourrait vous prendre un peu plus longtemps parce que vous n'êtes pas se balançant à un rythme régulier.

Idéalement, vous trouveriez un rythme de martelage qui vous permettrait de frapper la tête du clou plusieurs fois avec une bonne quantité de force à chaque swing sans vous fatiguer. Ni trop vite, ni trop lent, mais juste droite.

Eh bien, nous voulons que le moteur de notre voiture fasse la même chose. Nous voulons qu'il tourne à la vitesse qui lui permet de fournir le couple nécessaire sans travailler si fort qu'il se détruit. Nous avons besoin que le moteur reste dans sa plage de puissance.

Si un moteur tourne en dessous de sa plage de puissance, vous n’avez pas le couple dont vous avez besoin pour faire avancer la voiture. S'il dépasse sa bande de puissance, le couple commence à chuter et votre moteur commence à sonner comme s'il était sur le point de se casser à cause du stress (un peu comme ce qui se passe lorsque vous essayez de marteler trop vite - vous frappez le clou avec moins de puissance et vous obtenez vraiment, vraiment fatigué). Si vous avez fait tourner votre moteur jusqu'à ce que le tachymètre entre dans le rouge, vous comprenez ce concept viscéralement. Votre moteur semble sur le point de mourir, mais vous n’allez pas plus vite.

D'accord, vous comprenez donc la nécessité de maintenir un véhicule dans sa bande de puissance pour qu'il fonctionne efficacement.

Mais cela nous amène à notre deuxième problème: les voitures ont besoin de plus ou moins de couple dans certaines situations.

Par exemple, lorsque vous démarrez une voiture à l’arrêt, vous avez besoin de beaucoup de puissance ou de couple pour faire démarrer le véhicule. Si vous actionnez la pédale d’accélérateur, vous allez faire tourner le vilebrequin du moteur très rapidement, ce qui amènera le moteur à aller bien au-dessus de sa plage de puissance et peut-être se détruire lui-même. Et le plus important, c'est que vous ne déplacerez même pas autant la voiture, car le couple diminue sur un moteur lorsqu'il dépasse sa plage de puissance. Dans cette situation, nous avons besoin de beaucoup plus de couple, mais pour y parvenir, nous devons sacrifier un peu de vitesse.

D'accord, que faire si vous appuyez un tout petit peu sur le gaz? Eh bien, cela ne fera probablement pas tourner le moteur assez vite pour entrer dans sa plage de puissance en premier lieu afin de pouvoir fournir le couple nécessaire pour faire avancer la voiture.

Jetons un coup d’œil à un autre scénario: disons que la voiture roule très vite, comme lorsque vous roulez sur l’autoroute. Vous n'avez pas besoin d'envoyer autant de puissance du moteur aux roues, car la voiture roule déjà à un rythme soutenu. L'élan absolu fait une grande partie du travail. Vous pouvez donc laisser le moteur tourner à une vitesse plus élevée sans vous soucier autant de la quantité de puissance fournie aux roues. Nous avons besoin de plus de rotation la vitesse aller aux roues, et moins en rotation Puissance.

Ce dont nous avons besoin, c'est d'un moyen de multiplier la puissance produite par le moteur lorsque cela est nécessaire (à partir d'un arrêt, de monter une colline, etc.), mais aussi de diminuer la quantité de puissance envoyée par le moteur lorsqu'elle n'est pas nécessaire ( descente ou aller très vite).

Entrez la transmission.

La transmission garantit que votre moteur tourne à une vitesse optimale (ni trop lente ni trop rapide) tout en fournissant simultanément à vos roues la bonne quantité de puissance dont elles ont besoin pour déplacer et arrêter la voiture, quelle que soit la situation dans laquelle vous vous trouvez.

Il est capable de transmettre efficacement la puissance grâce à une série d'engrenages de différentes tailles qui exploitent la puissance du rapport de transmission.

Rapports d'engrenage

À l'intérieur de la transmission se trouvent une série d'engrenages dentés de différentes tailles qui produisent du couple. Étant donné que les engrenages qui interagissent les uns avec les autres sont de tailles différentes, le couple peut être augmenté ou diminué sans trop changer la vitesse de la puissance de rotation du moteur. C'est grâce aux rapports de démultiplication.

Les rapports de démultiplication représentent la relation des engrenages entre eux en taille. Lorsque des engrenages de tailles différentes s'engrènent, ils peuvent tourner à différentes vitesses et fournir différentes quantités de puissance.

Examinons une version stupide des engrenages en action pour expliquer cela. Supposons que vous ayez un engrenage d'entrée à 10 dents (par engrenage d'entrée, je veux dire un engrenage qui génère de la puissance) connecté à une sortie plus grande avec 20 dents (par engrenage de sortie, je veux dire un engrenage qui reçoit la puissance). Pour faire tourner un engrenage à 20 dents une fois, l’engrenage à 10 dents doit tourner deux fois car il est deux fois plus gros que l’engrenage à 20 dents. Cela signifie que même si l'engrenage à 10 dents tourne vite, l'engrenage à 20 dents tourne lentement. Et même si l’engrenage à 20 dents tourne plus lentement, il fournit plus de force ou de puissance, car il est plus grand. Le rapport dans cet arrangement est de 1: 2. Il s'agit d'un faible rapport de démultiplication.

Ou disons que les deux engrenages connectés l'un à l'autre sont de la même taille (10 dents et 10 dents). Ils tourneraient tous les deux à la même vitesse et fourniraient tous les deux la même quantité de puissance. Le rapport de démultiplication ici est de 1: 1. C'est ce qu'on appelle un rapport «d'entraînement direct» car les deux engrenages transfèrent la même quantité de puissance.

Ou disons que l’engrenage d’entrée était plus grand (20 dents) et l’engrenage de sortie plus petit (10 dents). Pour faire tourner une fois l'engrenage à 10 dents, l'engrenage à 20 dents n'aurait besoin de tourner qu'à moitié. Cela signifie que même si l'engrenage d'entrée à 20 dents tourne lentement et avec plus de force, l'engrenage de sortie à 10 dents tourne vite et fournit moins de puissance. Le rapport de démultiplication ici est de 2: 1. C'est ce qu'on appelle un rapport de démultiplication élevé.

Ramenons ce concept au but de la transmission.

Vous trouverez ci-dessous un diagramme du flux de puissance lorsque les différents rapports d'un véhicule à transmission manuelle à 5 vitesses sont engagés.

Rapport de démultiplication dans un schéma d

Première vitesse. C’est le plus gros engrenage de la transmission et enchevêtré avec un petit engrenage. Un rapport de démultiplication typique lorsqu'une voiture est en première vitesse est de 3,166: 1. Lorsque la première vitesse est engagée, une faible vitesse, mais une puissance élevée est fournie. Ce rapport de démultiplication est idéal pour démarrer votre voiture à l'arrêt.

Deuxième vitesse. Le deuxième engrenage est légèrement plus petit que le premier engrenage, mais est toujours engrené avec un engrenage plus petit. Un rapport de démultiplication typique est de 1,882: 1. La vitesse est augmentée et la puissance légèrement diminuée.

Troisième vitesse. Le troisième rapport est légèrement plus petit que le deuxième, mais toujours lié à un engrenage plus petit. Un rapport de démultiplication typique est de 1,296: 1.

Quatrième vitesse. La quatrième vitesse est légèrement plus petite que la troisième. Dans de nombreux véhicules, au moment où une voiture est en quatrième vitesse, l'arbre de sortie se déplace à la même vitesse que l'arbre d'entrée. Cet arrangement est appelé «entraînement direct». Un rapport de démultiplication typique est de 0,972: 1

Cinquième vitesse. Dans les véhicules avec une cinquième vitesse (également appelée «overdrive»), elle est connectée à une vitesse nettement plus grande. Cela permet à la cinquième vitesse de tourner beaucoup plus vite que celle qui délivre de la puissance. Un rapport de démultiplication typique est de 0,78: 1.

Parties d'une transmission manuelle

Parties d

Donc, à présent, vous devriez avoir une compréhension de base de l'objectif d'une transmission: elle garantit que votre moteur tourne à une vitesse optimale (ni trop lente ni trop rapide) tout en fournissant simultanément à vos roues la bonne quantité de puissance dont elles ont besoin pour bouger et s'arrêter. la voiture, peu importe la situation dans laquelle vous vous trouvez.

Jetons un coup d'œil aux parties d'une transmission qui permettent que cela se produise:

Arbre d'entrée. L'arbre d'entrée provient du moteur. Cela tourne à la même vitesse et puissance du moteur.

Contre-arbre. L'arbre intermédiaire (alias l'arbre intermédiaire) se trouve juste en dessous des arbres de sortie. L'arbre intermédiaire se connecte directement à l'arbre d'entrée via un engrenage à vitesse fixe. Chaque fois que l'arbre d'entrée tourne, il en va de même pour l'arbre intermédiaire et à la même vitesse que l'arbre d'entrée.

En plus de l’engrenage qui prend la puissance de l’arbre d’entrée, l’arbre intermédiaire comporte également plusieurs engrenages, un pour chacun des «engrenages» de la voiture (1er-5e), y compris la marche arrière.

L'arbre de sortie. L'arbre de sortie est parallèle au-dessus de l'arbre intermédiaire. C'est l'arbre qui fournit la puissance au reste de la transmission. La quantité de puissance fournie par l'arbre de sortie dépend des engrenages qui y sont engagés. L'arbre de sortie a des engrenages à rotation libre qui sont montés dessus par des roulements à billes. La vitesse de l'arbre de sortie est déterminée par laquelle des cinq vitesses sont en «engrenage» ou engagées.

1ère-5ème vitesse. Ce sont les engrenages qui sont montés sur l'arbre de sortie par des roulements et déterminent dans quel «engrenage» se trouve votre voiture. Chacun de ces engrenages est constamment engrené avec l'un des engrenages de l'arbre intermédiaire et tourne constamment. Cet arrangement constamment enchevêtré est ce que vous voyez dans les transmissions synchronisées ou les transmissions à maillage constant, que la plupart des véhicules modernes utilisent. (Nous verrons comment tous les engrenages peuvent toujours tourner alors qu'un seul d'entre eux fournit de la puissance à la transmission ici dans un instant.)

La première vitesse est la plus grande vitesse, et les vitesses deviennent progressivement plus petites à mesure que vous atteignez la cinquième vitesse. N'oubliez pas les rapports de démultiplication. Parce que le premier engrenage est plus grand que le pignon d'arbre intermédiaire auquel il est connecté, il peut tourner plus lentement que l'arbre d'entrée (rappelez-vous que l'arbre de renvoi se déplace à la même vitesse que l'arbre d'entrée), mais fournit plus de puissance à l'arbre de sortie. Lorsque vous montez dans les rapports, le rapport de transmission diminue jusqu'à ce que vous atteigniez le point où les arbres d'entrée et de sortie se déplacent à la même vitesse et délivrent la même quantité de puissance.

Engrenage libre. Le pignon fou (parfois appelé «pignon inverseur») se trouve entre le pignon de marche arrière sur l'arbre de sortie et un pignon sur l'arbre intermédiaire. Le pignon fou est ce qui permet à votre voiture de faire marche arrière. La marche arrière est le seul rapport d’une transmission synchronisée qui n’est pas toujours engrené ou en rotation avec un engrenage à arbre intermédiaire. Il ne bouge que lorsque vous passez réellement le véhicule en marche arrière.

Colliers / manchons de synchroniseur. La plupart des véhicules modernes ont une transmission synchronisée, ce qui signifie que les engrenages qui fournissent de la puissance sur l'arbre de sortie sont constamment engrenés avec des engrenages sur l'arbre intermédiaire et tournent constamment. Mais vous vous demandez peut-être: «Comment les cinq engrenages peuvent-ils être constamment enchevêtrés et tourner constamment, alors qu'un seul de ces engrenages fournit réellement de la puissance à l'arbre de sortie?»

L'autre problème qui se pose avec les engrenages qui tournent toujours est que l'engrenage d'entraînement tourne souvent à une vitesse différente de celle de l'arbre de sortie auquel l'engrenage est connecté. Comment synchroniser un engrenage qui tourne à une vitesse différente de celle de l’arbre de sortie, et d’une manière douce qui ne cause pas beaucoup de meulage?

La réponse aux deux questions: les colliers de synchronisation.

Comme mentionné ci-dessus, les engrenages 1 à 5 sont montés sur l'arbre de sortie via des roulements à billes. Cela permet à tous les engrenages de tourner librement en même temps pendant que le moteur tourne. Pour engager l'un de ces engrenages, nous devons le connecter fermement à l'arbre de sortie, de sorte que la puissance est transmise à l'arbre de sortie, puis au reste de la transmission.

Entre chacun des engrenages se trouvent des anneaux appelés colliers de synchronisation. Sur une transmission à cinq vitesses, il y a un collier entre la 1ère et la 2ème vitesse, entre les 3ème et 4ème vitesses, et entre la 5ème et la marche arrière.

Chaque fois que vous passez une voiture à une vitesse, le collier du synchroniseur passe à la vitesse mobile que vous souhaitez engager. À l'extérieur de l'engrenage se trouvent une série de dents en forme de cône. Le collier de synchroniseur a des rainures pour accepter ces dents. Grâce à une excellente ingénierie mécanique, le collier de synchroniseur peut se connecter à un engrenage avec très peu de bruit ou de frottement même lorsque l'engrenage est en mouvement, et synchroniser la vitesse de l'engrenage avec l'arbre d'entrée. Une fois que le collier de synchroniseur est engrené avec le pignon d'entraînement, ce pignon d'entraînement délivre de la puissance à l'arbre de sortie.

Chaque fois qu'une voiture est «neutre», aucun des colliers de synchronisation n'est emmêlé avec un engrenage d'entraînement.

Les colliers de synchronisation sont également quelque chose de plus facile à comprendre visuellement. Voici un petit clip qui fait un excellent travail pour expliquer ce qui se passe (commence à environ 1 h 59):

Changement de vitesse. Le changement de vitesse est ce que vous déplacez pour mettre une voiture en marche.

Tige de changement de vitesse. Les tiges de changement de vitesses déplacent les colliers de synchronisation vers le rapport que vous souhaitez engager. Sur la plupart des véhicules à cinq vitesses, il y a trois tiges de changement de vitesse. Une extrémité d'une tige de changement de vitesse est reliée au changement de vitesse. À l'autre extrémité de la tige de changement de vitesse se trouve une fourchette de changement de vitesse qui maintient le collier de synchroniseur.

Fourchette de changement de vitesse. La fourchette de sélection maintient le collier de synchronisation.

Embrayage. L'embrayage se trouve entre le moteur et la boîte de vitesses de la transmission. Lorsque l'embrayage est débrayé, il déconnecte le flux de puissance entre le moteur et la boîte de vitesses. Cette déconnexion de la puissance permet au moteur de continuer à tourner même si le reste de la transmission de la voiture ne reçoit aucune puissance. Avec la puissance du moteur déconnectée de la transmission, le changement de vitesse est beaucoup plus facile et évite d'endommager les engrenages de transmission. C'est pourquoi chaque fois que vous changez de vitesse, vous appuyez sur la pédale d'embrayage et désengagez l'embrayage.

Lorsque l'embrayage est engagé - votre pied lâche la pédale - la puissance entre le moteur et la transmission est rétablie.

Comment fonctionnent les transmissions manuelles

Alors, rassemblons tout cela et voyons ce qui se passe chaque fois que vous changez de vitesse dans un véhicule. Nous commencerons par démarrer une voiture et passer à la deuxième vitesse.

Lorsque vous démarrez une voiture à transmission manuelle, avant de tourner la clé, vous désactivez le Embrayage en appuyant sur la pédale d'embrayage. Cela déconnecte le flux de puissance entre l'arbre d'entrée du moteur et la transmission. Cela permet à votre moteur de fonctionner sans fournir de puissance au reste du véhicule.

Avec l'embrayage débrayé, vous déplacez le changement de vitesse en première vitesse. Cela provoque un tige de changement de vitesse dans la boîte de vitesses de votre transmission pour déplacer le fourchette de changement de vitesse vers la première vitesse, qui est montée sur le l'arbre de sortie via des roulements à billes.

Ce premier engrenage sur l'arbre de sortie est engrené avec un engrenage qui est connecté à un arbre de renvoi. L'arbre intermédiaire se connecte à l'arbre d'entrée du moteur via un engrenage et tourne à la même vitesse que l'arbre d'entrée du moteur.

Attaché à la fourche de changement de vitesse est un collier de synchroniseur. Le collier de synchroniseur fait deux choses: 1) il monte fermement l'engrenage d'entraînement sur l'arbre de sortie afin que l'engrenage puisse fournir de la puissance à l'arbre de sortie, et 2) il garantit que l'engrenage se synchronise avec la vitesse de l'arbre de sortie.

Une fois que le collier de synchroniseur est engrené avec le premier engrenage, l'engrenage est fermement connecté à l'arbre de sortie, et le véhicule est maintenant en prise.

Pour faire bouger la voiture, vous appuyez légèrement sur le gaz (ce qui crée plus de puissance du moteur) et retirez lentement votre pied de l'embrayage (qui engage l'embrayage et reconnecte la puissance entre le moteur et la boîte de vitesses).

Étant donné que le premier rapport est gros, l’arbre de sortie tourne plus lentement que l’arbre d’entrée du moteur, mais fournit plus de puissance au reste de la transmission. C'est grâce aux merveilles de rapports d'engrenage.

Si vous avez tout fait correctement, la voiture commencera lentement à avancer.

Une fois la voiture en marche, vous voudrez aller plus vite. Mais avec la voiture en première vitesse, vous n'allez pas pouvoir aller très vite car le rapport de transmission fait tourner l'arbre de sortie à une certaine vitesse. Si vous allumez la pédale d'accélérateur avec la voiture en première vitesse, vous allez simplement faire tourner l'arbre d'entrée du moteur très rapidement (et éventuellement endommager le moteur dans le processus), mais vous ne verrez pas une augmentation de la vitesse du véhicule.

Pour augmenter la vitesse de l'arbre de sortie, nous devons passer à la deuxième vitesse. Nous appuyons donc sur l'embrayage pour couper l'alimentation entre le moteur et la boîte de vitesses et passer en deuxième vitesse. Cela déplace la tige de changement de vitesse qui a une fourchette de changement de vitesse et un collier de synchronisation vers la deuxième vitesse. Le collier de synchroniseur synchronise la vitesse du deuxième engrenage avec l’arbre de sortie et le monte fermement sur l’arbre de sortie. L'arbre de sortie peut désormais tourner plus rapidement sans que l'arbre d'entrée du moteur ne tourne furieusement pour produire la puissance dont la voiture a besoin.

Pour le reste des cinq vitesses, c'est rincer, laver et répéter.

La marche arrière est l'exception. Contrairement aux autres rapports de conduite où l'on peut passer aux vitesses sans arrêter complètement la voiture, pour passer en marche arrière, il faut être à l'arrêt. En effet, la marche arrière n’est pas constamment en prise avec un engrenage sur le contre-arbre. Pour faire glisser la marche arrière dans son pignon d'arbre intermédiaire correspondant, vous devez vous assurer que l'arbre intermédiaire ne bouge pas. Pour vous assurer que l’arbre intermédiaire ne tourne pas, vous devez arrêter complètement la voiture.

Bien sûr, vous pouvez forcer une voiture en marche avant en marche arrière, mais cela ne sonnera pas ou ne semblera pas joli, et vous pourriez causer beaucoup de dommages à la transmission.

Désormais, chaque fois que vous passez la vitesse de votre voiture, vous saurez ce qui se passe sous le capot. Ensuite, les transmissions automatiques.