Boîte de vitesses expliquée : comment elle transforme la puissance et le couple

Une boîte de vitesses est un dispositif mécanique qui transfère l'énergie d'un appareil à un autre, utilisé pour augmenter le couple tout en réduisant la vitesse. Le couple est la puissance générée par la flexion ou la torsion d'un matériau solide. Ce terme est souvent utilisé comme synonyme de transmission.

Située au point de jonction d'un arbre de puissance, la boîte de vitesses crée souvent un changement de direction à angle droit, comme sur une tondeuse rotative ou un hélicoptère. Chaque unité est conçue pour un but précis, et le rapport de démultiplication est conçu pour fournir le niveau de force requis. Ce rapport est fixe et ne peut être changé une fois la boîte construite. La seule modification possible après coup est un réglage permettant d'augmenter la vitesse de l'arbre, avec une réduction correspondante du couple.

Transmissions à plusieurs vitesses

Dans les situations nécessitant plusieurs vitesses, une transmission à plusieurs engrenages augmente le couple tout en ralentissant la vitesse de sortie. Ce design se trouve couramment dans les transmissions automobiles. Le même principe peut créer un surmultiplicateur (overdrive) qui augmente la vitesse de sortie tout en diminuant le couple.

Exemple : éolienne

Une éolienne illustre une très grande boîte de vitesses. La turbine tourne lentement avec un couple énorme. La transmission traduit cette puissance en vitesse de rotation plus rapide mais à couple plus faible pour le générateur électrique. En raison de leur taille et de la puissance générée, les éoliennes ont plusieurs engrenages et étages pour assurer une sortie constante du générateur même si la vitesse de rotation de la turbine fluctue.

Types de transmission automobile

Dans une automobile, il y a trois types de transmission : automatique, manuelle, ou à variation continue. La transmission manuelle donne le meilleur exemple d'une boîte de vitesses simple. Dans les transmissions automatique et à variation continue, les boîtes sont des systèmes fermés nécessitant peu d'intervention humaine.

Transmission manuelle : deux systèmes

Système à engrenages glissants (sliding mesh) : utilise des engrenages droits à denture droite. Les engrenages tournent librement et nécessitent une manipulation du conducteur pour synchroniser le passage d'une vitesse à l'autre. Le conducteur doit coordonner les tours moteur à la vitesse routière requise. Si la transition n'est pas bien chronométrée, les engrenages claquent, créant un bruit de grincement fort quand les dents se heurtent.

Système à engrenages en prise constante (constant mesh) : a des jeux d'engrenages hélicoïdaux ou à double hélice taillés en biais, en prise permanente. Des cônes de friction ou bagues de synchronisation ont été ajoutés pour créer une transition plus douce au changement de vitesse. Ce type se trouve généralement dans les voitures de course et le matériel agricole.