CONTROLES DES BOITE DE VITESSES ET DE TRANSFERT (partie 2/5)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - identifier chaque composant d’une boîte de vitesses et d’un transfert (arbres, pignons, synchroniseurs, embrayages, bagues, joints, etc.) ; - expliquer le rôle fonctionnel de chaque élément dans la transmission du couple et le changement de rapport ; - réaliser le démontage, le contrôle visuel et métrologique, le remontage et le réglage d’une boîte de vitesses et d’un transfert conformément aux procédures d’atelier camerounaises ; - appliquer les règles de sécurité, d’hygiène et de prévention des risques liés aux huiles, aux pressions et aux pièces en rotation. **Prérequis** : - connaissances de base en cinématique des mécanismes (translation, rotation, rapport de vitesse) ; - maîtrise des outils de mesure (pied à coulisse, micromètre, jeu de cales, comparateur) ; - notions de lecture de plans mécaniques et de symboles normalisés (ISO 128, NF E01-005) ; - avoir suivi les chapitres sur les liaisons mécaniques, hydrauliques et pneumatiques (niveau Seconde). --- ## Introduction contextualisée Dans les véhicules utilitaires et les engins de chantier présents au Cameroun (camions benne, tracteurs agricoles, chargeuses), la boîte de vitesses et le transfert sont les organes qui permettent d’adapter la puissance moteur aux exigences de traction ou de vitesse. Une défaillance de ces ensembles entraîne une perte de rendement, une surconsommation de carburant et, dans les cas graves, une immobilisation du matériel. Le technicien de maintenance doit donc savoir identifier chaque pièce, vérifier son état d’usure, remonter l’ensemble en respectant les jeux et les précharges prescrits par le constructeur, tout en garantissant la sécurité de l’intervention. Ce chapitre s’inscrit dans la logique du référentiel de compétences du MINESEC/IGE : il développe la capacité à réaliser un contrôle complet et un remontage conforme aux bonnes pratiques d’atelier. --- ## I. Leçon 4 – Identification des éléments de la boîte de vitesses et de transfert ; ACTIVITÉS D’INTEGRATION ### 4.1. Schéma fonctionnel d’une boîte de vitesses manuelle à 5 rapports Une boîte de vitesses manuelle comprend principalement : - **Arbre primaire** (entrée, lié au disque d’embrayage, fixé au volant moteur) ; - **Arbre secondaire** (sortie, transmet le couple au pont arrière) ; - **Arbre intermédiaire** (ou contre‑arbre) portant les pignons de réduction ; - **Jeux de pignons** (pignons fixes sur les arbres, pignons libres sur les bagues) ; - **Synchroniseurs** (bagues de friction, anneaux de blocage) pour chaque rapport ; - **Embrayage de commande** (disque, plateau, ressort) ; - **Bagues d’étanchéité** (joints toriques, lèvres) ; - **Levier de sélection** et **tringlerie** (fourchettes, câbles ou tiges) ; - **Boîtier** (carter en fonte ou aluminium) contenant l’huile de lubrification. > **À retenir** : Le rapport de vitesse i/j = Nombre de dents du pignon mené / Nombre de dents du pignon moteur. ### 4.2. Éléments spécifiques du transfert (boîte de transfert) Le transfert, souvent intégré à la boîte ou placé en aval, permet de répartir le couple entre les essieux avant et arrière (transmission intégrale) ou de fournir un rapport réduit (mode tout‑terrain). Ses composants clés sont : - **Arbre d’entrée** (reçoit le couple de la boîte) ; - **Arbre de sortie avant** et **arbre de sortie arrière** ; - **Pignon conique** ou **planétaire** selon le type (transfert à pignons coniques ou à train épicycloïdal) ; - **Embrayage de blocage** (disque à friction ou à bain d’huile) pour verrouiller le différentiel central ; - **Joints homocinétiques** (CV joints) aux sorties d’arbre ; - **Carter de transfert** avec bouchon de remplissage et de vidange d’huile. > **À retenir** : Dans un transfert à train épicycloïdal, le rapport réduit = 1 + (Nombre de dents du couronne / Nombre de dents du soleil) (porte‑satellite fixé, couronne en sortie). ### 4.3. Activités d’intégration (atelier) 1. **Repérage visuel** : à l’aide d’un éclaté fourni par le constructeur, l’élève localise chaque groupe (arbre, pignon, synchroniseur, joint). 2. **Mesure des jeux** : utilisation d’un jeu de cales pour vérifier le jeu axial des arbres (0,10–0,20 mm selon norme) et le jeu radial des pignons (0,05–0,15 mm). 3. **Contrôle d’état** : inspection visuelle des dents (pitting, usure, casse), des bagues de synchroniseur (glissement, usure), des joints (fissures, durcissement). 4. **Documentation** : remplissage d’une fiche de contrôle comportant les références pièces, les mesures relevées et le verdict (conforme, à remplacer, à rectifier). > **À retenir** : Toute mesure hors tolérance entraîne le remplacement de la pièce concernée ou la rectification selon les préconisations du constructeur (ex. rectification d’un arbre sur une tolérance de 0,02 mm). ### 4.4. Sécurité et hygiène - Porter des gants nitrile et des lunettes de protection lors de la manipulation d’huiles usées. - Utiliser un bac de récupération pour éviter les déversements sur le sol (risque de glissade, pollution). - Vérifier la mise à la terre du poste de travail lorsqu’on utilise une meuleuse ou une perceuse sur des pièces métalliques. --- ## II. Leçon 5 – Remontage de la boîte de vitesses et de transfert ### 5.1. Préparation du poste de travail - Nettoyer le carter avec un dégraissant adapté (ex. white‑spirit) et sécher à l’air comprimé. - Vérifier l’état des surfaces d’appui (planéité, absence de bavures) à l’aide d’un comparateur. - Préparer les pièces neuves ou rectifiées : vérifier les références, appliquer une fine couche d’huile de montage sur les surfaces en contact (paliers, bagues, joints). > **À retenir** : L’huile de montage doit être compatible avec l’huile de service (ex. huile minérale 80W‑90 pour boîte mécanique). ### 5.2. Étapes de remontage (procédure type) | Étape | Action principale | Outils / Consignes | |------|-------------------|--------------------| | 1 | Installation des arbres primaire et secondaire dans le carter | Presse d’arbre, vérification de l’alignement (jeu axial entre 0,10 et 0,20 mm) | | 2 | Montage des pignons fixes sur les arbres | Clé dynamométrique, couple de serrage selon fiche technique (ex. 25 Nm) | | 3 | Pose des bagues de synchroniseur et des anneaux de blocage | Manchette en laiton, contrôle du jeu de friction (0,02–0,05 mm) | | 4 | Insertion du jeu de pignons libres sur les bagues | Vérification du jeu radial (0,05–0,15 mm) | | 5 | Montage de l’embrayage de commande (disque, plateau, ressort) | Clé à cliquet, couple de serrage du plateau (ex. 30 Nm) | | 6 | Pose des joints d’étanchéité (lèvres, toriques) | Graisse de montage, éviter la torsion du joint | | 7 | Réglage du levier de sélection et de la tringlerie | Jeu de la fourchette (0,2–0,4 mm), vérification du point mort | | 8 | Remplissage d’huile de service (visqueité conforme) | Bouchon de vidange, niveau à la jauge (entre min et max) | | 9 | Serrage final du carter | Couple de serrage des boulons (ex. 12 Nm en croix) | | 10 | Test de fonctionnement à vide | Rotation de l’arbre primaire, écoute des bruits anormaux, vérification du passage des rapports | > **À retenir** : Le serrage en croix du carter évite la déformation du logement et garantit une répartition uniforme de la charge. ### 5.3. Remontage spécifique du transfert 1. **Arbre d’entrée** : insérer dans le carter de transfert, vérifier le jeu axial (0,10–0,20 mm). 2. **Pignon conique ou planétaire** : monter sur l’arbre intermédiaire, appliquer le couple de serrage indiqué (ex. 20 Nm pour écrou de fixation du pignon conique). 3. **Embrayage de blocage** : placer le disque de friction, précharger le ressort selon la valeur du constructeur (ex. 150 N). 4. **Joints homocinétiques** : graisser légèrement, enfoncer jusqu’à la butée, vérifier l’absence de jeu axial. 5. **Remplissage d’huile** : utiliser l’huile préconisée pour le transfert (souvent même grade que la boîte, mais vérifier la viscosité spécifique). 6. **Serrage du carter** : même procédure que pour la boîte (en croix, couple spécifié). > **À retenir** : Lors du remontage d’un transfert à train épicycloïdal, le satellite doit être installé avec sa marque d’orientation alignée avec le repère du carter (évite le montage à l’envers). ### 5.4. Contrôles post‑remontage - **Test de passage des rapports** : moteur au point mort, passer tous les rapports, vérifier la douceur et l’absence de grincement. - **Vérification des fuites** : faire tourner le moteur quelques minutes, inspecter les joints et les bouchons. - **Mesure de la température d’huile** : après 15 min de fonctionnement, la température doit rester entre 80 °C et 110 °C (selon grade). - **Essai sur route ou banc d’essai** : vérifier l’absence de vibrations anormales et la bonne transmission du couple. > **À retenir** : Toute fuite détectée après remontage nécessite le démontage, le remplacement du joint défectueux et un nouveau serrage selon le couple de service. ### 5.5. Sécurité et prévention des risques - Utiliser un chandelle ou un cric de capacité adaptée lorsqu’on soulève le groupe motopropulseur. - Vérifier que le véhicule est correctement calé (freins de stationnement, cales) avant toute intervention sous le châssis. - Ne jamais travailler sur une boîte encore chaude ; attendre le refroidissement complet (< 40 °C) pour éviter les brûlures. - Éliminer les huiles usées dans un récipient agréé pour le recyclage (conformément à la réglementation camerounaise sur les déchets dangereux). --- ## III. Synthèse du chapitre - **Identification** : arbre primaire, secondaire, intermédiaire ; pignons fixes et libres ; synchroniseurs ; embrayage de commande ; joints d’étanchéité ; levier de sélection ; carter. - **Transfert** : arbre d’entrée, arbres de sortie avant/arrière, pignon conique ou planétaire, embrayage de blocage, joints homocinétiques, carter de transfert. - **Jeux à respecter** : jeu axial arbre 0,10–0,20 mm ; jeu radial pignon 0,05–0,15 mm ; jeu de synchroniseur 0,02–0,05 mm. - **Couples de serrage typiques** : écrou de pignon fixe 20–30 Nm ; plateau d’embrayage 25–35 Nm ; boulons de carter 10–15 Nm (en croix). - **Procédure de remontage** : nettoyage, montage arbres, pignons, synchroniseurs, embrayage, joints, remplissage huile, serrage carter, essais. - **Sécurité** : EPI, récupération huiles, calage véhicule, refroidissement pièces, élimination déchets dangereux. - **Documents de suivi** : fiche de contrôle (références, mesures, verdict), registre de maintenance (date, kilométrage, interventions). > **À retenir** : Le respect des tolérances de jeu et des couples de serrage garantit la longévité de la boîte et du transfert et évite les pannes prématurées en service. > **À retenir** : L’huile de montage doit être identique en nature à l’huile de service pour assurer une lubrification immédiate au démarrage. > **À retenir** : Tout jeu hors tolérance entraîne soit le remplacement de la pièce, soit une rectification selon les préconisations du constructeur (ex. rectification d’arbre sur 0,02 mm). > **À retenir** : Le serrage en croix du carter évite la déformation du logement et assure une répartition uniforme de la charge. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Arbre primaire | Arbre d’entrée de la boîte de vitesses, lié au disque d’embrayage (fixé au volant moteur), transmet le couple du moteur aux pignons. | | Arbre secondaire | Arbre de sortie de la boîte, transmet le couple au pont arrière. | | Pignon fixe | Pignon solidaire d’un arbre, ne tourne pas relativement à cet arbre. | | Pignon libre | Pignon pouvant tourner sur une bague, engagé ou désengagé selon le rapport sélectionné. | | Synchroniseur | Dispositif qui égalise les vitesses de deux pignons avant leur engagement, permettant un passage de rapport doux. | | Embrayage de commande | Ensemble disque‑plateau‑ressort qui transmet le couple du moteur à l’arbre primaire de la boîte de vitesses, permettant l’engagement ou le désengagement de la transmission. | | Joint d’étanchéité | Élément (lèvre ou torique) qui empêche les fuites d’huile et l’entrée de contaminants dans le carter. | | Transfert | Organe qui répartit le couple entre les essieux avant et arrière ou fournit un rapport réduit (mode tout‑terrain). | | Embrayage de blocage | Disque à friction qui verrouille le différentiel central du transfert pour bloquer la répartition du couple. | | Jeu axial | Mouvement longitudinal autorisé d’un arbre dans son logement, exprimé en millimètres. | | Jeu radial | Mouvement radial autorisé d’un pignon ou d’un arbre dans son alésage, exprimé en millimètres. | | Couple de serrage | Valeur de torque appliquée à un boulon ou un écrou pour assurer un maintien sans déformation, exprimée en newton‑mètre (Nm). | | Huile de montage | Lubrifiant appliqué au remontage pour faciliter l’insertion des pièces et assurer une lubrification initiale. | | Jeu de cales | Ensemble de lames d’épaisseur connue utilisé pour mesurer les jeux mécaniques. | | Comparateur | Instrument de mesure permettant de détecter des variations de déplacement de l’ordre du micromètre. | --- ## Exercices d’application corrigés ### Exercice 1 – Mesure du jeu axial d’un arbre secondaire **Consigne** : Sur une boîte de vitesses de camion benne, l’arbre secondaire présente un diamètre nominal de 30 mm. À l’aide d’un jeu de cales, vous obtenez les mesures suivantes : jeu mesuré avec une cale de 0,12 mm = léger frottement ; avec une cale de 0,15 mm = jeu libre. Déterminez le jeu axial et indiquez s’il est conforme à la tolérance constructeur (0,10–0,20 mm). **Corrigé** : - Avec 0,12 mm, le frottement indique que le jeu réel est légèrement inférieur à 0,12 mm. - Avec 0,15 mm, le jeu libre indique que le jeu réel est supérieur à 0,15 mm. - Donc le jeu axial réel est compris entre 0,12 mm et 0,15 mm. - La moyenne approximative = (0,12 + 0,15)/2 = 0,135 mm. - 0,135 mm appartient à l’intervalle [0,10 ; 0,20] mm → **conforme**. ### Exercice 2 – Calcul du couple de serrage d’un écrou de pignon fixe **Consigne** : Un pignon fixe de diamètre 25 mm est vissé sur un arbre avec une vis M8. Le constructeur préconise un coefficient de frottement μ = 0,15 et une contrainte de traction admissible σ = 400 MPa. Calculer le couple de serrage T (en Nm) à appliquer, sachant que la section efficace de la vis est A = π·d²/4 avec d = 6 mm (diamètre nominal du filet). **Corrigé** : - Section A = π·(6 mm)²/4 = π·36/4 = 28,27 mm² = 2,827·10⁻⁵ m². - Force de précharge F = σ·A = 400·10⁶ Pa × 2,827·10⁻⁵ m² = 1,13·10⁴ N ≈ 11 300 N. - Couple de serrage T = F·(d/2)·[μ + p/(π·d)] avec d = 8 mm (diamètre nominal de la vis) et p = 1,25 mm (pas de la vis M8). - d/2 = 4 mm = 0,004 m. - p/(π·d) = 1,25 mm / (π·8 mm) ≈ 0,0497. - Donc T = 11 300 N × 0,004 m × (0,15 + 0,0497) = 45,2 N·m × 0,1997 ≈ 9,0 N·m. - Arrondi à la précision usuelle → **9 Nm** (à vérifier avec la fiche technique du constructeur). ### Exercice 3 – Diagnostic d’une fuite d’huile au niveau du joint de transfert **Consigne** : Après remontage d’un transfert sur un tracteur agricole, vous observez une goutte d’huile au niveau du joint homocinétique de l’arbre de sortie arrière toutes les 5 minutes de fonctionnement à régime moyen. Proposez une démarche de diagnostic et les actions correctives. **Corrigé** : 1. **Vérification du serrage** : contrôler le couple de serrage du boulon de fixation du joint (ex. 10 Nm). Si sous‑serré, resserrer au couple spécifié. 2. **Contrôle de l’état du joint** : inspecter le joint pour déchirure, durcissement ou mauvaise position. Si endommagé, le remplacer. 3. **Vérification de l’alignement de l’arbre** : mesurer le jeu radial de l’arbre de sortie (doit être < 0,10 mm). Un désalignement provoque une usure prématurée du joint. 4. **Contrôle de la pression interne** : s’assurer que le niveau d’huile n’est pas excessif (dépasse le repère max) pouvant créer une surpression. Ajuster le niveau si nécessaire. 5. **Essai de fonctionnement** : après correction, faire tourner le transfert 10 min et vérifier l’absence de nouvelles gouttes. **Actions correctives typiques** : remplacer le joint homocinétique, réaligner l’arbre de sortie (ajouter ou retirer des cales d’ajustement), resserrer le boulon au couple de 10 Nm, remettre le niveau d’huile à la marque « max ». --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Oublier de nettoyer les surfaces d’appui avant remontage | Mauvaise prise des jeux, usure prématurée des paliers | Toujours dégraisser et sécher les surfaces ; vérifier l’absence de particules avec un chiffon propre. | | 2 | Utiliser une clé à choc pour serrer les boulons du carter | Sur‑serrage pouvant fissurer le carter en fonte | Utiliser une clé dynamométrique réglée au couple spécifié ; serrer en croix. | | 3 | Monter un joint d’étanchéité à l’envers (lèvre vers l’extérieur) | Fuites d’huile immédiates | Repérer la marque d’orientation sur le joint ; la lèvre doit faire face au carter. | | 4 | Négliger le préchargement du ressort de l’embrayage de commande | Difficulté à passer les rapports, usure des synchroniseurs | Mesurer la longueur libre du ressort et comparer à la valeur du constructeur ; ajuster avec des rondelles si nécessaire. | | 5 | Laisser de l’huile usée sur le sol de l’atelier | Risque de glissade, pollution environnementale | Récupérer l’huile dans un bac dédié ; transférer dans un conteneur agréé pour le recyclage. | | 6 | Effectuer le test de fonctionnement à chaud sans laisser refroidir la boîte | Risque de brûlure, déformation des joints par dilatation thermique | Attendre que la température d’huile descende en dessous de 40 °C avant toute manipulation directe. | --- *Fin du cours.*