Arbre de transmission -Drive shaft

Arbre de transmission avec joints universels à chaque extrémité et une cannelure au centre
Animation 3D d'un arbre à cardan dans une disposition en z

Un arbre d' entraînement, un arbre de transmission , un arbre d'entraînement , un arbre de queue ( anglais australien ), un arbre d'hélice ( arbre d'hélice ) ou un arbre à cardan (d'après Girolamo Cardano ) est un composant permettant de transmettre la puissance mécanique , le couple et la rotation, généralement utilisé pour connecter d'autres composants d'un groupe motopropulseur qui ne peut pas être connecté directement en raison de la distance ou de la nécessité de permettre un mouvement relatif entre eux.

En tant que supports de couple, les arbres de transmission sont soumis à des contraintes de torsion et de cisaillement , équivalentes à la différence entre le couple d'entrée et la charge. Ils doivent donc être suffisamment solides pour supporter l'effort, tout en évitant un poids supplémentaire trop important qui augmenterait à son tour leur inertie .

Pour permettre des variations d'alignement et de distance entre les composants d'entraînement et entraînés, les arbres d'entraînement incorporent fréquemment un ou plusieurs joints universels , accouplements à mâchoires ou joints de chiffon , et parfois un joint cannelé ou un joint prismatique .

Histoire

Le terme arbre de transmission est apparu pour la première fois au milieu du XIXe siècle. Dans la réédition du brevet de Stover en 1861 pour une machine de rabotage et d'appariement , le terme est utilisé pour désigner l' arbre entraîné par courroie par lequel la machine est entraînée. Le terme n'est pas utilisé dans son brevet original. Une autre utilisation précoce du terme se produit dans la réédition du brevet de 1861 pour la tondeuse à cheval Watkins et Bryson . Ici, le terme fait référence à l'arbre transmettant la puissance des roues de la machine au train d'engrenages qui actionne le mécanisme de coupe.

Dans les années 1890, le terme a commencé à être utilisé d'une manière plus proche du sens moderne. En 1891, par exemple, Battles désignait l'arbre entre la transmission et les camions d'entraînement de sa locomotive Climax comme l'arbre d'entraînement, et Stillman faisait référence à l'arbre reliant le vilebrequin à l'essieu arrière de son vélo à entraînement par arbre comme un arbre d'entraînement. En 1899, Bukey a utilisé le terme pour décrire l'arbre transmettant la puissance de la roue à la machine entraînée par un joint universel dans son Horse-Power . La même année, Clark a décrit son vélocipède marin en utilisant le terme pour désigner l'arbre à engrenages transmettant la puissance via un joint universel à l'arbre d'hélice. Crompton a utilisé le terme pour désigner l'arbre entre la transmission de son véhicule à moteur à vapeur de 1903 et l'essieu moteur.

L'entreprise pionnière de l'industrie automobile, Autocar , a été la première à utiliser un arbre de transmission dans une voiture à essence. Construit en 1901, ce véhicule fait aujourd'hui partie de la collection de la Smithsonian Institution.

Arbre de transmission automobile

Véhicules

Une automobile peut utiliser un arbre longitudinal pour transmettre la puissance d'un moteur/transmission à l'autre extrémité du véhicule avant qu'elle n'atteigne les roues. Une paire d'arbres de transmission courts est couramment utilisée pour envoyer la puissance d'un différentiel central , d'une transmission ou d'une boîte -pont aux roues.

Un arbre de transmission à deux sections pour camion

Moteur avant, propulsion arrière

Dans les véhicules à moteur avant et à traction arrière , un arbre de transmission plus long est également nécessaire pour envoyer la puissance sur toute la longueur du véhicule. Deux formes dominent : le tube de torsion avec un seul joint universel et le lecteur Hotchkiss plus courant avec deux joints ou plus. Ce système est devenu connu sous le nom de Système Panhard du nom de la société automobile Panhard et Levassor qui l'a breveté.

La plupart de ces véhicules ont un embrayage et une boîte de vitesses (ou transmission) montés directement sur le moteur, avec un arbre de transmission menant à une transmission finale dans l'essieu arrière. Lorsque le véhicule est à l'arrêt, l'arbre de transmission ne tourne pas. Certains véhicules (généralement des voitures de sport, comme les Chevrolet Corvette C5 / C6 / C7 , Alfa Romeo Alfetta et Porsche 924/944/928 ), recherchant un meilleur équilibre des masses entre l'avant et l'arrière, utilisent une boîte -pont montée à l'arrière . Dans certains modèles non Porsche, cela place l'embrayage et la transmission à l' arrière de la voiture et l'arbre de transmission entre eux et le moteur. Dans ce cas, l'arbre de transmission tourne en permanence avec le moteur, même lorsque la voiture est à l'arrêt et en débrayage. Cependant, les modèles Porsche 924/944/928 ont l'embrayage monté à l'arrière du moteur dans un carter de cloche et l'arbre d'entraînement de la sortie d'embrayage, situé à l'intérieur d'un tube de couple de protection creux, transfère la puissance à la boîte-pont montée à l'arrière ( transmission + différentiel). Ainsi, l'arbre de transmission Porsche ne tourne que lorsque les roues arrière tournent car l'embrayage monté sur le moteur peut découpler la rotation du vilebrequin du moteur de l'arbre de transmission. Ainsi, pour Porsche, lorsque le conducteur utilise l'embrayage tout en montant ou descendant rapidement (transmission manuelle), le moteur peut tourner librement avec l'entrée de la pédale d'accélérateur du conducteur, car avec l'embrayage désengagé, l'inertie du moteur et du volant est relativement faible et est pas alourdi par l'inertie de rotation supplémentaire de l'arbre de transmission. Le tube de couple Porsche est solidement fixé à la fois au carter de cloche du moteur et au carter de boîte-pont, fixant la longueur et l'alignement entre le carter de cloche et la boîte-pont et minimisant considérablement le couple de réaction de la roue arrière dû à la torsion de la boîte-pont dans n'importe quel plan.

Un arbre de transmission reliant un différentiel arrière à une roue arrière peut être appelé demi-arbre. Le nom dérive du fait que deux de ces arbres sont nécessaires pour former un essieu arrière .

Les premières automobiles utilisaient souvent des mécanismes d' entraînement par chaîne ou par courroie plutôt qu'un arbre d'entraînement. Certains utilisaient des générateurs électriques et des moteurs pour transmettre la puissance aux roues.

Traction avant

En anglais britannique , le terme arbre de transmission se limite à un arbre transversal qui transmet la puissance aux roues, en particulier aux roues avant. L'arbre reliant la boîte de vitesses à un différentiel arrière est appelé "arbre d'hélice", ou "arbre de transmission". Un ensemble arbre de transmission se compose d'un arbre de transmission, d'un joint coulissant et d'un ou plusieurs joints universels. Lorsque le moteur et les essieux sont séparés l'un de l'autre, comme sur les véhicules à quatre roues motrices et à propulsion , c'est l'arbre de transmission qui sert à transmettre la force motrice générée par le moteur aux essieux.

Plusieurs types d'arbres de transmission différents sont utilisés dans l'industrie automobile :

  • Arbre de transmission monobloc
  • Arbre de transmission en deux parties
  • Arbre d'entraînement à tube coulissant

L'arbre d'entraînement à tube coulissant est un nouveau type qui améliore la sécurité en cas de collision. Il peut être comprimé pour absorber l'énergie en cas de collision, il est donc également connu sous le nom d '«arbre de transmission pliable».

Quatre roues motrices et transmission intégrale

Celles-ci ont évolué à partir de la disposition des roues motrices arrière à moteur avant. Une nouvelle forme de transmission appelée boîte de transfert a été placée entre la transmission et les transmissions finales dans les deux essieux. Cela a divisé l'entraînement des deux essieux et peut également avoir inclus des engrenages de réduction, un embrayage à chien ou un différentiel. Au moins deux arbres de transmission ont été utilisés, un de la boîte de transfert à chaque essieu. Dans certains véhicules plus gros, la boîte de transfert était montée au centre et était elle-même entraînée par un arbre de transmission court. Dans les véhicules de la taille d'un Land Rover , l'arbre de transmission de l'essieu avant est nettement plus court et plus fortement articulé que l'arbre arrière, ce qui rend plus difficile la construction d'un arbre de transmission fiable et peut impliquer une forme plus sophistiquée. de joint universel.

Les voitures légères modernes à traction intégrale (notamment Audi ou la Fiat Panda ) peuvent utiliser un système qui ressemble plus à une configuration à traction avant. La transmission et la transmission finale de l'essieu avant sont combinées dans un seul boîtier à côté du moteur, et un seul arbre de transmission s'étend sur toute la longueur de la voiture jusqu'à l'essieu arrière. Il s'agit d'une conception privilégiée où le couple est orienté vers les roues avant pour donner une maniabilité semblable à celle d'une voiture, ou lorsque le constructeur souhaite produire à la fois des voitures à quatre roues motrices et à traction avant avec de nombreux composants partagés.

Recherche et développement

L'industrie automobile utilise également des arbres de transmission dans les usines d'essais. Dans un banc d'essai de moteur, un arbre de transmission est utilisé pour transférer une certaine vitesse ou un certain couple du moteur à combustion interne à un dynamomètre . Une "protection d'arbre" est utilisée au niveau d'une connexion d'arbre pour protéger contre tout contact avec l'arbre d'entraînement et pour détecter une défaillance de l'arbre. Dans un banc d'essai de transmission, un arbre de transmission relie le moteur principal à la transmission.

Symptômes d'un mauvais arbre de transmission

Un arbre de transmission automobile peut généralement durer environ 120 000 kilomètres. Cependant, si le véhicule présente l'un des signes ci-dessous, les conducteurs doivent le faire vérifier dès que possible chez un mécanicien.

  • Bruit de claquement ou de grincement : le conducteur peut entendre un bruit de claquement, de grincement ou de grincement provenant du dessous du véhicule lors de la conduite. Bien que tout cela puisse être dû à des roulements ou des bagues défectueux qui empêchent l'arbre d'entraînement de fonctionner correctement et commencent à faire beaucoup de bruits étranges.
  • Bruits de cliquetis : le conducteur peut entendre les bruits, en particulier lorsqu'il tourne le véhicule, accélère ou même le met en marche arrière.
  • Vibration: Un symptôme précoce et courant d'un arbre de transmission défaillant est une vibration intense provenant du dessous du véhicule. Des accouplements, des joints universels ou des roulements usés provoquent des vibrations excessives de l'arbre d'entraînement.
  • Problèmes de virage : les problèmes de virage du véhicule, à la fois pendant les trajets lents et à grande vitesse, sont un autre signe important d'un mauvais arbre de transmission.

Freins de stationnement à cardan

Un frein de stationnement à cardan fonctionne sur l'arbre d'entraînement plutôt que sur les roues. Ces freins sont couramment utilisés sur les petits camions. Ce type de frein est susceptible de tomber en panne et a conduit à des incidents où le camion s'est enfui sur une pente, entraînant l'émission d'alertes de sécurité. Les véhicules lourds équipés de ce type de frein de stationnement ont généralement une poignée à cliquet similaire au frein à main ou au frein de stationnement d'une voiture , par opposition à un bouton ou à un levier de frein pneumatique .

Les facteurs de risque pour les conducteurs comprennent le stationnement sur une pente raide lorsqu'ils sont lourdement chargés, le fait de ne pas appliquer le frein avec suffisamment de force, la modification de la charge ou de l'équilibre de la charge lorsqu'il est stationné sur une pente, ou le stationnement où un côté du véhicule peut glisser. L'utilisation de cales sur les roues est un moyen d'empêcher le véhicule de se déplacer en pente.

Arbres de transmission de moto

L'arbre de transmission exposé sur la première moto de BMW, la R32

Les arbres de transmission sont utilisés sur les motos depuis avant la Première Guerre mondiale, comme la moto FN belge de 1903 et la moto Stuart Turner Stellar de 1912. Comme alternative aux transmissions par chaîne et par courroie , les arbres de transmission offrent une longue durée de vie, propre et relativement entretien- fonctionnement gratuit. Un inconvénient de l'entraînement par arbre sur une moto est qu'un engrenage hélicoïdal , un engrenage conique en spirale ou similaire est nécessaire pour faire tourner la puissance à 90 ° de l'arbre à la roue arrière, perdant ainsi de la puissance.

BMW produit des motos à transmission par arbre depuis 1923 ; et Moto Guzzi fabriquent des bicylindres en V à transmission par arbre depuis les années 1960. La société britannique Triumph et les grandes marques japonaises Honda , Suzuki , Kawasaki et Yamaha ont produit des motos à transmission par arbre.

Les scooters Lambretta de type A jusqu'au type LD sont entraînés par arbre, le scooter NSU Prima est également entraîné par arbre

Les moteurs de moto positionnés de telle sorte que le vilebrequin soit longitudinal et parallèle au châssis sont souvent utilisés pour les motos à entraînement par arbre. Cela ne nécessite qu'un seul virage à 90° dans la transmission de puissance, au lieu de deux. Les vélos de Moto Guzzi et BMW, ainsi que les séries Triumph Rocket III et Honda ST utilisent tous cette configuration de moteur.

Les motos à transmission par arbre sont sujettes à l' effet d'arbre , où le châssis monte lorsque la puissance est appliquée. Cet effet, qui est à l'opposé de celui des motos à transmission par chaîne, est contrebalancé par des systèmes tels que le Paralever de BMW, le CARC de Moto Guzzi et le Tetra Lever de Kawasaki .

Arbres de transmission marins

Sur un navire à moteur, l'arbre d'entraînement, ou arbre d'hélice, relie généralement l' hélice à l'extérieur du navire à la machinerie d'entraînement à l'intérieur, en passant par au moins un joint d'arbre ou un presse-étoupe à l'endroit où il croise la coque . La poussée, la force axiale générée par l'hélice, est transmise au navire par le bloc de poussée ou le palier de butée, qui, dans tous les bateaux sauf les plus petits, est incorporé dans le moteur principal ou la boîte de vitesses. Les arbres peuvent être en acier inoxydable ou en matériaux composites selon le type de navire qui les installera.

La partie du groupe motopropulseur qui se connecte directement à l'hélice est connue sous le nom d' arbre de queue.

Arbres de transmission de locomotives

L'arbre de transmission arrière, le vilebrequin et l'arbre de transmission avant d'une locomotive Shay

Les locomotives Shay , Climax et Heisler , toutes introduites à la fin du 19e siècle, utilisaient des entraînements à douille pour coupler la puissance d'un moteur multicylindre monté au centre à chacun des bogies supportant le moteur. Sur chacune de ces locomotives à vapeur à engrenages , une extrémité de chaque arbre d'entraînement était couplée au camion entraîné par un joint universel tandis que l'autre extrémité était alimentée par le vilebrequin , la transmission ou un autre camion par un deuxième joint universel. Un entraînement à douille a également la capacité de glisser dans le sens de la longueur, ce qui fait varier efficacement sa longueur. Ceci est nécessaire pour permettre aux bogies de tourner lors du passage d'une courbe.

Les arbres à cardan sont utilisés dans certaines locomotives diesel (principalement diesel-hydrauliques, telles que British Rail Class 52 ) et certaines locomotives électriques (par exemple British Rail Class 91 ). Ils sont également largement utilisés dans les automotrices diesel .

Arbres de transmission dans les vélos

L'arbre de transmission a servi d'alternative à la transmission par chaîne dans les vélos au cours du siècle dernier, sans jamais devenir très populaire. Un vélo à cardan (ou "Acatène", d'un des premiers fabricants) présente plusieurs avantages et inconvénients :

Avantages

  • Le système d'entraînement est moins susceptible de se coincer.
  • Le cycliste ne peut pas être sali par de la graisse de chaîne ou blessé par une "morsure de chaîne" lorsqu'un vêtement ou une partie du corps se coince entre une chaîne non protégée et un pignon.
  • Moins d'entretien qu'un système à chaîne lorsque l'arbre d'entraînement est enfermé dans un tube.
  • Performances plus constantes. Dynamic Bicycles affirme qu'un vélo à arbre de transmission peut offrir une efficacité de 94 %, tandis qu'un vélo à chaîne peut offrir une efficacité de 75 à 97 % en fonction de l'état.

Désavantages

  • Un système d'arbre d'entraînement pèse plus qu'un système de chaîne, généralement 0,5 à 1 kg (1 à 2 lb) de plus.
  • Bon nombre des avantages revendiqués par les partisans de l'arbre de transmission peuvent être obtenus sur un vélo à chaîne, comme couvrir la chaîne et les pignons .
  • L'utilisation d'engrenages de dérailleur légers avec un nombre élevé de rapports est impossible, bien que des engrenages de moyeu puissent être utilisés.
  • Le retrait de la roue peut être compliqué dans certaines conceptions (comme c'est le cas pour certains vélos à chaîne avec engrenages de moyeu).

Arbres de prise de force

Les arbres de transmission sont une méthode de transfert de puissance d'un moteur et d'une prise de force vers un équipement accessoire monté sur un véhicule, tel qu'un compresseur d'air . Les arbres de transmission sont utilisés lorsqu'il n'y a pas assez d'espace à côté du moteur pour l'accessoire supplémentaire ; l'arbre comble l'espace entre la prise de force du moteur et l'accessoire, permettant à l'accessoire d'être monté ailleurs sur le véhicule.

Fabrication d'arbres de transmission

Aujourd'hui, de nouvelles possibilités existent pour le processus de production des arbres de transmission. Le processus de production d'enroulement filamentaire gagne en popularité pour la création d' arbres de transmission composites . Plusieurs entreprises de l'industrie automobile cherchent à adopter ces connaissances pour leur processus de production à grand volume.

Voir également

Les références