Overdrive |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
-
|
|
retour Travaux
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
_Un peu d'histoire_ La société Laycock Engineering
Company Limited a été créée en 1884 par William Samuel Laycock (1842-1916). La marque Laycock de Normanville disparait
au début des années 70. Au début, Laycock fabriquait des boites de vitesse et des arbres de transmission pour les véhicules de chemin fer, et ensuite bien sûr pour l'automobile. Dans cette histoire apparait le nom (d'un anglais) Edgar De Normanville (1882–1968). Il est ingénieur et journaliste. Il est passionné de mécanique et notamment par les trains épicycloidaux. Il dépose des brevets sur ce sujet dès 1904. Une vue extraite d'un brevet d'Edgar De Normanville de 1905 : _Le brevet_ En 1930, La marque anglaise Humber fabrique une de ses
conceptions : une boites à 4 rapports ... à train épicycloidal bien sûr. Une plaque ancienne : Made by Laycock Eng. Ltd under exclusive licence from Auto Transmission Ltd Je n'ai trouvé ni la version anglaise du brevet De Normanville, ni la Française mais voici la version américaine : Une vue de ce brevet : même si l'overdrive fabriqué sera un peu différent, on reconnait les 2 garnitures coniques, les satellites, etc.
La première voiture à recevoir l'overdrive
Laycock De Normanville, est la Standard Vanguard en 1949.
_Les différents modèles_ Le premier modèle de cet overdrive est le Type ... A, logique. Il va être produit pendant près de 20 ans mais il va évoluer au fil des années. La dernière version est celle de l'XJ et sera un modèle plus compact bien que cette compacité ne soit pas nécessairement utile pour une propulsion c'est à dire avec beaucoup de place disponible en longueur sous la voiture. On trouve donc écrit sur la plaque (photo en haut de page) l'appellation Compact A Type Overdrive. Il est aussi appelé parfois Type C. On verra plus bas la différence entre Type_A et Type_A_Compact. Sans doute la première pub pour l'Overdrive Laycock-De Normanville : Le type A va équiper toutes ces marques : Jaguar, Aston Martin, Ferrari, Austin-Healey, Jensen, Bristol, AC, Armstrong Siddeley, Triumph TR2 et +, etc. Les types D (1959) LH (1967) puis J et P sont des variantes installées sur : Sunbeam, Volvo, Rapiers, Triumph, MG, Reliant, TVR, Vauxhall/Opel, American Motors et Chrysler, etc. Le type D (Fig 2) est un modèle plus petit que le A (Fig 1) et destinée aux voitures légères, genre Spitfire ou MGB Le Type A sur Triumph : Le Type A sur Jaguar MK2 (un peu différent, et il manque le solénoide coté gauche) : Le Type J :
Le type P en version renforcée est toujours fabriqué et vendu aux USA par la société Gear Vendors, adaptable
sur transmissions automatique ou manuelles, solide mais pas donné (2700$). Et ... le Type A Compact de la XJ : (photos du site Limora)
_Le principe de fonctionnement_ En résumé : une pompe à huile intégrée fonctionne en permanence et accumule de la pression dans un cylindre (1 piston + 1 ressort). La commande électrique actionne un solénoide qui vient ouvrir un clapet laissant la pression pousser 2 pistons qui plaquent un embrayage à garniture conique. Ceci met en fonctionnement le train épicycloidal. On peut séparer l'ensemble en une partie
commande : la pompe à huile, l'accumulateur, les pistons, le solénoide,
le clapet (finalement pas mal de choses)
Voir des engrenages qui tournent autour d'autres engrenages c'est toujours intriguant, ce système est un peu le Rubix-cube des transmissions. Il est composé de 3 sous-ensembles : - La couronne
C (outer ring gear ou annulus) * on regroupe porte-satellite et satellites
en un seul composant car ce qui nous intéresse c'est la transmission de
puissance or même si ces 2 éléments peuvent tourner à des vitesses
différentes, on ne peut prendre ou récupérer de la puissance que sur le
porte satellite, qui peut être soit prolongé par une autre couronne soit
ramené au centre sous la forme d'un pignon. Les animations ci-dessous représentant les 4 cas possibles : Dans notre overdrive, sauf à l'arrêt, le porte-satellite sera
toujours en mouvement car il est lié au moteur, il ne sera pas bloqué lors du fonctionnement
donc le cas 4 est exclu. On peut voir sur l'animation du cas 2 que la sortie (couronne C) tourne plus vite que l'entrée (porte-satellite) PS . On veut, en effet que l'arbre de transmission vers les roues tourne plus vite que le moteur (relié à PS). Le train est utilisé ici, pourrait-on dire, comme amplificateur de vitesse si on résonne dans le sens moteur-roues mais au moment de l'enclenchement de l'overdrive, ce sont les roues qui vont imposer leur vitesse et faire chuter le régime moteur. animations de Wiki Category:Epicyclic gears
Dans
le cas numéro 1, il suffit de lier 2 éléments entre eux, le troisième
sera forcément solidaire des autres. Il y aurait 3 possibilités : C-PGN, C-PS ou PGN-PS _Fonctionnement interne_ Si
on reprend la figure initiale du brevet, on peut mettre en couleur les
3 éléments et indiquer les mouvements 1 et 2 du pignon car finalement seul le pignon va bouger axialement. Si
l'overdrive ne fonctionne pas (soit mis hors fonction, soit en panne par manque de
pression hydraulique), nous sommes en prise directe, cas 1, obtenu par
la
pression statique de ressorts. Voici récemment trouvé la coupe d'une version très proche du Type A-Compact de l'XJ : Les liaisons à friction par garnitures sont réalisées sur le plus grand diamètre possible de manière à avoir une efficacité maximale. La forme conique à 10° des garnitures limite l'encombrement diamétral mais assure également une bonne friction (effet un peu similaire à celui des cones morse (3°) des outils de fraiseuse). Même si tout baigne dans l'huile pour éviter les à-coups, ce système peut transmettre un couple assez élevé, mais ... pas toujours suffisant, on parlera plus loin du roulement uni-directionnel (i sur la figure du brevet) Voici le shéma de principe :
Si on applique la formule précédente avec Z_C = 60 dents et Z_PGN = 24, on trouve n_C = n_PS * 1.4 , l'inverse donne un ratio de 0.71 or cet overdrive est annoncé pour 0.78 La différence s'explique par une particularité : des satellites à 2 étages, le schéma est alors le suivant :
Si
maintenant on applique la formule avec les nombres de dents des
satellites doubles : Z_Sc = 15 et Z_Sp = 21, on trouve Y = -0.28 donc En prenant l'inverse (1 / 1.28) on obtient bien le rapport de 0.78 annoncé. Si on avait voulu se passer de satellites à double étage, tout en visant 0.78, on aurait pu choisir un pignon central à plus faible nombre de dents : pour cela soit on fait des dents plus grosses pour garder le même diamètre mais les dents des satellites et de la couronne seraient plus grosses aussi (donc diamètres plus grands) soit on garde la même taille de dent et on réduit le diamètre du pignon mais l'arbre de boite passe à l'intérieur (voir les shémas précédents) donc il nous faut conserver ce diamètre. L'autre solution serait de garder le même pignon mais d'augmenter le nombre de dents de la couronne (en passant de 60 dents à 80) donc son diamètre. Dans les 2 cas, on voit que l'encombrement diamétral est impacté et on voit donc l'intérêt des satellites à double étages. Une autre façon de voir les choses : le train épicycloidal est très efficace en rapport de réduction, ici il a fallu le modérer un peu avec des satellites à double étages pour diminuer le ratio de 40% à 28%. _Transmission du couple et marche arrière_ Le
système décrit précédemment pourrait fonctionner mais il faut noter
qu'en prise directe (cas 1) (donc sans overdrive) toute la puissance du
moteur passerait par la garniture qui relie le pignon central à la
couronne. Ce serait surtout un problème sur les rapports 1 ou 2 avec un
risque de patinage de la garniture car le couple est plus important sur
les permiers rapports (on parle bien du couple en sortie de boite, pas
du couple moteur, qui lui ne dépend pas des rapports de boite).
Ce roulement est très efficace, entre roulement et blocage dans l'autre sens, il n'y a pratiquement aucun jeu. Il supporte un couple très important. Le roulement unidirectionnel peut être shématisé ainsi : l'arbre de sortie en rouge peut tourner plus vite mais pas moins que l'arbre d'entrée, en vert. le shéma complété de l'overdrive est le suivant : En situation de prise directe (cas 1), le roulement se bloque et transmet la puissance sur les rapport 1 à 4. Si on revient au cas de la prise directe, et en marche arrière, le roulement va tourner : il ne peut donc pas entrainer directement la couronne mais seulement le porte-satellite puis, par la garniture, la couronne. Seule la garniture assure alors la transmission. En forte pente et en marche arrière, il faudra se rappeler que seule la garniture entre pignon et couronne va encaisser le couple donc on évitera d'être trop brutal pour ne pas risquer de trop la solliciter par un patinage prolongé (cas rare mais on peut imaginer une montée en marche arrière sur une rampe de camion ou un créneau à San Francisco...). Toujours en prise directe, il existe aussi un cas ou les roues sont incitées à aller plus vite que l'arbre de boite : la descente sans charge moteur ou frein moteur. Dans ce cas, le roulement unidirectionnel ne peut pas assurer le frein moteur, il ne roule pas mais ne bloque pas non plus, l'effort résistant passe par la garniture. Le seul hic du système est la marche arrière avec overdrive enclenché. Ce cas est exclu par une double sécurité : les 2 contacteurs sur la boite : l'overdrive se coupe si on n'est pas en 4ème et si on est en marche arrière. Car si l'overdrive est sur on et si on débute une marche arrière, un différentiel de vitesse (en sens inverse) va tenter de se créer entre porte satellite et couronne , ce que le roulement uni-directionnel ne permet pas. Il s'en suivra un endommagement de certaines pièces. _Phases transitoires_ En 4ème, à régime stabilisé, le moteur, par l'intermédiaire de l'arbre de boite, du porte satellite et du roulement unidirectionnel, entraine l'arbre de sortie. Lorsqu'on enclenche l'overdrive, on vient bloquer assez brutalement le pignon central, ce qui par contre-réaction va faire chuter la vitesse de rotation du porte-satellite donc le régime moteur. Dans la mesure où on vient contrer le moteur, il est donc préférable de ne pas être en accélération à ce moment là. Le roulement unidirectionnel a son utilité en régime transitoire. Lorsqu'on enclenche l'overdrive, on transite entre 2 embrayages liés au pignon central. Le pignon central va se libérer de la couronne et va se lier au boitier pour être stoppé en rotation. Si il n'y avait pas le roulement unidirectionnel, le pignon ne serait plus lié pendant un bref instant entre les 2 embrayages (un peu comme dans le cas 3 des animations ci-dessus). Le moteur, n'aurait donc plus de couple résistant pendant le changement de garniture. Le régime moteur aurait un petit sursaut de régime juste avant de redescendre, plus bas qu'il n'était avant bien sûr. Le roulement unidirectionnel maintien la charge du moteur pendant le passage en overdrive. Que se passe-t-il lorsqu'on coupe l'overdrive ? En mode overdrive, le roulement unidirectionnel est roulant donc au changement de garniture il peut se produire une hausse du régime moteur (on passe brièvement du cas 2 au cas 3) mais pas plus de 28% car le roulement va "rattraper" la différence et se bloquer. Dans ce sens, la hausse du régime moteur n'est pas un problème puisque c'est justement l'effet souhaité...donc c'est imperceptible. Faut-il débrayer ou pas ? L'embrayage étant situé après la boite, le débrayage ne va pas modifier la vitesse de rotation de l'arbre de boite (relié aux roues) et donc ne va pas modifier les écarts de vitesse entre ganitures et pièces en contact. Certes, cela va décharger la transmission mais comme indiqué précédemment, il est simplement recommandé d'enclencher l'overdrive, en 4ème, à vitesse stabilisée, sur du plat, sans débrayer. _Démontage / Remontage_ Le corps est en aluminium sauf la plaque en acier sur laquelle va venir s'appuyer la garniture reliée au pignon central (on voit son bord plus sombre à l'extérieur).
__________Carter arrière : Pour démonter l'écrou du flasque d'accouplement, il faut visser une barre de 2m de long sur le flasque (une cornière de forte épaisseur fait l'affaire, mais il faut la meuler pour laisser passer la douille). Une goupille rouillée, fragile extérieurement mais pratiquement soudée à l'intérieur peut poser un réel problème et ne pas imaginer, si elle dépasse un peu, qu'elle va se cisailler sans créer des dégats dans les filetages... Le carter arrière se démonte sans problème. Il y a 2 roulements dans ce carter. Si on veut les retirer, il faut démonter la pièce en laiton qui contient l'axe de l'engrenage du compteur de vitesse. Elle n'est pas facile à extraire, elle est très ajustée, avec un joint torique et le filetage en laiton qui dépasse est fragile. On peut laisser le renvoi d'angle et taper dessus doucement en arrière avec beaucoup de dégrippant. Une fois cette pièce retirée, on peut mettre le carter sous la presse et faire sortir la couronne. On peut chasser le roulement arrière en appuyant sur la vis sans fin (logée entre les 2 roulements) au travers du roulement avant (le joint psi est chassé en même temps). On doit ensuite retirer le grand circlips (il faut une grosse pince à circlips avec verrouillage à cliquet.. et des lunettes de protection, on sait jamais). On peut alors retirer le roulement avant. Pour le remontage, c'est l'inverse : on installe le roulement avant et on remet le circlip, On peut s'aider d'un tournevis pour appuyer sur le circlips à la remise en place car il est bien costaud le bougre ... On presse la couronne, ou plutot on presse le carter sur la couronne, c'est à dire qu'on enfonce la bague intérieure du roulement sur l'axe de la couronne. On pourra s'appuyer sur la vis sans fin, qui a été remise sur l'axe pour gagner de la hauteur, puis un empillage de bagues d'anciens roulements. On peut insèrer dès maintenant l'engrenage du compteur avec le manchon en bronze ce qui permet de voir qu'il tourne librement (sur cette photo, il n'y a pas le manchon en bronze). Il ne reste alors que le roulement arrière à poser en pressant la bague extérieure puis la bague intérieure. ici juste avant de presser le roulement. On mets le joint spi neuf en le pressant jusqu'au ras du carter. Mais avant de remettre le manchon, on peut changer le joint spi à l'intérieur.
__________Accumulateur de pression :
On peut alors sortir le ressort, une tige-limiteur de course et ensuite le piston (il a 2 segments en acier). On voit au fond du trou, le perçage tangent qui amène la pression.
Le piston se réinsère bien grace à une pente à l'entrée de l'alésage qui vient comprimer les segments.
__________Roulement de l'ensemble "pignon / couronne à garniture" : On retire le très fin circlips du pignon, puis le pignon, puis le circlips de maintien du roulement, puis avec un extracteur à griffes on peut extraire la pièce en alu avec son roulement (montrée sans son roulement sur la photo au milieu). On remets un roulement neuf (Dext 85 , Dint 45 , ep 11) avec un collage car la pièce est en alu et le diamètre commence à être assez grand (l'alu se dilate 2 fois + que l'acier).
__________Filtre à huile : On profite de l'ouverture de l'ensemble pour montrer que le filtre peut facilement louper le trou au fond ! comme sur la photo ci-dessous à gauche. Le trou est très peu profond et il y a déjà une rondelle magnétique à l'intérieur. A droite on voit que le filtre semble correctement inséré, mais si on compare avec les photos dessous, lorsque le filtre est correctement inséré, il doit apparaitre un peu plus enfoncé dans le filetage. La différence n'est pas évidente, il aurait fallu un tube-guide bien plus long pour éviter une erreur pouvant conduire à une abscence de filtrage d'huile.
Le filtre et le bouchon (muni d'une rondelle magnétique) seront installés à ce stade du remontage car on peut vérifier que c'est bien installé !
__________Plaque d'adaptation : La plaque d'adaptation de l'overdrive à la boite se démonte facilement et elle profitera d'un bon nettoyage : + une fine couche de pate à joint La plaque a été remontée en attendant l'overdrive. :
__________Le circuit d'huile :
__________La pompe à huile :
__________L'operating valve : Son bon fonctionnement repose sur l'étancheité de la bille avec la tige de commande + l'étanchéité entre la bille et le trou + le non bouchage du petit trou G. Le trou est minuscule car il relache la pression des pistons et ceci ne doit pas se faire brutalement donc c'est une restriction hydraulique. à droite : l'accumulateur est isolé, il se charge par la pression de la pompe. Les pistons sont en échappement par le trou G. à gauche : l'étanchéité change d'emplacement, l'échappement G est bouché et l'accumulateur communique désormais avec les pistons. __________Assemblage de l'overdrive : On commence par mettre en place les satellites dans la couronne en respectant ce que dit la doc : aligner les marques : ces marques sont très petites. Avant ça on a mis en concordance les cannelures du porte-satellite avec celles du roulement unidirectionnel au fond.
Ensuite on installe le pignon associé à sa couronne à garniture (en vérifiant que les cannelures sont encore alignées) et on peut assembler les 2 bloc en position horizontale (à cause des ressorts qui ont tendance à tomber, ) Ensuite on peut mettre sur la presse pour comprimer les ressorts et installer les barres de pression qui sont poussées par les pistons. On installe en même temps 4 écrous entre les 2 corps, les 2 autres écrous ne peuvent se poser qu'une fois l'OD sur la boite. __________Mise en place de l'overdrive sur la boite : Une bague excentrique entrainée par l'arbre de boite actionne la pompe à huile. Cependant, la pompe à huile doit être légèrement précontrainte pour éviter de subir un choc à chaque tour. La précontrainte est faible (en mm) mais le ressort est assez costaud et en force c'est une quizaine de kilo : la bague excentrique n'est pas chanfreinée (alors que la doc technique le dit ...), il aurait fallu prévoir une pente de quelques mm mais là rien ou presque ! Si on mets en place l'overdrive sans rien faire, ça butte tout simplement mais ... on peut utiliser avec une astuce.
C'est fini ... intéressant mais finalement on se dit qu'une boite 5 c'est bien aussi ...
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||