Arbres de transmission et demi-arbres : joints de cardan, joints homocinétiques et montage

Article 6 : Les arbres de transmission

1. Arbre de transmission (Shaft)

Responsable de la transmission du couple de la boîte de vitesses vers le pont de transfert ou le différentiel, il est utilisé dans les véhicules pour transmettre le couple d'avant en arrière ou inversement. Pour les véhicules à moteur avant et traction avant, il n'est pas nécessaire car la transmission est effectuée directement par des demi-arbres. En 4x4, on utilise deux arbres sur une courte distance, à l'avant et à l'arrière. Le lien entre eux n'est pas rigide et s'effectue au moyen de joints permettant d'absorber les différents degrés d'inclinaison des ponts lors du débattement de la suspension.

Constitution

Fabriqué en acier de haute qualité avec un diamètre plus important au centre et parfaitement équilibré, c'est un élément robuste soumis à des couples et à la fatigue, conçu pour être aussi léger que possible. Les deux joints de cardan et l'arbre couvrent le corps pour absorber le mouvement ascendant et descendant de l'essieu arrière. La vitesse critique de vibration à ne pas dépasser dépend de la distance entre les joints et de la rigidité du tube utilisé.

Joints de cardan

Généralement montés par paires, ils permettent de transmettre le couple moteur tout en autorisant un déplacement angulaire jusqu'à 25°. L'inconvénient principal est la variation de la vitesse angulaire lorsque l'angle augmente. Lorsque deux cardans sont montés, la vitesse de l'un compense celle de l'autre, maintenant une vitesse de sortie constante. Ils sont formés par des fourches reliées par une croix et des coupelles montées sur roulements à aiguilles.

2. Demi-arbres de transmission

Responsables de la transmission du couple du différentiel planétaire vers les roues, ils sont conçus en fonction du type de propulsion et de la suspension utilisée.

Suspensions indépendantes

• Joint à billes (Rzeppa) : Utilise six billes logées dans une cage qui se déplace sur des pistes formées dans les deux moitiés du demi-arbre. Il ne permet pas de glissement longitudinal.
• Joint homocinétique coulissant : Permet de compenser le mouvement axial causé par la variation de longueur de l'arbre lors des mouvements de suspension. Il est formé par un trépied muni de trois galets à roulements à aiguilles s'insérant dans trois rainures d'un logement cylindrique.
• Double joint de cardan : Utilise deux joints de cardan reliés par une pièce intermédiaire. La variation de rotation de l'un est compensée par l'autre. Il ne permet pas de glissement, il est donc inadapté aux suspensions indépendantes nécessitant une variation de longueur.

Demi-arbres pour essieu rigide

Utilisés sur les 4x4, camions et véhicules industriels, ils sont forgés à chaud et durcis par trempe. Il s'agit d'une pièce unique sans joint homocinétique, montée sur un essieu rigide, s'engageant d'un côté dans les cannelures du différentiel et de l'autre sur les roulements de roue.

3. Système de montage

• Semi-flottant : Utilisé sur les véhicules légers. L'arbre repose à une extrémité sur le différentiel et à l'autre sur la trompette du pont via un roulement. Le poids du véhicule repose sur l'arbre.
• 3/4 flottant et flottant : Ces systèmes sont similaires et diffèrent par le nombre de roulements montés sur la fusée du pont (un pour le 3/4, deux pour le flottant). Le poids du véhicule ne repose pas sur l'arbre, qui ne subit donc pas de contraintes de flexion. Ce système est utilisé sur les camions et véhicules industriels.