Driveshaft
Un arbre de transmission, un arbre d'entraînement, un arbre de transmission, un arbre d'hélice ou un arbre de cardan est une partie d'une machine qui prend la puissance du moteur ou du moteur à un endroit où un travail utile peut être effectué.
La plupart des moteurs créent de la puissance sous forme de couple en faisant tourner quelque chose. Cela peut provenir d'un moteur à combustion interne (comme dans une voiture), de l'eau qui entraîne une roue à aubes, ou du gaz ou de l'eau qui passe dans une turbine. Cette puissance rotative est appelée couple. La charge qui est tournée crée une contrainte de torsion et de cisaillement. Les arbres de transmission doivent être suffisamment résistants pour supporter cette contrainte. Un arbre d'entraînement léger transmettra plus efficacement la puissance à la charge, il doit donc y avoir un équilibre entre la force et le poids.
Arbre de transmission à cardan avec joints universels
Arbre de transmission exposé sur une moto BMW classique
Automobiles
La plupart des automobiles d'aujourd'hui utilisent des arbres de transmission pour transmettre la puissance du moteur aux roues. La plupart des voitures fabriquées aujourd'hui sont à traction avant (les roues avant ont la puissance nécessaire pour déplacer la voiture). Dans ce cas, les arbres de transmission se trouvent entre la boîte-pont et chaque roue avant.
Dans les voitures à traction arrière, il y a des arbres de transmission entre le différentiel et chaque roue arrière. Il y a également un arbre d'entraînement qui s'étend sur toute la longueur de la voiture, de la transmission à l'avant au différentiel à l'arrière. En anglais britannique, on ne parle pas d'arbre d'entraînement, mais d'arbre à hélice, ou prop-shaft, et les arbres d'entraînement peuvent être appelés demi-arbres (puisqu'il y en a deux qui forment un essieu).
Il existe différents types d'arbres de transmission utilisés dans les automobiles :
- Arbre d'entraînement en une seule pièce
- Arbre d'entraînement en deux parties
- Glissement de l'arbre d'entraînement du tube
L'arbre de transmission à glissement dans le tube est le nouveau type qui aide à absorber l'énergie en cas de collision, protégeant ainsi les personnes dans la voiture ou le camion. Il est également connu sous le nom d'arbre d'entraînement repliable.
Un camion à double arbre d'hélice
Arbres de transmission pour motos
Les arbres de transmission sont utilisés sur les motos depuis presque aussi longtemps qu'il y a des motocyclettes. De nombreuses motocyclettes utilisent plutôt une chaîne ou une courroie plus simple, mais les arbres de transmission nécessitent moins de soins et ont une longue durée de vie. Un problème lié à l'utilisation d'arbres de transmission sur une moto est qu'il faut un engrenage pour faire tourner la puissance à 90° de l'arbre à la roue arrière, ce qui entraîne une perte de puissance.
Une FN (Fabrique Nationale) de 1913, Belgique, quatre cylindres et transmission par arbre
Tracteurs
Les tracteurs agricoles utilisent un type d'arbre de transmission appelé arbre de prise de force, ou arbre PTO. Il s'agit d'un arbre qui sort de l'arrière du tracteur. Il peut être connecté à tout équipement agricole qui a besoin de la puissance du moteur du tracteur, comme une presse à foin ou une hacheuse de maïs. Le tracteur peut ainsi être utilisé pour de nombreuses utilisations différentes, et le matériel agricole n'a pas besoin de son propre moteur, ce qui permet d'économiser de l'argent.
Un vieux tracteur John Deere avec prise de force sous un capot de protection
Arbres de transmission dans les vélos
L'arbre de transmission peut également être utilisé dans un vélo au lieu de la transmission par chaîne. Ils sont utilisés depuis le siècle dernier, bien qu'ils ne soient pas devenus très populaires. Lorsqu'il est utilisé sur une bicyclette, un arbre de transmission présente plusieurs avantages et inconvénients :
Avantages
- Le système d'entraînement est moins susceptible de se bloquer ou de se casser, un problème courant sur les vélos à chaîne
- Pas de graisse sur le cavalier, et pas de "morsure de chaîne" pour attraper les vêtements
- Il faut moins de soin que sur un système de chaîne lorsque l'arbre de transmission est enfermé dans un tube, la convention commune
- Des performances plus cohérentes. Dynamic Bicycles affirme qu'un vélo à arbre de transmission offre un rendement constant de 94 %, alors qu'un vélo à chaîne peut offrir un rendement de 75 à 97 % selon l'état.
- Plus d'espace au-dessus du sol (garde au sol) pour passer par-dessus les bosses ou les objets se trouvant sur la trajectoire
- Pour les entreprises de location de vélos, un vélo à cardan est moins susceptible d'être volé, car il a évidemment une apparence différente. Ce type de vélo est utilisé dans plusieurs grandes villes d'Europe, où il y a eu de grands projets de location ou de partage de vélos en ville.
Inconvénients
- Un système d'arbre de transmission pèse plus qu'un système de chaîne, généralement 1 à 2 livres plus lourd
- Dans son meilleur état, une chaîne est plus efficace
- Recouvrir la chaîne et les engrenages d'un couvercle en métal ou en plastique permet de résoudre certains problèmes liés aux chaînes
- L'utilisation d'engrenages légers avec un nombre élevé de rapports est impossible, bien que des engrenages de moyeu puissent être utilisés
- Enlever le volant peut être difficile à faire
Une bicyclette avec un arbre.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce qu'un arbre de transmission ?
R : Un arbre de transmission est une partie d'une machine qui transfère l'énergie d'un moteur à un endroit où un travail utile peut être effectué.
Q : Comment la puissance est-elle créée dans les moteurs ?
R : Dans les moteurs, la puissance est créée sous forme de couple en faisant tourner quelque chose.
Q : Quels sont les exemples de sources de puissance rotative ?
R : Les exemples de sources de puissance rotative comprennent un moteur à combustion interne (dans une voiture), l'eau entraînant une roue hydraulique, et le gaz ou l'eau passant par une turbine.
Q : Qu'est-ce que la torsion et la contrainte de cisaillement ?
R : La torsion et la contrainte de cisaillement sont des types de contraintes qui sont créées lorsque la charge tournée par l'arbre d'entraînement crée une résistance à la rotation.
Q : Pourquoi les arbres de transmission doivent-ils être solides ?
R : Les arbres de transmission doivent être suffisamment solides pour supporter le couple, la torsion et le cisaillement créés par la charge.
Q : Quel est l'équilibre à atteindre dans la conception des arbres de transmission ?
R : Il faut trouver un équilibre entre la résistance et le poids lors de la conception des arbres de transmission, de sorte que l'arbre de transmission soit solide mais pas trop lourd.
Q : Comment un arbre de transmission léger affecte-t-il l'efficacité du transfert de puissance ?
R : Un arbre de transmission léger transmet plus efficacement la puissance à la charge car il a moins de masse à accélérer et à décélérer, ce qui réduit le gaspillage d'énergie.
