Réducteurs de vitesse : l'essentiel à connaître

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Expert maxon France

Définition : qu'est-ce qu'un réducteur de vitesse ?

Les réducteurs de vitesses (boîtes de vitesse) ont toujours été considérés comme des composants essentiels dans le monde de la mécanique. Leur succès réside dans leur utilité, ce sont des transmissions à engrenages mécaniques qui transportent le mouvement d'un moteur vers la machine à laquelle ils sont appliqués, réduisant la vitesse dans le but de l’adapter aux besoins du fonctionnement. Tout en réduisant la vitesse, le réducteur multiplie la force fournie, techniquement définit le couple. L'exemple le plus courant est celui du changement de bicyclette : le cycliste peut utiliser la même force sur des terrains plats ou sur des cols alpins. Le fait d'avoir une facilité à faire fonctionner de grandes machines, véhicules..., en utilisant des petits moteurs, fait des réducteurs de vitesses la manière la plus rationnelle, fiable et économique des transmetteurs de puissance.

Comment fonctionnent-ils ?

À une extrémité, un moteur électrique ou hydraulique est appliqué, tandis qu'à l'autre extrémité de l'arbre, l'énergie est convertie en une force (couple) à faible vitesse. À l'intérieur de ce corps fait de matériaux de haute résistance, des forces énormes sont converties : pensez à l'opération d'un gouvernail d'un bateau de croisière lors d'une manœuvre, ou d'une grue à conteneurs ou des machines pour creuser le tunnel d'un souterrain.

 

Types de réducteurs de vitesse

Réducteurs à vis sans fin

Une technologie sans voies de développement est désormais devenue un produit en vente libre, standardisé. De plus, le prix et le délai de livraison déterminent son succès sur le marché. Le mécanisme est basé sur une roue à vis sans fin, qui ressemble beaucoup à un engrenage cylindrique "traditionnel", une spirale qui est poussée en avant par une roue. Il crée alors une action glissante, parfois un peu inefficace, mais hautement spécialisée. Ce type d'engrenage est utilisé pour :

  • Des applications à faible bruit, grâce à son silence ce mécanisme est idéal dans les lieux publics tels que les théâtres et les aéroports.
  • Les situations qui nécessitent un arrêt rapide. Très utile dans les ascenseurs.
  • Les espaces minimums tels que les transporteurs ou les équipements légers.
  • Les charges de choc : ils absorbent facilement ce type de stress et sont donc également utilisés dans les engins de terrassement et autres matériaux lourds.

Réducteurs à engrenages

C'est une technologie éprouvée pour les systèmes de grandes dimensions, souvent utilisés dans les applications industrielles à haute puissance pour les sessions de travail à cycle continu. Ils sont encore aujourd'hui le plus grand segment de marché, représentant plus de 30% de la demande mondiale, et sont divisés en trois catégories

Réducteurs coaxiaux ou en ligne : Le réducteur coaxial ou en ligne  place l'arbre à la sortie au même niveau que le vilebrequin à l‘entrée. (photo 1).

Réducteurs à axes parallèles : Le vilebrequin et l'arbre de couple sont tous deux positionnés dans la même direction. (photo 2).

Réducteurs à axes orthogonaux : L'arbre de couple est positionné orthogonalement par rapport au vilebrequin à l’entrée. (photo 3).

C'est l'avant-garde du secteur, depuis les années 80 il a rapidement conquis le marché. Dans la famille des "Planetary" ou réducteurs épicycloïdaux, on peut distinguer deux frères : ceux à couronne fixe, indiqués pour des applications dans les secteurs industriels et ceux à  couronne rotative, pour des applications telles que automoteurs, machines à roues ou à chenilles. Comme le dit son propre nom, le réducteur doit réduire la vitesse d'un arbre de moteur à l'entrée pour renvoyer à l'autre extrémité qui est la sortie, une basse vitesse de rotation avec un couple élevé. Dans la famille des Planetary à couronne fixe, l'arbre à l'entrée (solaire) entraîne trois pignons ou engrenages (satellites) qui tournent à leur tour à l'intérieur d'une couronne dentée fixe appelée "couronne". Les satellites montés sur le port satellite tournent à une vitesse réduite par rapport à celle originale du solaire, par conséquent l'arbre à la sortie, fixé aux ports satellites, tourne également à une vitesse réduite. Les réducteurs à couronne tournante (rotative) ont la même structure que les précédents, la différence étant que les satellites et les ports satellites, avec leur mouvement induit par l'arbre à l'entrée (solaire), font tourner la couronne. La couronne est fixée à la roue de la machine automotrice et permet son déplacement à une vitesse réduite. Dans les deux cas, si nous ajoutons une autre étape de réduction épicycloïdale, nous aurons créé un réducteur à deux étages et ainsi de suite, ce qui nous permettra d'atteindre un ratio de réduction de 7000: 1 chez les planétaires à couronne fixe et d'environ 200: 1 chez ceux avec une couronne tournante.

La force du système épicycloïdal est résumé en quatre points :

  • C'est une technologie novatrice autant pour les installations industrielles que pour les machines automotrices.
  • A la même performance, il a des dimensions, poids et coûts inférieurs aux technologies traditionnelles.
  • Il a une grande capacité à transmettre le couple moteur, en particulier dans les applications à faible vitesse de rotation.
  • Il a une forte flexibilité pour s'adapter aux besoins d'applications les plus variés.

Le réducteur épicycloïdale (planétaire) peut être personnalisé en fonction des caractéristiques du système spécifique dans lequel il est installé.

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