Qu'est-ce qu'un réducteur de vitesse ?

La sélection et l'intégration de réducteurs de vitesse impliquent bien plus que de simplement en choisir un dans un catalogue. Dans la plupart des cas, le couple maximal, les vitesses et les charges radiales publiés ne peuvent pas être utilisés simultanément. Des facteurs de service appropriés doivent être appliqués pour s'adapter à une large gamme d'applications dynamiques. Et, une fois le réducteur de vitesse approprié sélectionné, une installation et un entretien appropriés sont les clés pour maximiser la durée de vie.

Catégories de ralentisseurs

Une large gamme de dispositifs mécaniques de réduction de vitesse comprend des poulies, des engrenages, des pignons et des entraînements à friction. Il existe également des produits électriques qui peuvent modifier la vitesse du moteur. Cette discussion se concentrera sur les réducteurs de vitesse à entraînement fermé, également appelés entraînements droits et boîtes de vitesses, qui ont deux configurations principales :en ligne et perpendiculaire. Chacun d'eux peut être réalisé avec différents types d'engrenages. Les modèles linéaires sont généralement constitués d'engrenages hélicoïdaux ou droits, d'engrenages planétaires, de mécanismes cycloïdaux ou de générateurs d'ondes harmoniques. Les conceptions planétaires fournissent généralement le couple le plus élevé dans le plus petit boîtier. Les entraînements cycloïdaux et harmoniques offrent des conceptions compactes avec des rapports plus élevés, tandis que les réducteurs hélicoïdaux et hélicoïdaux sont généralement les plus économiques. Ils sont tous très efficaces.

Les engrenages à vis sans fin sont peut-être la solution de réduction la plus rentable, mais ils ont généralement un minimum de 5:1 et perdent une efficacité significative à mesure que les rapports d'engrenage augmentent. Les réducteurs à engrenages coniques sont très efficaces mais ont une limite supérieure de réduction de vitesse effective de 6 :1. Le type d'application détermine la conception du réducteur de vitesse qui répond le mieux aux exigences.

Avant de sélectionner un réducteur, des données techniques doivent être recueillies pour sélectionner et installer correctement l'unité :couple, vitesse, puissance, efficacité du réducteur, facteur de service, position de montage, variables de connexion et durée de vie requise. Dans certaines applications, la quantité de jeu, l'erreur de transmission, la rigidité en torsion et le moment d'inertie sont également importants.

Relation entre couple, vitesse et puissance

Le couple requis est peut-être le critère le plus important car cela se traduit par la quantité de travail que le réducteur de vitesse doit effectuer. Alors que dans les applications simples, la détermination du couple peut être relativement simple, cela peut être difficile dans les machines complexes. L'inertie, le frottement et la gravité - les phénomènes physiques qui ont tendance à résister au mouvement - doivent être identifiés afin que suffisamment de couple puisse être généré pour les surmonter. cela peut être difficile avec des machines complexes. L'inertie, le frottement et la gravité - phénomènes physiques qui résistent généralement au mouvement - doivent être identifiés afin de générer suffisamment de couple pour les surmonter. La prise en compte des coefficients de frottement et de l'accélération et du freinage des masses inertielles est importante dans le calcul du couple nécessaire. Le raccourci pour trouver le couple requis pour une machine existante est de lire le courant du moteur en déterminant la consommation de courant. Ensuite, des calculs peuvent être effectués pour trouver la puissance requise. Enfin, en utilisant la formule de couple standard et en tenant compte des différents rapports, la valeur finale du couple peut être obtenue.

Après avoir déterminé la puissance requise, le facteur de service doit être pris en compte pour bien dimensionner l'appareil. Le facteur de service prend en compte d'autres paramètres de fonctionnement, notamment la durée des jours ouvrables, le nombre de démarrages et d'arrêts, les caractéristiques de charge et les sources d'alimentation. La plupart des réducteurs sont conçus pour un couple maximal à un nombre donné d'heures de vie. Le facteur limitant dans ces cotes n'est pas la résistance de l'engrenage ou de l'arbre, mais la durée de vie du roulement. Étant donné que les roulements doivent supporter les forces de séparation des engrenages sous charge, une charge inférieure à la valeur nominale maximale augmente la durée de vie de la boîte de vitesses. Inversement, en augmentant les variables de charge comme souligné ci-dessus, il en résultera une diminution de la durée de vie de la boîte de vitesses. Par conséquent, pour arriver à l'exigence de couple effectif, les facteurs de service appropriés doivent être appliqués.

Le réducteur de vitesse et le moteur peuvent être sélectionnés à ce stade. En règle générale, une source d'alimentation principale est sélectionnée, telle qu'un moteur ou un moteur qui tourne à une certaine vitesse. L'obtention du bon rapport de démultiplication du réducteur de vitesse et la multiplication du couple qui en résulte n'est qu'une question de division de la vitesse du moteur par la vitesse de l'élément entraîné. Ensuite, la taille correcte du moteur peut être trouvée en attachant différents facteurs et valeurs à la formule de puissance moteur standard.

Une fois la sélection effectuée, la question suivante est de savoir comment la boîte de vitesses sera intégrée à la machine. Les principales préoccupations sont de savoir comment la boîte de vitesses sera montée et comment elle sera connectée au contrôleur et à la charge entraînée.

L'orientation de l'arbre est l'une des premières considérations. Dans de nombreuses applications, il est souhaitable de positionner verticalement l'arbre d'entrée ou de sortie. Dans ce cas, il faut faire très attention pour assurer une bonne lubrification. L'huile ou la graisse de boîte de vitesses protège non seulement contre l'usure des engrenages, mais réduit également l'usure des roulements. Ainsi, lorsque l'un des arbres est monté verticalement, le palier de support supérieur peut ne pas recevoir la lubrification requise. Dans certaines conceptions d'engrenages, les éclaboussures et la buée des engrenages tournant dans le réservoir d'huile sont suffisantes pour assurer une lubrification appropriée, mais pour les types à vitesse lente, des roulements étanches pré-lubrifiés doivent être installés. Dans encore d'autres applications à grande vitesse, il peut être nécessaire d'utiliser des pompes internes ou externes pour délivrer le lubrifiant à l'emplacement souhaité. Chaque fois qu'il est nécessaire de monter l'arbre verticalement, il est important de déterminer si une autre méthode de lubrification est nécessaire.

Le problème suivant est de savoir comment connecter le réducteur de vitesse à la source d'alimentation et à la charge entraînée. Les options incluent l'entraînement avec une poulie, une crémaillère ou un pignon, la liaison à un embrayage, un arbre de transmission ou un joint universel, et le montage de l'arbre directement sur l'arbre entraîné.

Lors de la connexion à une poulie, un pignon ou un engrenage, le principal problème est la charge radiale, communément appelée charge en porte-à-faux. Les roulements d'arbre sont conçus non seulement pour supporter les forces séparant les engrenages, mais également pour transmettre une certaine charge radiale et axiale aux arbres eux-mêmes. Lors de la conduite avec des poulies et des engrenages, il y a une force radiale lorsque la courroie ou la chaîne essaie de faire tourner l'arbre. L'amplitude de cette force peut être calculée comme le couple transmis divisé par le rayon de la poulie ou du pignon. Habituellement, cependant, ce n'est pas la seule force latérale exercée. La poulie ou la chaîne est tendue du côté de l'entraînement mais a du jeu du côté arrière. Un dispositif de tension est généralement installé pour réduire le bruit et empêcher la courroie de glisser ou de sauter des dents. Lorsque la courroie ou la chaîne est tendue, une charge radiale supplémentaire se produit. Lors de la sélection d'un engrenage, la combinaison de la charge radiale résultant du couple et de la tension doit être prise en compte.

Lors de la connexion du réducteur de vitesse à l'embrayage et dans une moindre mesure aux arbres de transmission et aux joints en U, l'alignement est le principal problème. Les accouplements flexibles sont recommandés en raison des tolérances d'usinage des carters de boîte de vitesses et des plaques de montage. Sans alignement exact, l'utilisation d'un accouplement rigide peut placer des charges latérales excessives sur les paliers de l'arbre. Même avec des accouplements flexibles, un alignement correct est nécessaire car la plupart des accouplements ne permettent qu'un désalignement parallèle de 0,005 à 0,010 pouce et un désalignement angulaire de 1 à 3 °. De nombreuses conceptions d'embrayage conviennent à une variété d'applications, mais pour une durée de vie maximale du réducteur, l'embrayage doit s'adapter à la tâche.

Une troisième option pour connecter la boîte de vitesses consiste à la monter directement sur un arbre entraîné avec un arbre de sortie à alésage creux. Cela réduit les problèmes d'alignement et de charges radiales et économise de l'espace. Un bras de support de la boîte de vitesses au châssis de la machine empêche la boîte de vitesses de tourner autour de l'arbre.

Plusieurs conceptions d'engrenages permettent au moteur d'être directement monté sur le réducteur. Ces conceptions contiennent soit des brides extrêmement précises pour permettre une connexion directe du moteur au réducteur, soit d'autres adaptateurs avec accouplements intégrés. Cela élimine le besoin de monter le moteur séparément, mais cela n'est généralement pratique qu'avec des moteurs plus petits.