Comment choisir un moteur et un réducteur ? Couple, rapport et facteur de service

Le choix d'un moteur et d'un réducteur se fait en quatre étapes : définir d'abord la vitesse et le couple de sortie dont la machine a besoin, puis diviser la vitesse nominale du moteur par cette vitesse de sortie pour obtenir le rapport (i = n_moteur / n_sortie), vérifier ensuite le couple de sortie avec M₂ ≈ 9550 · P / n_sortie · η_réd, et enfin s'assurer que le couple nominal du réducteur n'est pas inférieur au couple de charge multiplié par le facteur de service du catalogue du réducteur. Par exemple, un moteur de 3 kW d'une vitesse nominale de 1450 tr/min donne environ 58 tr/min avec un réducteur de rapport 25 ; avec un rendement de réducteur de 0,95, le couple de sortie est d'environ 469 Nm.

Le choix commence souvent par le mauvais bout : on choisit d'abord la puissance du moteur, puis on cherche un réducteur qui « s'adapte ». La bonne méthode consiste à remonter depuis la charge. La vitesse de sortie fixe la vitesse de la machine, le couple de sortie indique si la charge peut être entraînée, le facteur de service dit si le réducteur supportera les chocs et la durée de fonctionnement quotidienne, et les dimensions de bride et d'arbre décident si les deux peuvent physiquement s'assembler. Côté moteur, vous pouvez filtrer les 120 modèles de notre page Acheter un moteur électrique en ligne par kW, vitesse et carcasse ; les exemples de cet article sont calculés avec les données catalogue de ces modèles.

Nous avons expliqué pourquoi le moteur et le réducteur doivent être pensés ensemble dans Pourquoi la compatibilité entre le moteur et le réducteur est-elle importante ? ; ici, nous nous concentrons directement sur le calcul.

Cinq informations à réunir avant de commencer

Avant d'ouvrir un catalogue de réducteurs, rassemblez ces informations côté machine :

• Vitesse de sortie (n₂) : si la vitesse de bande est connue, elle se calcule à partir du diamètre du tambour avec n₂ = 60 · v / (π · D).
• Couple de charge (M_charge) : le couple nécessaire sur l'arbre de sortie. Pour une bande : effort de traction × rayon du tambour.
• Nature de la charge : uniforme (bande, pompe), à chocs modérés (mélangeur, alimentateur) ou à chocs importants (concasseur, presses) ? Le facteur de service se lit en conséquence.
• Heures de fonctionnement par jour et démarrages par heure : le tableau des facteurs de service se lit avec ces deux valeurs.
• Montage : le moteur sera-t-il relié au réducteur par une bride B5, ou s'agit-il d'un moteur à pattes avec accouplement ? Le réducteur est-il à pattes, à bride ou à arbre creux ?

Étape 1 : calculer le rapport avec la vitesse nominale du moteur

Utilisez la vitesse nominale de la plaque signalétique et non la vitesse de synchronisme (1500, 1000, 3000 tr/min). Un moteur asynchrone tourne légèrement en dessous de la vitesse de synchronisme en charge à cause du glissement ; prendre 1450 ou 1460 au lieu de 1500 donne d'emblée la bonne vitesse de sortie.

La formule est simple : i = n_moteur / n₂. Le rapport calculé existe rarement tel quel dans le catalogue ; choisissez le rapport standard le plus proche et recalculez la vitesse de sortie réelle : n₂ = n_moteur / i_choisi.

La même vitesse de sortie peut aussi être obtenue avec des moteurs de polarités différentes. Le tableau ci-dessous donne les rapports nécessaires pour 50 tr/min en sortie avec trois moteurs de 3 kW :

Un rapport élevé signifie davantage de trains d'engrenages ou un réducteur à roue et vis sans fin. Un moteur à basse vitesse (6 pôles) réduit le rapport, mais le moteur lui-même passe à une carcasse plus grande : à 3 kW, le moteur 2 pôles est en carcasse 100L alors que le 6 pôles est en 132S. Pour les convoyeurs et les mélangeurs, un moteur 4 pôles est un point de départ équilibré.

Étape 2 : vérifier le couple de sortie avec le rendement du réducteur

Le réducteur abaisse la vitesse et augmente le couple à peu près du rapport ; la perte intermédiaire s'exprime par le rendement du réducteur (η_réd). Couple de sortie :

M₂ ≈ 9550 · P / n₂ · η_réd (P en kW, n₂ en tr/min, M₂ en Nm)

On obtient le même résultat à partir du couple nominal du moteur : M₂ ≈ M_moteur · i · η_réd. Prenez toujours η_réd dans le catalogue du réducteur choisi ; il est élevé pour les réducteurs à engrenages hélicoïdaux et coniques, et nettement plus faible pour les réducteurs à roue et vis sans fin, selon le rapport.

Le M₂ trouvé doit être supérieur au couple de charge. S'il est inférieur, augmentez la puissance du moteur ou acceptez une vitesse de sortie plus basse avec un rapport plus grand.

Étape 3 : appliquer le facteur de service selon le type de charge

Le facteur de service (f_s ou f_B) est le multiplicateur qui indique de quelle « marge » le couple nominal catalogue du réducteur a besoin dans votre application. Le même couple fait tourner un réducteur sans difficulté sur une bande uniforme, mais use rapidement les engrenages d'un concasseur soumis à des chocs. La règle est :

M_2,catalogue ≥ M_charge · f_s

La valeur f_s se lit dans le tableau des facteurs de service du catalogue de chaque fabricant de réducteurs, dont les lignes et colonnes couvrent la nature de la charge (uniforme / chocs modérés / chocs importants), les heures de fonctionnement par jour et le nombre de démarrages par heure. Prenez cette valeur dans le tableau du réducteur que vous utiliserez réellement, pas dans une liste générique.

Le facteur de service du moteur est une notion différente : il indique dans quelle mesure un moteur peut être chargé au-delà de sa puissance de plaque ; voir Que signifie le facteur de service d'un moteur électrique ?. Il ne faut pas confondre les deux.

Pourquoi le couple de démarrage concerne-t-il le facteur de service ?

Un moteur asynchrone fournit au démarrage un multiple de son couple nominal. Par exemple, pour le DRG-132M-4 (7,5 kW, 1460 tr/min), le rapport de couple de démarrage du catalogue est Ts/Tn = 2,0 ; en démarrage direct, deux fois le couple nominal arrive brièvement à l'entrée du réducteur et se retrouve multiplié par le rapport en sortie. Comparez ce pic au couple admissible de courte durée du catalogue du réducteur ; en démarrage difficile, un démarreur progressif ou un variateur réduit le choc.

Étape 4 : la bride et l'arbre du moteur doivent correspondre à l'entrée du réducteur

Même si le calcul est correct, le moteur doit physiquement s'adapter au réducteur. Dans les réducteurs à accouplement direct (bride moteur), l'adaptateur d'entrée est usiné pour une taille de carcasse IEC donnée ; le diamètre d'arbre (D), la longueur d'arbre (E), la largeur de clavette (F) ainsi que le cercle de perçage (M), le diamètre de centrage (N) et le diamètre extérieur (P) de la bride B5 doivent correspondre à cet adaptateur.

Les carcasses 100L et 112M partagent la même taille d'arbre et les mêmes diamètres de bride (M / N / P) ; augmenter la puissance entre les deux peut ne pas nécessiter de nouvel adaptateur. En passant de 112M à 132S, l'arbre passe de 28 à 38 mm et le diamètre extérieur de bride de 250 à 300 mm. Pour les différences entre brides B5 et B14, voir Comment choisir un moteur à bride pour réducteur.

Exemples résolus : convoyeur et mélangeur

Exemple 1 : convoyeur à bande

Vitesse de bande 0,9 m/s, diamètre du tambour d'entraînement 300 mm, effort de traction nécessaire 2500 N.

• Vitesse du tambour : n₂ = 60 · 0,9 / (π · 0,3) ≈ 57,3 tr/min
• Couple de charge : M_charge = 2500 N × 0,15 m = 375 Nm
• Puissance au tambour : 375 × 57,3 / 9550 ≈ 2,25 kW ; avec un rendement de réducteur de 0,95, il faut ≈ 2,37 kW sur l'arbre moteur → moteur de 3 kW.
• Moteur : DRG-100L2-4, 1450 tr/min. Rapport : 1450 / 57,3 ≈ 25,3 → on choisit le rapport 25 dans le catalogue.
• Vitesse de sortie réelle : 1450 / 25 = 58 tr/min ; vitesse de bande ≈ 0,91 m/s.
• Couple de sortie : 9550 × 3 / 58 × 0,95 ≈ 469 Nm ≥ 375 Nm, adapté.
• Réducteur : couple nominal catalogue d'au moins 375 × f_s ; f_s se lit dans le tableau du réducteur pour une charge uniforme et votre durée de fonctionnement quotidienne.
• Liaison : carcasse 100L, arbre 28 × 60 mm, bride B5 215 / 180 / 250 mm.

Si la bande chargée s'arrête et redémarre souvent, on peut envisager de passer à 4 kW (DRG-112M-4) ; l'arbre et la bride restant identiques, la même entrée de réducteur peut être utilisée. Pour le calcul complet de la bande, voir Choix du moteur de convoyeur à bande.

Exemple 2 : mélangeur

L'arbre du mélangeur doit tourner à 30 tr/min et le concepteur demande 2000 Nm sur l'arbre.

• Puissance à l'arbre : 2000 × 30 / 9550 ≈ 6,28 kW ; avec η_réd = 0,95, ≈ 6,61 kW au moteur → moteur de 7,5 kW.
• Option A : DRG-132M-4, 1460 tr/min → i = 1460 / 30 ≈ 48,7
• Option B : DRG-160M-6, 970 tr/min → i = 970 / 30 ≈ 32,3
• Couple de sortie pour les deux options : 9550 × 7,5 / 30 × 0,95 ≈ 2268 Nm ≥ 2000 Nm.
• Facteur de service : un mélangeur est généralement considéré comme une charge à chocs modérés ; le couple nominal de sortie du réducteur doit être d'au moins 2000 Nm × f_s. Lisez f_s dans le tableau du catalogue du réducteur pour des chocs modérés et votre durée de fonctionnement quotidienne.
• Démarrage : Ts/Tn = 2,0 pour les deux moteurs ; au démarrage cuve pleine, environ deux fois le couple nominal peut brièvement arriver en sortie.

L'option B peut permettre un réducteur à moins de trains grâce au rapport plus faible, mais le moteur passe en carcasse 160M (arbre 42 × 110 mm) ; avec A, le moteur est en carcasse 132M (arbre 38 × 80 mm) avec un rapport plus élevé. La décision dépend des options du catalogue du réducteur.

Erreurs de choix fréquentes

• Calculer le rapport avec la vitesse de synchronisme (1500 tr/min) ; la vitesse de sortie est plus basse que prévu.
• Supposer qu'un réducteur à roue et vis sans fin a le même rendement qu'un réducteur hélicoïdal.
• Confondre le facteur de service du réducteur avec la valeur de la plaque moteur, ou ne pas l'appliquer du tout.
• Choisir un moteur deux tailles au-dessus « au cas où » sans vérifier le réducteur face au couple de pointe.
• Oublier que le diamètre d'arbre et la taille de bride changent avec la carcasse (ex. 112M → 132S).

Liste de contrôle du choix

• La vitesse de sortie et le couple de charge ont-ils été calculés à partir des données de la machine ?
• Le rapport a-t-il été trouvé avec la vitesse nominale du moteur et la vitesse de sortie recalculée avec le rapport catalogue le plus proche ?
• M₂ ≈ 9550 · P / n₂ · η_réd est-il supérieur au couple de charge ?
• Le couple nominal du réducteur est-il ≥ M_charge × f_s ? f_s a-t-il été lu dans le tableau propre au réducteur ?
• Le couple de pointe au démarrage est-il inférieur au couple admissible de courte durée du réducteur ?
• L'arbre moteur D × E, la clavette F et la bride B5 M / N / P correspondent-ils à l'entrée du réducteur ?
• Les charges radiales et axiales sur l'arbre de sortie ont-elles été vérifiées ?

Pour les calculs de puissance et de courant du moteur, vous pouvez utiliser nos outils de calcul pour moteurs électriques.

Moteurs pour applications avec réducteur

• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1500 tr/min – 90L fonte
• DRG-100L2-4 – 3 kW – 1500 tr/min – 100L fonte
• DRG-112M-4 – 4 kW – 1500 tr/min – 112M fonte
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1500 tr/min – 132M fonte
• DRG-160M-6 – 7,5 kW – 1000 tr/min – 160M fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1500 tr/min – 160M fonte

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Questions fréquentes

Comment calculer le rapport d'un réducteur ?

Divisez la vitesse nominale de la plaque du moteur par la vitesse de sortie souhaitée : i = n_moteur / n₂. Par exemple, avec un moteur à 1450 tr/min et 58 tr/min en sortie, le rapport est 25. Choisissez le rapport catalogue le plus proche et recalculez la vitesse de sortie.

Comment trouver le couple de sortie d'un réducteur ?

Avec M₂ ≈ 9550 · P / n₂ · η_réd. Avec un moteur de 3 kW, 58 tr/min en sortie et un rendement de réducteur de 0,95, le couple de sortie est d'environ 469 Nm. Prenez le rendement dans le catalogue du réducteur choisi.

Quel facteur de service pour un réducteur ?

Il n'existe pas de valeur unique. Elle se lit dans le tableau des facteurs de service du catalogue du réducteur selon le type de charge (uniforme, chocs modérés, chocs importants), les heures de fonctionnement par jour et les démarrages par heure ; le couple nominal du réducteur ne doit pas être inférieur au couple de charge × f_s.

Faut-il un moteur 4 pôles ou 6 pôles pour un réducteur ?

À puissance égale, un moteur 6 pôles réduit le rapport mais nécessite une carcasse plus grande : à 7,5 kW, le DRG-132M-4 est en carcasse 132M et le DRG-160M-6 en 160M. La décision se prend en considérant ensemble la taille du réducteur, les rapports disponibles et l'encombrement.

Pour vérifier ensemble la puissance, la vitesse et la taille de bride du moteur de votre application avec réducteur, contactez-nous au +90 (542) 666 11 11 ou à [email protected], ou utilisez notre page contact. Vous pouvez consulter tous les modèles sur notre page Acheter un moteur électrique en ligne.