Un moteur électriquetourne le plus souvent à une vitesse élevée, de l'ordre de 1500 ou 3000 tr/min, selon la fréquence du réseau ; or, dans des entraînements comme les convoyeurs, les mélangeurs, les systèmes de levage ou les concasseurs, ce que l'on recherche est une vitesse réduite et un couple élevé. C'est précisément à ce point que le réducteur s'intercale entre le moteur et la charge : il abaisse la vitesse, augmente le couple de sortie à proportion du rapport de réduction et rend le mouvement utilisable pour l'application. Ci-dessous, nous examinons en détail la fonction du réducteur dans le système moteur, son principe de fonctionnement, ses types et les critères d'un appariement correct.

Comment le réducteur abaisse-t-il la vitesse ?

Le rapport de réduction entre les étages d'engrenages à l'intérieur du réducteur détermine l'écart entre la vitesse d'entrée et celle de sortie. Par exemple, un moteur tournant à 1500 tr/min descend en sortie à 50 tr/min avec un réducteur de rapport 1/30. Tandis que la vitesse baisse dans ce rapport, le couple de sortie augmente théoriquement dans le même rapport ; ainsi, une charge exigeant une force élevée peut être aisément mise en mouvement avec un moteur de puissance relativement faible. Dans les réducteurs à plusieurs étages, les rapports de chaque couple d'engrenages se multiplient pour donner le rapport de réduction total. Les structures à deux ou trois étages servent à loger dans un carter compact des rapports trop élevés pour être obtenus en un seul étage.

Équilibre entre couple et vitesse

La puissance à l'arbre du moteur dépend du produit du couple par la vitesse angulaire. À puissance constante, plus la vitesse baisse, plus le couple obtenu de la même puissance est élevé. Cette relation fondamentale explique pourquoi le réducteur peut répondre à la demande de couple de l'entraînement sans modifier la puissance nominale du moteur. En pratique, le rendement du réducteur entre aussi dans le calcul du couple de sortie ; en raison des frottements des engrenages, le couple de sortie réel reste un peu en dessous de la valeur théorique. Pour choisir le bon rapport de réduction, la résistance de la charge, le couple de démarrage et le régime de service continu doivent être évalués conjointement.

Facteur de service et type de charge

Dans le choix d'un réducteur, le facteur de service (SF) est un coefficient de sécurité qui traduit le caractère plus ou moins pulsatoire de l'application. Alors qu'un facteur de service de 1,0 à 1,25 suffit pour les charges calmes, des valeurs de 1,5 à 2,0 et plus sont privilégiées dans les applications de concassage, de pressage ou à variations de charge brusques. Un facteur de service élevé allonge la durée de vie des engrenages et des roulements sous régime pulsatoire. Lorsque ce facteur est mal choisi, le réducteur s'use prématurément et provoque indirectement une surcharge du moteur. La durée de fonctionnement quotidienne, la fréquence des démarrages-arrêts et la température ambiante sont également des éléments qui influencent directement le facteur de service.

Types de réducteurs

Différentes architectures d'engrenages sont utilisées pour différentes applications :

  • Réducteur à engrenages hélicoïdaux : rendement élevé (supérieur à 95 pour cent), fonctionnement silencieux ; répandu sur les convoyeurs et les entraînements généraux.
  • Réducteur à vis sans fin : il renvoie la direction de l'arbre à 90 degrés et assure un rapport de réduction élevé ; en revanche, son rendement est plus faible en raison du frottement et il possède la propriété d'irréversibilité.
  • Réducteur à engrenages coniques : utilisé dans les applications où les arbres d'entrée et de sortie sont perpendiculaires ; combiné à un étage hélicoïdal, il offre un rendement élevé.
  • Réducteur planétaire : très forte densité de couple dans un carter compact ; privilégié dans les applications de levage et de service lourd.

Modes de raccordement au moteur

Le réducteur peut être accouplé au moteur directement, en version à bride ou à pattes. Le mode de raccordement du moteur électrique est aussi déterminant ici : alors qu'un moteur B5 à bride peut être monté sans accouplement à l'entrée du réducteur, un moteur B3 à pattes est généralement relié par accouplement ou par poulie-courroie. Le raccordement à face B14 offre pour sa part des solutions compactes aux faibles puissances. Un montage correct assure l'alignement des axes d'arbre et le maintien des vibrations au minimum. Dans les entraînements où un désalignement est toléré, les roulements se fatiguent prématurément et une usure irrégulière commence sur les dents des engrenages.

L'effet du carter en fonte et du carter en aluminium

Le matériau du carter du réducteur et du moteur détermine la capacité du système à évacuer la chaleur et à amortir les vibrations. Le carter en fonte, malgré son poids, se distingue dans les applications de service lourd et à chocs car il offre une grande rigidité et un bon amortissement des vibrations. Le carter en aluminium présente quant à lui un avantage aux petites et moyennes puissances par sa légèreté et sa meilleure conduction thermique. Dans un réducteur transmettant en continu un couple élevé, la rigidité du carter empêche la flexion de l'axe des engrenages sous charge et assure une répartition équilibrée de la charge sur toute la zone de contact des dents. Le choix du carter est donc déterminant non seulement pour la robustesse, mais aussi pour le bruit de fonctionnement et la durée de vie.

Rendement, échauffement et maintenance

Le rendement du réducteur influe directement non seulement sur la consommation d'énergie, mais aussi sur la charge du moteur. Un réducteur à faible rendement appelle davantage de puissance au moteur pour le même travail en sortie et s'échauffe. C'est pourquoi les types hélicoïdaux et coniques à haut rendement se distinguent dans les installations fonctionnant en continu. Du point de vue de la maintenance, le contrôle régulier du niveau et de la qualité de l'huile est déterminant pour la durée de vie des engrenages. Une température d'huile durablement élevée peut annoncer une erreur dans le choix du rapport de réduction ou de la puissance. Effectuer tôt la première vidange avant la mise en service aide à éliminer du système les particules métalliques formées pendant la période de rodage.

Le rendement du moteur ou celui du réducteur est-il déterminant ?

Dans les entraînements à réducteur, le rendement total est le produit du rendement du moteur par celui du réducteur. C'est pourquoi choisir une classe de rendement élevée côté moteur influe sur l'ensemble du système. Les moteurs électriques IE3 et les classes supérieures, associés à un réducteur, réduisent la dépense énergétique annuelle. Par exemple, sur un entraînement de 11 kW fonctionnant 16 heures par jour, relever la classe de rendement d'un cran peut procurer une économie notable sur l'année. Les classes IE3 et IE4 définies par la norme IEC 60034-30-1 font passer l'écart sur la facture d'électricité, sur une longue durée de vie, devant le coût d'achat du moteur.

Un appariement moteur-réducteur correct

DRG Motor apparie ses moteurs asynchrones des classes de rendement IE3, IE4 et IE5 dans la plage 0,55-355 kW avec des systèmes d'entraînement à réducteur et les fournit depuis İzmir. Dans les applications de convoyage, de mélange, de concassage et de levage, vous pouvez obtenir l'appui de notre équipe technique afin de déterminer conjointement la puissance du moteur et le rapport de réduction selon la vitesse et le couple de sortie souhaités. Lorsque vous nous communiquez la nature de la charge de votre application, sa durée de fonctionnement quotidienne et les conditions ambiantes, nous pouvons proposer une solution qui fait converger au bon point la puissance du moteur et le facteur de service du réducteur.

Calcul du rapport de réduction et exemples typiques

Le rapport de réduction correct s'obtient en divisant la vitesse de sortie souhaitée par la vitesse du moteur. Si l'on souhaite 25 tr/min en sortie avec un moteur tournant à 1500 tr/min, le rapport nécessaire est de 1/60 ; il s'obtient le plus souvent avec un réducteur à deux ou trois étages. Sur les convoyeurs, la vitesse de sortie est déterminée par calcul inverse à partir de la vitesse de bande, du diamètre de poulie et de la vitesse de convoyage souhaitée. Sur les mélangeurs, la viscosité et le volume du mélange façonnent le couple nécessaire et donc le rapport. Lors du calcul, il faut tenir compte non seulement du régime nominal, mais aussi de la demande de couple au moment de la charge la plus lourde ; sinon, le réducteur et le moteur sont sollicités ensemble au démarrage. Une approche pratique consiste à appliquer le facteur de service à la valeur de couple calculée puis à arrondir à la taille de réducteur standard la plus proche.

Quelles machines sont entraînées par un entraînement à réducteur

Les entraînements à réducteur se rencontrent dans presque toutes les branches de l'industrie. Sur les convoyeurs à bande, ils assurent le transport du matériau à vitesse constante et contrôlée ; dans les systèmes de levage, la montée de la charge en toute sécurité ; dans les agitateurs et les mélangeurs, la rotation à basse vitesse de mélanges épais. Sur les lignes de concassage et de broyage, le couple élevé et la résistance aux chocs se distinguent ; sur les machines d'emballage et de textile, c'est le mouvement précis et silencieux. Dans chaque application, l'élément déterminant est la conversion de la vitesse du moteur en la vitesse et le couple dont la charge a réellement besoin. Lorsque cet appariement est bien établi, on obtient à la fois un entraînement énergétiquement efficace et un allongement de la durée de vie des organes mécaniques.