Le réducteur est un organe de transmission mécanique qui abaisse la vitesse élevée d'un moteur électrique et augmente son couple. Constitué d'étages d'engrenages, ce dispositif réduit la vitesse de l'arbre de sortie du moteur tout en élevant dans la même proportion la force de rotation. Sur les machines qui exigent une rotation lente mais puissante, le moteur et le réducteur sont le plus souvent réunis dans un seul carter et fonctionnent comme un « motoréducteur ».

À quoi sert un réducteur ?

Un moteur asynchrone standard tourne généralement à des vitesses élevées, par exemple 1500 tr/min (4 pôles) ou 3000 tr/min (2 pôles). Or une bande transporteuse, un agitateur ou un palan ont le plus souvent besoin d'un mouvement bien plus lent, de l'ordre de quelques dizaines de tours par minute. C'est là que le réducteur intervient : il abaisse la vitesse d'entrée au niveau souhaité tout en augmentant le couple proportionnellement au rapport d'engrenage. Ainsi, un petit moteur peut déplacer sans peine, avec l'appui du réducteur, des charges lourdes qu'il ne pourrait pas entraîner directement.

Physique de la réduction de vitesse et de l'augmentation du couple

Le principe de fonctionnement du réducteur repose sur le rapport d'engrenage. Le rapport entre le nombre de dents des arbres d'entrée et de sortie détermine à la fois la baisse de vitesse et la hausse du couple. Par exemple, avec un rapport de réduction de 1/20, un moteur entrant à 1500 tr/min voit sa vitesse de sortie descendre à 75 tr/min ; en contrepartie, le couple augmente d'environ 20 fois (pertes par frottement exclues). C'est pourquoi, lors du choix d'un réducteur, on ne prend pas seulement en compte la vitesse de sortie souhaitée, mais aussi la valeur de couple exigée par la machine.

  • Rapport de réduction élevé = faible vitesse de sortie + couple élevé
  • Rapport de réduction faible = vitesse de sortie plus élevée + augmentation de couple moindre
  • Le couple réel reste légèrement en dessous de la valeur théorique en raison du rendement des engrenages

Types de réducteurs

Selon l'application, différents types de réducteurs sont utilisés et chacun présente ses propres avantages en matière de couple, de rendement et de montage :

  • Réducteur hélicoïdal (à engrenages droits) : Il offre un rendement élevé (généralement supérieur à 95 %), un fonctionnement silencieux et une large gamme de puissance. C'est le type le plus répandu.
  • Réducteur à vis sans fin : Il assure un rapport de réduction élevé en un seul étage, il est compact et convient au montage à angle droit ; son rendement est toutefois inférieur à celui des autres types.
  • Réducteur à engrenages coniques : Les arbres d'entrée et de sortie se rejoignent à angle droit ; il convient aux applications lourdes exigeant un couple élevé.
  • Réducteur planétaire : Il offre une très forte densité de couple dans un carter compact ; il est privilégié dans les servomécanismes et les systèmes de positionnement de précision.

Où utilise-t-on un motoréducteur ?

On rencontre des motoréducteurs dans presque tous les systèmes industriels qui exigent une rotation lente et puissante. Les bandes transporteuses, les agitateurs et les mélangeurs, les palans et systèmes de levage, les machines d'emballage, les broyeurs, les racleurs de boue et les lignes de remplissage viennent en premier. Si le moteur et le réducteur sont correctement appariés, le système fonctionne efficacement et dure longtemps. Pour choisir le moteur adapté à votre application, vous pouvez consulter notre guide sur les moteurs AC asynchrones.

Un appariement moteur-réducteur correct

Les performances du réducteur sont directement liées à la puissance et à la vitesse du moteur auquel il est accouplé. Si la puissance du moteur est insuffisante, le réducteur ne peut pas produire le couple souhaité ; si le moteur choisi est plus grand que nécessaire, il en résulte une consommation d'énergie et un coût inutiles. C'est pourquoi quatre valeurs sont évaluées ensemble lors de l'appariement : la puissance du moteur (kW), la vitesse d'entrée (tr/min), la vitesse de sortie souhaitée et le couple exigé par l'application. Le type de fixation (à pattes B3, à bride B5 / B14) et les dimensions de l'arbre sont également des éléments qui déterminent la compatibilité mécanique.

Facteur de service et type de charge

Le facteur de service est un paramètre souvent négligé mais déterminant dans le choix d'un réducteur. Cette valeur exprime de combien la capacité nominale du réducteur doit dépasser la charge réelle. Les charges à chocs (concasseurs, convoyeurs qui démarrent et s'arrêtent brusquement) exigent un facteur de service élevé ; les charges régulières et continues fonctionnent en sécurité avec un facteur plus faible. La durée de fonctionnement quotidienne, la fréquence des démarrages et le caractère vibratoire de la charge influencent ce choix. Un facteur de service erroné conduit à une usure prématurée du réducteur.

Rendement et entretien du réducteur

Le rendement du réducteur dépend du type d'engrenage et de l'état de la lubrification. Les réducteurs à engrenages hélicoïdaux offrent un rendement élevé, tandis que les types à vis sans fin assurent un rapport de réduction plus important mais avec un rendement relativement plus faible. Un contrôle et un remplacement réguliers de l'huile sont indispensables pour que le réducteur fonctionne longtemps et silencieusement. Une lubrification négligée entraîne l'usure des engrenages, une surchauffe et du bruit. Par ailleurs, le contrôle des joints et des éléments d'étanchéité prévient les fuites d'huile et les pannes qui en découlent.

Quelques conseils pour un choix correct

Lorsque vous choisissez un motoréducteur, précisez d'abord la vitesse de sortie et le couple exigés par la machine. Déterminez ensuite le rapport d'engrenage et la puissance du moteur correspondants. Tenez impérativement compte du caractère continu ou intermittent du service, de la température ambiante et de la position de montage. Chez DRG, nous fournissons sur stock des moteurs électriques dans une large gamme de puissance adaptée aux applications de réduction et nous vous accompagnons pour déterminer la combinaison moteur-réducteur la plus adaptée à votre application. Pour plus d'informations et pour découvrir nos options de produits, vous pouvez visiter notre page d'accueil.

Réducteurs à un étage et à plusieurs étages

Les réducteurs se répartissent en modèles à un ou plusieurs étages selon le nombre de couples d'engrenages qui abaissent successivement la vitesse. Dans un réducteur à un seul étage, le rapport de réduction est généralement limité ; lorsque des rapports très élevés sont recherchés, plusieurs couples d'engrenages sont disposés en série. Chaque étage abaisse un peu plus la vitesse d'entrée et multiplie le rapport total. Par exemple, dans un réducteur hélicoïdal à deux étages où chaque étage assure un rapport de 1/5, le rapport total est de 1/25. La structure à plusieurs étages répond au besoin de forte réduction, mais chaque étage supplémentaire entraîne une petite perte de rendement ; c'est pourquoi se limiter au nombre d'étages strictement nécessaire est au centre de la décision de conception.

Relation entre position de montage et lubrification

La position de montage du réducteur influence directement la bonne arrivée de l'huile jusqu'aux engrenages. En montage horizontal, vertical ou incliné, le niveau d'huile et l'emplacement du bouchon d'aération changent ; dans un réducteur monté dans une position incorrecte, les engrenages supérieurs ne sont pas suffisamment lubrifiés et s'usent prématurément. C'est pourquoi les réducteurs sont généralement livrés avec une quantité d'huile réglée selon des positions de montage déterminées. En cas de changement de position, le niveau d'huile peut devoir être réajusté. De plus, la pression d'huile exercée sur le joint inférieur augmentant en montage vertical, le choix d'éléments d'étanchéité adaptés à cette charge vient au premier rang.

La propriété d'irréversibilité

Dans certaines applications, on souhaite que la charge ne recule pas lorsque le moteur s'arrête ; par exemple, dans un système de levage, la charge ne doit pas descendre en cas de coupure d'énergie. Les réducteurs à vis sans fin assurent naturellement cette propriété d'irréversibilité aux rapports de réduction élevés ; la géométrie vis-roue empêche la charge de se déplacer de la sortie vers l'entrée. Cette propriété étant absente des réducteurs hélicoïdaux et coniques, on utilise un moteur frein ou un verrou mécanique là où le recul doit être empêché. Lors du choix du type de réducteur, il faut impérativement évaluer si l'application exige ou non l'irréversibilité.

Les facteurs qui déterminent la durée de vie d'un réducteur

La durée de vie d'un réducteur résulte de la combinaison du caractère de la charge, de la température de service, de la qualité de la lubrification et de la justesse du montage. Un réducteur qui travaille en surcharge permanente ou dont l'huile n'est pas changée à temps tombe en panne bien avant la durée de vie attendue. Les facteurs suivants déterminent directement la durée de fonctionnement sain du réducteur :

  • Une capacité choisie avec le facteur de service correct
  • L'utilisation d'une huile propre et de viscosité appropriée
  • Le maintien de la température de service dans la plage recommandée
  • Un alignement correct des arbres d'entrée et de sortie
  • Une surveillance régulière des vibrations et du bruit

Lorsque tous ces facteurs sont pris en compte, un réducteur de qualité peut rendre service pendant des dizaines de milliers d'heures sans incident.

Questions fréquentes

Comment le réducteur augmente-t-il le couple ?

Grâce au rapport d'engrenage, le réducteur abaisse la vitesse de sortie ; le couple augmente proportionnellement à cette baisse de vitesse. Le moteur peut ainsi soulever des charges plus lourdes.

Peut-on monter un réducteur sur n'importe quel moteur ?

Le réducteur est choisi en fonction de la puissance et de la vitesse du moteur ainsi que des dimensions de l'arbre et de la bride. Un appariement incompatible conduit à une panne prématurée, c'est pourquoi les valeurs techniques doivent être vérifiées au préalable.