LES ÉQUIPEMENTS LES RÉDUCTEURS

Transcription

1 LES ÉQUIPEMENTS LES RÉDUCTEURS SUPPORT DE FORMATION Cours EXP-PR-EQ180 Révision 0.1

2 LES ÉQUIPEMENTS LES RÉDUCTEURS SOMMAIRE 1. OBJECTIFS LES FONCTIONS DES RÉDUCTEURS LES DIFFÉRENTS TYPES DE RÉDUCTEURS RÉDUCTEUR A VIS SANS FIN RÉDUCTEUR A COUPLE CONIQUE RÉDUCTEUR A ARBRES PARALLÈLES RÉDUCTEUR PLANÉTAIRE RÉDUCTEUR INDUSTRIEL LES APPLICATIONS DES RÉDUCTEURS PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT CONSTITUTION PRINCIPE LES DIFFERENTS TYPES DE DENTURES Taille droite Taille hélicoïdale Taille conique Taille vis sans fin Taille hypoïde DÉFINITION DE RAPPORT D UN RÉDUCTEUR ENTRETIEN ET MAINTENANCE GLOSSAIRE SOMMAIRE DES FIGURES SOMMAIRE DES TABLES...24 Dernière Révision: 14/05/2007 Page 2 de 24

3 1. OBJECTIFS Le but de ce cours est de permettre à un futur opérateur de comprendre les principes d utilisation dans le domaine des équipements mécaniques tels que les réducteurs et moto réducteurs employés sur site. Pour ce, il devra être à même de : Expliciter les fonctions des réducteurs Énumérer les différents types de réducteurs susceptibles d être rencontrés sur site Lister différentes applications / utilisations Expliciter les principes de fonctionnement Énumérer les systèmes d engrenages employés dans les réducteurs Calculer le rapport donné par un réducteur Suivre un programme de maintenance pour réducteurs Dernière Révision: 14/05/2007 Page 3 de 24

4 2. LES FONCTIONS DES RÉDUCTEURS Un réducteur est un organe mécanique permettant de réduire la vitesse de rotation d un arbre d entraînement. Un réducteur sert à transmettre un couple important au récepteur (pompe, compresseur, alternateur ou génératrice) Figure 1: Exemple de réducteur (1) Figure 2: Exemple de réducteur (2) Dernière Révision: 14/05/2007 Page 4 de 24

5 3. LES DIFFÉRENTS TYPES DE RÉDUCTEURS 3.1. RÉDUCTEUR A VIS SANS FIN Figure 3: Réducteur à vis sans fin Figure 4: Vue écorchée d'un réducteur à vis sans fin taille hélicoidale Dernière Révision: 14/05/2007 Page 5 de 24

6 3.2. RÉDUCTEUR A COUPLE CONIQUE Les motoréducteurs à couple conique illustrent parfaitement la conception compacte de la nouvelle série d'entraînements. Ce sont des entraînements à renvoi d'angle robustes, adaptés à toutes les applications mécaniques nécessitant un montage peu encombrant. Ils mettent à disposition une plage de couple très étendue: de 200 à Nm. Les réducteurs à couple conique sont utilisés là où une transmission de puissance à 90 est nécessaire. Ils sont très performants, en particulier pour les applications requérant précision, rendement, hautes vitesses (jusqu à 6500 tr/min en fonction de la taille et de la gamme) et charges élevées. Figure 5: Vue écorchée d'un réducteur à couple conique Figure 6: Réducteur à couple conique Dernière Révision: 14/05/2007 Page 6 de 24

7 3.3. RÉDUCTEUR A ARBRES PARALLÈLES Une plage de couples de 130 à Nm et un large choix de positions de montage et d'exécutions permettent l'installation dans de nombreuses configurations, même dans les conditions les plus défavorables. Ces motoréducteurs compacts sont d'un faible encombrement grâce à la disposition avantageuse du carter du réducteur. Les nombreuses variantes d'arbres de sortie et d'arbres creux, la possibilité de monter le réducteur à arbre creux au moyen d'un bras de réaction, par pattes ou par bride, permettent de trouver la solution adéquate à prix avantageux. C'est la raison pour laquelle ce réducteur s'est imposé dans le monde entier comme solution pour les applications en translation. Figure 7: Vue écorchée d'un réducteur à arbres parallèles Figure 8: Réducteur à arbres parallèles Dernière Révision: 14/05/2007 Page 7 de 24

8 3.4. RÉDUCTEUR PLANÉTAIRE Les motoréducteurs planétaires compacts et à jeu réduit, en exécution à un ou deux trains pour une puissance jusqu'à 3000 Nm se chargent des tâches de positionnement les plus pointues avec une précision élevée. Leur structure permet un montage compact appréciable lorsque l'espace disponible est réduit. Figure 9: Réducteur planétaire Dernière Révision: 14/05/2007 Page 8 de 24

9 3.5. RÉDUCTEUR INDUSTRIEL Les réducteurs à arbres parallèles à 2 ou 3 trains de la série se caractérisent par une grande résistance grâce à leur carter monobloc très compact. Les exécutions à pattes, à flasque-bride ou à arbre creux, avec de nombreuses variantes et options, permettent l utilisation dans une plage de couple allant jusqu à Nm, même dans des conditions difficiles. Figure 10: Réducteur industriel Dernière Révision: 14/05/2007 Page 9 de 24

10 4. LES APPLICATIONS DES RÉDUCTEURS On trouve les réducteurs dans beaucoup de secteurs industriels. On l utilise chaque fois qu il est nécessaire de modifier la vitesse de rotation d un arbre d entraînement d un moteur thermique, d un moteur électrique, d une turbine, etc. Figure 12: Motoréducteur Figure 11: Réducteur pour mélangeur Figure 13: Réducteur forte charge Figure 14: Réducteur marine Dernière Révision: 14/05/2007 Page 10 de 24

11 5. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 5.1. CONSTITUTION Figure 15: Constitution d'un réducteur 5.2. PRINCIPE Pour que le rendement d'un réducteur soit correct, il faut en premier lieu qu'il n'y ait pas de frottement au niveau des dents. Ceci s'obtient par la forme de la denture on parle de dents en développantes de cercle qui sont telles qu'elles s'engrènent sans glisser l'une sur l'autre. Figure 16: Exemple de denture (1) Dernière Révision: 14/05/2007 Page 11 de 24

12 Il faut aussi que la conduite soit bien régulière, à savoir qu'une dent prend la relève bien avant que sa précédente ait fini d'engrener. Cette régularité se passe bien pour des engrenages classiques jusqu'à un taux de réduction qui ne doit guère excéder 4 ou 5 pour des tailles de dents normales (on parle de module pour la taille de la dent). Figure 17: Exemple de denture (2) Si on augmente le taux, les problèmes commencent, c'est à dire que la conduite va se dégrader (plus qu'une dent en prise à la fois), et la forme idéale en développante de cercle ne va plus pouvoir être réalisée. Seule remède à cette difficulté, réduire le module de la denture ou augmenter le diamètre des pignons Si on augmente la taille des pignons, on se retrouve avec des encombrements rédhibitoires D'où les limitations des réducteurs à un étage simple qui ne vont guère au-delà de 4. Figure 18: Les pignons et roues d'un réducteur Il y a bien sur l'exception notable des réducteurs des GWS pour indoor ou parkflyer qui vont jusqu'à 11, mais les puissances en jeu sont faibles, ce qui permet d'utiliser de toutes petites dents. Figure 19: Exemple de réducteur Pour des applications nécessitant moins de rendement, et des taux de réduction pas trop élevés (3 maximum ), il y a aussi la solution des réducteurs à courroie qui peuvent passer des puissances considérables tout en restant économiques. Dernière Révision: 14/05/2007 Page 12 de 24

13 Ceci se fait toutefois au prix d'un encombrement et d'une masse plus élevée. Figure 20: Constitution d'un réducteur Dernière Révision: 14/05/2007 Page 13 de 24

14 5.3. LES DIFFERENTS TYPES DE DENTURES Un engrenage est un mécanisme composé de deux roues dentées mobiles autour d'axes de position fixe et dont l'une entraîne l'autre par l'action de dents successivement en contact: on dit que les deux roues sont conjuguées La plus petite roue est appelée: le pignon; et la plus grande: la roue (une roue de rayon infini est une crémaillère). Il existe 4 types d'engrenages différents : Taille droite Taille hélicoïdale Taille conique Taille vis sans fin Taille hypoides Taille droite Le pignon est la plus petite des deux roues et est souvent la roue menant (celle qui entraîne, aussi nommée roue motrice). La forme des roues varie avec les dimensions Les dentures droites sont utilisées pour les petits appareils et les engrenages intérieurs Figure 21: Taille droite Taille hélicoïdale Ils transmettent le mouvement entre deux arbres parallèles. L'angle d'inclinaison de la denture (angle d'hélice), est le même pour les deux roues, mais en sens inverse Les engrenages à denture hélicoïdale permettent une transmission plus souple, plus progressive et moins bruyante que les engrenages à dentures droite. Dernière Révision: 14/05/2007 Page 14 de 24

15 La transmission des efforts est plus importante (nombres de dents en contacts plus élevés), y compris aux vitesses élevées. Figure 22: Taille hélicoïdale On peut neutraliser la poussée axiale en utilisant sur chacun des deux arbres, deux roues à denture hélicoïdale inverses ou une seule roue à deux dentures symétriques (dite à"chevrons"). L'inconvénient de ce type de denture est la poussée axiale importante qui demande alors des paliers particuliers Figure 23: Taille hélicoïdale à deux dentures symétriques Taille conique Les plus simples, ont les mêmes problèmes que les engrenages à dentures droites aux vitesses élevées (bruits de fonctionnement, fortes pressions sur les dents,...). Figure 24: Denture conique Ils sont utilisés pour transmettre le mouvement entre deux arbres non parallèles dont les axes sont concourants (les axes à 90 étant les plus fréquents). Dernière Révision: 14/05/2007 Page 15 de 24

16 Les surfaces primitives ne sont plus des cylindres mais des cônes. Les cônes sont tangents sur une ligne de contact MM' et leur sommet commun est le point S (intersection des axes de rotation). Figure 25: Denture conique à droite Ils permettent de diminuer les bruits aux grandes vitesses et assurent une meilleure progressivité de la transmission. L'angle de pression usuel pour une denture droite est de 20 ou 14 30', il est de 35 pour une denture hélicoïdale Taille vis sans fin La transmission est réalisée à l'aide d'une vis à un ou plusieurs filets engrenant avec une roue. Le sens de l'hélice est le même pour la vis et la roue. Ces engrenages permettent de grands rapports de réduction et offrent des possibilités d'irréversibilité. Ils procurent l'engrènement le plus "doux" de tous les systèmes avec engrenages. Le fonctionnement est silencieux et sans chocs. Toutefois, le glissement et le frottement sont importants; ce qui induit un mauvais rendement. Une bonne lubrification et un choix adapté des matériaux (vis acier et roue en bronze), influence le rendement. Figure 26: Vis sans fin Dernière Révision: 14/05/2007 Page 16 de 24

17 Taille hypoïde Les engrenages à taille hypoïde sont des engrenages du type à taille conique (5.3.3) employés lorsque les axes des deux arbres sont perpendiculaires sans se toucher. Un exemple typique des engrenages hypoïdes est sur une voiture, le «pont» reliant la sortie moteur (ou plutôt de l embrayage) au différentiel des axes des roues arrières. L engrenage hypoïde utilisé pour transmettre la rotation entre arbres non parallèles est souvent dénommé, à tort, «engrenage spiral» Dernière Révision: 14/05/2007 Page 17 de 24

18 Position des arbres Types Taille de la denture Nature du contact et des frottements Droite Linéaire Roulement et léger glissement Parallèles Cylindriques Hélicoïdale Chevrons Courbe Engrènement continu Roulement et pivotement Poussée axiale Courbe Engrènement continu Roulement et pivotement Poussée compensée Crémaillère cylindrique Droite Linéaire Roulement et léger glissement Droite Linéaire Roulement avec léger glissement Droite inclinée Rectangulaires concourants Coniques Spirale Courbe Engrènement continu Roulement et pivotement Poussée axiale Chevrons Roue tangente Courbe Glissement, léger roulement et pivotement Rectangulaires non concourants Vis sans fin Roues hélicoïdales Roue et vis globique Hélicoïdale Contact plus étendu qu avec roue tangente Principalement glissement (étirement film d huile) Courbe Roulement, pivotement et glissement Hypoïdes Inclinée spirale Courbe Surtout vitesse de glissement très importants sous pressions élevées Poussée axiale Obliques non concourantes Hyperboloïdes Gauche Table 1: Types de réducteurs Dernière Révision: 14/05/2007 Page 18 de 24

19 5.4. DÉFINITION DE RAPPORT D UN RÉDUCTEUR Un réducteur sert à transmettre un couple important au récepteur. Le rapport de réduction ou de multiplication est le rapport du produit du nombre de dents des roues menantes et du produit du nombre de dents des roues menées En grande majorité, les trains sont employés en réducteur (réduction de la vitesse et augmentation du couple). Le sens de rotation d'un train d'engrenages extérieur est facilement déterminé en comptant le nombre de roues en contact. Si ce nombre est pair, la roue menée tourne dans le même sens que la roue menante. Si ce nombre est impair, la roue menée tourne en sens inverse de la roue menante. Dans le cas de trains d'engrenages intérieurs, cette méthode est à inverser. C'est à dire que si le nombre de roues en contact est pair, la roue menée tourne en sens inverse de la roue menante. La raison (le rapport de réduction) d'un train d'engrenages est le rapport du produit du nombre de dents des roues menantes et du produit du nombre de dents des roues menées. Train à 1 engrenage R 2/1 = Z 1 / Z 2 Train à 2 engrenages R 4/1 = (Z 3. Z 1 ) / (Z 4. Z 2 ) R = Ratio Z = Dent Dernière Révision: 14/05/2007 Page 19 de 24

20 6. ENTRETIEN ET MAINTENANCE Comme toutes les pièces mécaniques en mouvement les réducteurs ont besoin de lubrification, quelle soit par graissage, par barbotage d huile ou par circuit d huile. Cette lubrification apporte la longévité de la machine, mais aussi réduit le bruit et les vibrations qui peuvent être engendré par les dentures des engrenages. Enduction au pinceau Graissage par gravité (goutte à goutte) Graisseur mécanique (compte-gouttes) Pulvérisation par bombe aerosol Pulvérisation manuelle au pistolet Pulvérisation automatique Figure 27: Lubrification des réducteurs (1) Dernière Révision: 14/05/2007 Page 20 de 24

21 Exploration & Production Figure 28: Lubrification des réducteurs (2) Dernière Révision: 14/05/2007 Page 21 de 24

22 7. GLOSSAIRE Dernière Révision: 14/05/2007 Page 22 de 24

23 8. SOMMAIRE DES FIGURES Figure 1: Exemple de réducteur (1)...4 Figure 2: Exemple de réducteur (2)...4 Figure 3: Réducteur à vis sans fin...5 Figure 4: Vue écorchée d'un réducteur à vis sans fin taille hélicoidale...5 Figure 5: Vue écorchée d'un réducteur à couple conique...6 Figure 6: Réducteur à couple conique...6 Figure 7: Vue écorchée d'un réducteur à arbres parallèles...7 Figure 8: Réducteur à arbres parallèles...7 Figure 9: Réducteur planétaire...8 Figure 10: Réducteur industriel...9 Figure 11: Réducteur pour mélangeur...10 Figure 12: Motoréducteur...10 Figure 13: Réducteur forte charge...10 Figure 14: Réducteur marine...10 Figure 15: Constitution d'un réducteur...11 Figure 16: Exemple de denture (1)...11 Figure 17: Exemple de denture (2)...12 Figure 18: Les pignons et roues d'un réducteur...12 Figure 19: Exemple de réducteur...12 Figure 20: Constitution d'un réducteur...13 Figure 21: Taille droite...14 Figure 22: Taille hélicoïdale...15 Figure 23: Taille hélicoïdale à deux dentures symétriques...15 Figure 24: Denture conique...15 Figure 25: Denture conique à droite...16 Figure 26: Vis sans fin...16 Figure 27: Lubrification des réducteurs (1)...20 Figure 28: Lubrification des réducteurs (2)...21 Dernière Révision: 14/05/2007 Page 23 de 24

24 9. SOMMAIRE DES TABLES Table 1: Types de réducteurs...18 Dernière Révision: 14/05/2007 Page 24 de 24