Quelques informations sur les réducteurs

Suite à quelques discussions sur l'intérêt ou pas des réducteurs à trains épicycloïdaux, (qu'on appelle assez communément dans notre jargon, réducteurs planétaires), j'ai replongé dans mes vieux souvenirs pour tenter de retrouver le taux de réduction…

C'est pour le réducteur schématisé ci-dessous:

(Visible aussi en pdf):shéma en pdf

Avec qui est la vitesse de rotation en entrée du réducteur, et qui est la vitesse de rotation en sortie. D1 le nombre de dents du petit pignon (ou son diamètre), et D2 celui de la couronne extérieure. (il y a plein d'autres types d'utilisation des trains d'engrenage épicycloidaux, voir sur le site Insa de Lyon, page réducteurs

Ce qu'on voit tout de suite, c'est que le taux de réduction est plus élevé avec ce type de réducteur plutôt qu'avec un réducteur classique où on a directement le taux de réduction qui est égal aux rapports de denture (D1/D2).

Avantages et inconvénients des différents types de réducteurs:

Il faut savoir que pour que le rendement d'un réducteur soit correct, il faut en premier lieu qu'il n'y ait pas de glissement au niveau des dents. Ceci s'obtient par leur forme: on parle de dents en développantes de cercle qui sont telles qu'elles s'engrènent sans glisser l'une sur l'autre.

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.

Tout ceci 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). 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…Qui dit réduction du module dit dents plus petites qui ne peuvent plus passer de puissance suffisante et deviennent trop fragiles…

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. Il y a bien sur l'exception notable des réducteurs des GWS pour indoor ou park-flyer qui vont jusqu'à 11, mais les puissances en jeu sont faibles, ce qui permet d'utiliser de toutes petites dents.

Vous pouvez regarder leur réalisation, pour les taux de réduction au-delà de 5, les dentures sont très fines, avec le problème de fragilité associé. Ils ont bien fait le design puisqu'ils utilisent un module le plus gros possible pour les taux de réduction moindres. Pour les versions S1 et S2 (réduction 3,5:1 et 4,1:1), les dents sont beaucoup plus grosses que sur les autres versions au taux de réduction important. Par conter, si ils avaient voulu garder le même module pour les taux de rédcution plus élevé, ils auraient eu des diamètres trop importants.

Une fois les limites atteintes, il faut passer aux réducteurs planétaires (à trains épicycloïdaux en langage technique) qui présentent de nombreux d'avantages:

Le premier est la compacité: Sur l'exemple que j'ai dessiné, la couronne extérieure a 60 dents, le petit pignon 13 et les satellites ont 24 dents. Ca fait un rapport de réduction est de 73/13 = 5,6 dans un diamètre de 65 mm.

Un tel réducteur pourrait passer beaucoup de puissance.

Grâce à la présence des satellites, le rapport entre le nombre de dents des roues qui engrènent entre elles est plus réduit pour un taux de réduction donné.

Le rapport de réduction est de 73/13 = 5.6, et pourtant le rapport entre chaque couple est au maximum de 60/24 = 2.5. Ce rapport est très favorable à une bonne conduite des engrenages.

Pour ce qui est de passer la puissance, un design fréquent est de mettre au minimum 3 satellites (voir sur la vue de face) pour avoir quelque chose de bien équilibré. De ce fait, la pression sur les dents est 3 fois moindre, ce qui est favorable au rendement, et permet de passer beaucoup de puissance sur des petits modules.

Lorsqu'il y a besoin d'avoir des taux de réduction très élevés, il est facile d'empiler les étages de réduction les uns à la suite des autres, le pignon de sortie du premier étage devenant le pignon d'entrée de l'étage suivant.

C'est certainement pour toutes ces bonnes raisons que les réducteurs de qualité pour les applications qui nous intéressent sont réalisés sur ce principe.

Pour en savoir plus, j'ai trouvé une page assez complète sur le site de l'INSA de Lyon

Des détails aussi sur la réalisation des réducteurs sur le site de Maxon qui en réalise pour toutes sortes d'applications pointues, et qui sont aussi largement utilisés en modélisme avec je crois un rapport qualité-prix très intéressant.

Et puis, il y a Reisenauer qui représente la Rolls du domaine (à des prix correspondant…). Je crois que les performances doivent être au rendez-vous puisqu'on les voit sur les motoplaneurs de compétition!

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. Ceci se fait toutefois au prix d'un encombrement et sans doute d'une masse plus élevée. Je pense qu'il faut les réserver aux modèles assez gros…