Comment utiliser une boîte de vitesses Cyclone

On utilise souvent un réducteur cycloïdal pour transmettre le couple d'un moteur ou d'une pompe. Ce type de réducteur est fréquemment choisi car il présente plusieurs avantages par rapport à un réducteur classique. Son principal atout réside dans sa simplicité de fabrication, ce qui permet son intégration dans diverses applications. Toutefois, l'utilisation d'un réducteur cycloïdal requiert la connaissance de certains éléments, notamment son principe de fonctionnement, sa structure et les effets dynamiques et inertiels qui lui sont associés.

Effets dynamiques et inertiels

Plusieurs études ont été menées sur les propriétés statiques et dynamiques des engrenages cycloïdaux. L'étude de ces effets est utile pour optimiser la conception des réducteurs de vitesse cycloïdaux.
Dans cet article, les effets dynamiques et inertiels d'un réducteur de vitesse cycloïdal à deux étages ont été étudiés à l'aide du logiciel CZPT. De plus, un nouveau modèle pour les réducteurs cycloïdaux, basé sur la dynamique de contact non linéaire, a été développé. Ce modèle vise à prédire différentes conditions de fonctionnement.
La force d'excitation normale appliquée aux disques cycloïdes des premier et deuxième étages est très similaire. Cependant, la déformation totale au point de contact diffère. Cet effet est principalement dû aux oscillations propres au système. Les disques cycloïdes du deuxième étage tournent autour du rouleau de la couronne dentée selon un angle de 180°. Cet angle contribue de manière significative aux couples appliqués. La force d'excitation totale appliquée aux disques cycloïdes des premier et deuxième étages est respectivement de 1 848 N et 2 068,7 N.
Afin d'analyser les contraintes de contact, différents profils d'engrenages ont été étudiés. La densité d'engrènement a été considérée comme un critère de conception important. Il a été constaté qu'un alésage plus large réduit la quantité de matière du disque cycloïdal et engendre des contraintes plus importantes.
De plus, il est possible de réduire plus efficacement les forces de contact en modifiant les paramètres géométriques. Ceci peut être réalisé par un raffinement du maillage le long de la largeur du disque. Le disque cycloïdal a l'influence la plus importante sur les résultats obtenus.
Le rendement d'un réducteur cycloïdal augmente avec la charge. Il dépend également de l'excentricité de l'arbre d'entrée et du plateau cycloïdal. La courbe de rendement est linéaire pour les faibles charges. Cependant, pour les charges plus importantes, elle devient moins linéaire, car la rigidité du réducteur cycloïdal augmente avec la charge.

Structure

Bien qu'elle puisse ressembler à un casse-tête d'ingénierie complexe, la construction d'un réducteur cycloïdal est en réalité assez simple. Les éléments clés sont le bâti, le plateau de charge et la butée axiale. L'ensemble de ces éléments contribue à créer un réducteur stable et compact.
La base est une section circulaire munie de plusieurs broches cylindriques sur son pourtour. Ces broches sont fixées sur un anneau fixe qui les maintient sur une trajectoire circulaire. Cet anneau sert de cercle de référence. Son diamètre est d'environ 5 mm.
La plaque de charge est constituée d'une série de trous taraudés, espacés de 15 mm du centre. Ces trous servent à fixer des structures externes. La plaque de charge doit pouvoir pivoter autour des axes X et Y.
La butée est placée sur le plateau de charge. Cette butée, d'un diamètre intérieur de 35 mm et d'un diamètre extérieur de 52 mm, permet la rotation autour de l'axe Z.
Le disque cycloïdal est l'élément central du réducteur cycloïdal. Il est percé de trous pour les axes d'entraînement de l'arbre de sortie. Ces trous sont plus larges que ceux des axes des rouleaux de sortie. Le disque présente également une excentricité réduite.
Les axes sont fixés au disque cycloïdal par des goupilles de serrage. Fabriqués dans un matériau assurant le support mécanique de la transmission lors de fortes sollicitations, ces axes ont un diamètre extérieur de 9 mm. Le disque comporte plusieurs lobes et effectue une rotation d'un lobe par tour d'arbre.
Le réducteur cycloïdal possède également un couvercle supérieur qui maintient les composants en place. Ce couvercle comporte un logement pour les outils et un filetage permettant sa fixation au carter.

Principe de fonctionnement

Parmi les nombreux types de transmissions par engrenages, les réducteurs cycloïdaux sont utilisés dans les machines lourdes et les robots multi-axes. Ils sont très performants, compacts et permettent d'atteindre des rapports de réduction élevés. De plus, ils supportent les surcharges.
Les disques cycloïdes sont entraînés par des arbres excentriques qui tournent autour de goupilles annulaires fixes. Les galets du disque à goupilles s'engagent dans des trous du disque cycloïde. Ces galets entraînent le disque à goupilles, qui transmet le mouvement à l'arbre de sortie.
Contrairement aux réducteurs à engrenages classiques, les réducteurs cycloïdaux présentent un faible jeu et une rigidité torsionnelle élevée. Ils sont parfaitement adaptés aux charges importantes et à toutes les technologies d'entraînement. La masse réduite et la conception compacte du disque cycloïdal contribuent également à son rendement élevé et à sa précision de positionnement.
Le disque cycloïdal joue un rôle central dans la cinématique de la boîte de vitesses. Il tourne autour d'une couronne fixe. Lorsque le disque est poussé contre la couronne dentée, les axes s'engagent avec le disque et les rouleaux tournent autour de ces axes. Ce mouvement de rotation génère des vibrations qui se propagent par les arbres menés.
Les disques cycloïdes sont généralement conçus avec une cycloïde courte afin de minimiser l'excentricité. Ceci réduit les forces de balourd à haute vitesse. Idéalement, le nombre de lobes de la cycloïde est inférieur au nombre de broches environnantes. Cela réduit les contraintes de contact hertziennes.
Contrairement aux engrenages planétaires, les engrenages cycloïdaux offrent une grande précision et résistent aux chocs. Ils présentent également un faible frottement et une usure réduite des flancs des dents. Enfin, leur rendement et leur capacité de charge sont supérieurs.
Les engrenages cycloïdes sont généralement plus difficiles à fabriquer que les engrenages à développante. Ils ne conviennent pas à l'empilage d'étages d'engrenages. Leur fabrication exige une précision extrême. Cependant, leur taille réduite, leur faible jeu, leur rigidité torsionnelle élevée et leurs faibles vibrations les rendent idéaux pour les machines lourdes.

Profil de dent d'engrenage en développante

Presque tous les engrenages sont fabriqués avec un profil de dent en développante. Les engrenages cycloïdes sont également produits avec ce profil. Comparés aux engrenages en développante, les engrenages cycloïdes sont plus robustes et peuvent transmettre une puissance supérieure. Cependant, leur fabrication est plus complexe, ce qui les rend plus coûteux.
Le profil d'une dent d'engrenage en développante est une courbe lisse. Il est dérivé de la développante d'un cercle. La tangente au cercle de base est la normale en tout point de la développante.
Cette courbe possède des propriétés qui permettent aux dents d'une roue dentée en développante de transmettre un mouvement perpendiculairement à la direction initiale. Elle correspond également à la trajectoire décrite par l'extrémité d'une ficelle se déroulant d'un cylindre.
Le profil en développante présente l'avantage d'être facile à fabriquer. Il permet également un engrènement régulier malgré un désalignement de l'entraxe. Ce profil est par ailleurs préféré au profil cycloïde, mais il n'est pas optimal en tous points.
Les dents des engrenages cycloïdes sont également composées de deux courbes. Contrairement aux dents en développante, les dents des engrenages cycloïdes ont un rayon constant. Les engrenages cycloïdes sont moins bruyants, mais leur fabrication est plus coûteuse.
Les dents en développante sont plus faciles à fabriquer car elles ne présentent qu'une seule courbe. Les engrenages cycloïdes peuvent également être réalisés à l'aide d'une fraise à crémaillère, ce qui réduit leur coût de production. Cependant, leur conception exige une expertise particulière. Ils peuvent aussi être fabriqués avec une machine à tailler les engrenages équipée d'une fraise à pignon.
Les profils de dents qui respectent la loi d'action des engrenages sont parfois appelés profils conjugués. Le profil en développante est le plus courant. Il permet une transmission de couple constante.

Contrecoup

Les réducteurs cycloïdaux offrent généralement un rapport de transmission élevé sans jeu. Ceci est dû au fait que le disque cycloïdal est entraîné par un arbre excentrique. Lors de sa rotation, le disque cycloïdal tourne autour d'une bague fixe, cette dernière tournant indépendamment du centre de gravité.
Le disque cycloïde est généralement raccourci afin de réduire l'excentricité. Ceci contribue à minimiser les forces de balourd susceptibles d'apparaître à haute vitesse. La cycloïde offre également un rapport de transmission plus élevé que les engrenages traditionnels, ce qui assure une meilleure précision de positionnement.
Les variateurs cycloïdes présentent également une rigidité torsionnelle élevée. Ceci leur confère une meilleure résilience en torsion et une capacité accrue à absorber les chocs. C'est un point important pour de nombreuses raisons, notamment dans les applications exigeantes.
Les variateurs cycloïdes présentent également une masse réduite. Ces avantages les rendent parfaitement adaptés à toutes les technologies d'entraînement. Leur conception permet également une rigidité torsionnelle et une durée de vie accrues. De plus, ces variateurs sont beaucoup plus compacts.
Les entraînements cycloïdaux sont également utilisés pour réduire la vitesse. Grâce à leur grande rigidité en torsion, ils offrent également une grande précision de positionnement.
Les variateurs cycloïdaux conviennent parfaitement à diverses applications, notamment les moteurs électriques, les générateurs et les moteurs de pompes. Ils présentent également une excellente résistance aux chocs, un atout important dans de nombreuses applications. Leur conception est idéale pour les applications exigeant un rapport de transmission élevé dans un format compact.
Les réducteurs cycloïdaux présentent également l'avantage de minimiser le jeu entre les composants en contact. Ceci contribue à éliminer les interférences et à garantir un ajustement précis. C'est particulièrement important dans les boîtes de vitesses. Cela permet également l'utilisation d'un capteur de force et d'un potentiomètre pour déterminer le jeu de la boîte de vitesses.

Édité par CX le 13 novembre 2023