Boîte de vitesses Cyclone contre boîte de vitesses à développante

Que vous utilisiez un réducteur cycloïdal ou un réducteur à développante pour votre application, il y a quelques points importants à connaître. Cet article abordera certains de ces points, notamment : la différence entre réducteur cycloïdal et réducteur à développante, le poids, la force de compression, la précision et la densité de couple.

Force de compression

Plusieurs études ont été menées pour analyser les caractéristiques statiques des engrenages. Dans cet article, les auteurs étudient les principes structurels et cinématiques d'un réducteur cycloïdal. Ce type de réducteur utilise un palier excentré à l'intérieur d'un bâti rotatif. Dépourvu de paire pignon-roue classique, il est particulièrement adapté aux rapports de réduction élevés.
Cet article a pour but d'étudier la distribution des contraintes sur un disque cycloïdal. Différents profils d'engrenage sont étudiés afin d'analyser la répartition de la charge et les effets dynamiques.
Les réducteurs cycloïdaux sont soumis à la compression et au jeu, ce qui impose l'utilisation de rapports de transmission appropriés pour la vitesse des paliers et l'angle de transmission. Cet article traite également des principes cinématiques du réducteur. De plus, les auteurs utilisent des techniques d'analyse standard pour l'arbre/engrenage et le disque cycloïdal.
Les auteurs ont précédemment travaillé sur une simulation dynamique de corps rigide d'un réducteur cycloïdal. L'analyse utilisait un profil trochoïdal sur la périphérie du disque cycloïdal. Ce profil trochoïdal est obtenu à partir d'un dessin de fabrication et tient compte des tolérances.
La densité du maillage du disque cycloïdal reproduit fidèlement la géométrie des pièces et assure un calcul précis des contraintes de contact.
Le disque cycloïdal est composé de neuf lobes, chacun se déplaçant d'un lobe à chaque rotation de l'arbre d'entraînement. Cependant, lors de la rotation du disque autour des axes, son centre de gravité reste fixe. Par conséquent, le disque cycloïdal répartit la charge de couple avec les cinq rouleaux extérieurs.
Un faible rapport de réduction dans un réducteur cycloïdal engendre une contrainte induite plus élevée dans le disque cycloïdal. Ceci est dû au diamètre plus important de l'alésage, conçu pour réduire la quantité de matière à l'intérieur du disque.

Densité de couple

Plusieurs types de réducteurs magnétiques ont été étudiés. Certains présentent une densité de couple supérieure à d'autres, mais ils ne peuvent toujours pas rivaliser avec les réducteurs mécaniques.
Un nouveau réducteur magnétique cycloïdal à haute densité de couple, utilisant des rotors de Halbach, a été développé et est actuellement en phase de test. Sa conception a été validée par la construction d'un prototype CPCyMG. Les résultats ont montré que le couple de glissement simulé était comparable au couple de glissement expérimental. Le couple maximal mesuré correspondait à l'harmonique spatiale p3 = 14 et à une densité de couple dans la zone active de 261,4 N·m/L.
Ce réducteur cycloïdal présente un rapport de réduction élevé. Testé, il atteint un couple maximal de 147,8 Nm, soit plus du double de la densité de couple d'un réducteur cycloïdal traditionnel. Sa conception intègre un support arrière ferromagnétique assurant la solidité de la fabrication.
Ce réducteur cycloïdal illustre comment un petit diamètre peut permettre d'atteindre une densité de couple élevée. Il est conçu avec une longueur axiale de 50 mm. À cette longueur, les forces de déflexion radiale sont négligeables. La conception utilise un faible entrefer pour réduire ces forces, mais il existe d'autres solutions.
Ce modèle à compromis présente également une densité de couple volumique élevée. Il possède un entrefer réduit et une densité de couple massique supérieure. Sa fabrication est aisée et sa robustesse mécanique est avérée. De plus, il figure parmi les plus performants de sa catégorie.
La conception à engrenages hélicoïdaux est une technologie récente qui confère une plus grande précision aux réducteurs cycloïdaux. Elle permet à un servomoteur de supporter des charges importantes à des cadences élevées. Elle s'avère également utile pour les applications exigeant un encombrement réduit.

Poids

Comparativement aux réducteurs planétaires, les réducteurs cycloïdaux sont moins lourds. Ils présentent néanmoins certains avantages. L'un des plus importants est leur fonctionnement sans jeu, qui garantit un mouvement fluide et précis.
De plus, leur rendement élevé permet aux servomoteurs de fonctionner à des vitesses supérieures. Leur principal avantage réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de les empiler pour obtenir un rapport de réduction élevé.
Un autre avantage des réducteurs cycloïdaux est leur coût généralement inférieur à celui des réducteurs planétaires. De ce fait, ils conviennent parfaitement à l'industrie manufacturière et à la robotique. Ils sont également adaptés aux robots industriels exigeants qui requièrent un réducteur robuste.
Ils offrent également un meilleur rapport de réduction. Les engrenages cycloïdaux peuvent atteindre des rapports de réduction de 30:1 à 300:1, ce qui représente une amélioration considérable par rapport aux engrenages planétaires. Cependant, rares sont les modèles disponibles offrant un rapport inférieur à 30:1.
Les engrenages cycloïdaux offrent une meilleure résistance à l'usure, ce qui leur confère une durée de vie supérieure à celle des engrenages planétaires. Plus compacts, ils permettent d'atteindre des rapports de réduction élevés dans un espace réduit. Leur conception les rend également moins sensibles au jeu mécanique, un défaut majeur des réducteurs planétaires.
De plus, les engrenages cycloïdaux offrent une meilleure précision de positionnement. C'est d'ailleurs l'une des principales raisons de privilégier les engrenages cycloïdaux aux engrenages planétaires. En effet, le disque cycloïdal tourne autour d'un palier indépendamment de l'arbre d'entrée.
Comparées aux réducteurs planétaires, les engrenages cycloïdaux sont beaucoup plus courts. Ils offrent ainsi une précision de positionnement optimale. De plus, leur diamètre réduit leur confère un poids plus léger.

Précision

Plusieurs experts ont étudié les réducteurs cycloïdaux de précision. Leurs recherches portent principalement sur le modèle mathématique et la méthode d'évaluation de la précision des engrenages cycloïdaux.
La modification traditionnelle des engrenages cycloïdaux repose principalement sur le réglage de divers paramètres d'usinage et de la position centrale de la meule. Cependant, elle présente certains inconvénients liés à une précision d'engrènement instable et à une forme de profil de dent difficile à contrôler.
Cette étude propose une nouvelle méthode de conception pour la modification des engrenages cycloïdaux. Basée sur le calcul du jeu d'engrènement et de la distribution de l'angle de pression, cette méthode permet de prérégler efficacement la précision de transmission des engrenages à broches cycloïdales et d'assurer de bonnes caractéristiques d'engrènement.
La méthode proposée peut être appliquée à la fabrication de réducteurs vectoriels rotatifs. Elle est également applicable aux réducteurs de précision pour robots.
Le modèle mathématique des engrenages cycloïdaux peut être établi en considérant l'angle de pression α comme variable dépendante. Il est possible de calculer la distribution de l'angle de pression et l'angle de pression de profil. Ce modèle peut également s'exprimer sous la forme DL = f(α). Il trouve des applications dans la conception de réducteurs de précision.
L'étude prend également en compte le jeu à la racine, le jeu angulaire des dents d'engrenage et l'angle de profil. Ces facteurs influent directement sur les performances de transmission de l'engrenage cycloïdal. Elle met également en évidence une meilleure précision de mouvement et un jeu angulaire réduit. Le profil modifié permet également de diminuer l'erreur de transmission.
De plus, la méthode proposée repose également sur le calcul du jeu perdu. Elle détermine l'angle de premier contact des dents. Cet angle est un facteur important qui influe sur la qualité de la modification. L'erreur de transmission est minimale après la méthode de la seconde cycloïde.
Enfin, une étude de cas sur la paire d'engrenages CZPT RV-35N est présentée pour prouver la méthode proposée.

Engrenages à développante vs engrenages cycloïdaux

Comparées aux engrenages à développante, les engrenages cycloïdaux sont plus silencieux, présentent moins de frottement et durent plus longtemps. Cependant, ils sont plus coûteux et leur fabrication peut s'avérer plus complexe. Ils peuvent être moins adaptés à certaines applications, notamment les manipulateurs spatiaux et les articulations robotiques.
Le profil d'engrenage le plus courant est la développante d'un cercle. Cette courbe est formée par l'extrémité d'une corde imaginaire tendue se déroulant à partir du cercle.
Un autre exemple de courbe est la courbe épicycloïde. Cette courbe est formée par un point fixé à un cercle et roulant sur un autre cercle. Sa réalisation est complexe et beaucoup plus coûteuse que celle d'une courbe en développante.
La courbe cycloïde d'un cercle est également un exemple de multicurseur. Cette courbe est engendrée par le lieu géométrique des points situés sur la circonférence du cercle.
La courbe cycloïde possède le même diamètre que la courbe en développante, mais sa courbure est tangentielle au diamètre du cercle. Cette courbe est également qualifiée d'ordinaire. Elle remplit plusieurs autres fonctions. La méthode des éléments finis a été utilisée pour analyser l'état de contrainte des réducteurs de vitesse cycloïdaux.
Il existe de nombreuses autres courbes, mais la développante est le profil d'engrenage le plus couramment utilisé. La développante d'un cercle est une courbe en spirale tracée par l'extrémité d'une corde imaginaire tendue.
Les engrenages à développante sont un peu comme des briques Lego : ils sont très agréables à manipuler et présentent de nombreux avantages. Par exemple, ils supportent mieux les décalages centraux que les engrenages cycloïdaux. Leur fabrication est également beaucoup plus simple, ce qui réduit le coût des dents. Cependant, ils sont aujourd'hui obsolètes.
Les engrenages cycloïdaux sont plus difficiles à fabriquer que les engrenages à développante. Leur surface convexe entraîne une usure plus importante. Leur forme est également plus simple et ils possèdent moins de dents. On les utilise dans les mouvements rotatifs, notamment dans les rotors des compresseurs à vis.

editor by CX 2023-05-31