Les avantages de l'utilisation d'une boîte de vitesses Cyclone

L'utilisation d'un réducteur cycloïdal pour entraîner un arbre d'entrée est une méthode très efficace pour réduire la vitesse d'une machine. Ce réducteur agit en réduisant la vitesse de l'arbre d'entrée selon un rapport prédéterminé. Il permet d'obtenir des rapports de réduction très élevés dans un format relativement compact.

Rapport de transmission

Que vous construisiez un système de propulsion marine ou une pompe pour l'industrie pétrolière et gazière, l'utilisation de réducteurs cycloïdaux présente certains avantages. Plus compacts et offrant une meilleure densité de couple que les autres types de réducteurs, ils garantissent également un poids optimal et une précision de positionnement maximale.
La conception de base d'un réducteur cycloïdal est similaire à celle d'un réducteur planétaire. La principale différence réside dans le profil des dents d'engrenage.
Les engrenages cycloïdes présentent une usure des flancs de dents réduite et une contrainte de contact hertzienne plus faible. Ils offrent également un frottement et une rigidité torsionnelle moindres. Ces avantages les rendent idéaux pour les applications impliquant des charges importantes ou des entraînements à grande vitesse. Ils conviennent également aux rapports de réduction élevés.
Dans un réducteur cycloïdal, l'arbre d'entrée entraîne un palier excentrique, tandis que l'arbre de sortie entraîne le disque cycloïdal. Ce dernier tourne autour d'une couronne fixe, et les axes de la couronne s'engagent dans les trous du disque. La rotation du disque entraîne alors l'arbre de sortie.
Les engrenages cycloïdes sont idéaux pour les applications exigeant des rapports de réduction élevés et un faible frottement. Ils conviennent également aux applications nécessitant une rigidité torsionnelle et une résistance aux chocs élevées. Enfin, ils sont adaptés aux applications exigeant une conception compacte et un faible jeu.
Le rapport de transmission d'une boîte de vitesses cycloïdale est déterminé par le nombre de lobes du disque cycloïdal. Dans une configuration n=n, un lobe se déplace par tour de l'arbre d'entrée.
Les engrenages cycloïdes permettent de réduire le rapport de réduction de 30:1 à 300:1. Ces engrenages sont adaptés aux applications haut de gamme, notamment dans l'industrie de l'automatisation. Ils offrent une précision de positionnement et un jeu optimaux. Cependant, leur fabrication requiert des procédés spécifiques et des caractéristiques non standard.

Force de compression

Comparé aux réducteurs classiques, le réducteur cycloïdal possède une cinématique unique. Il comporte un palier excentrique dans un bâti rotatif, qui entraîne le disque cycloïdal. Il se caractérise par un faible jeu et une grande rigidité en torsion, permettant ainsi un mouvement d'engrenage.
Cette étude examine l'influence des paramètres de conception afin d'optimiser la conception d'un réducteur cycloïdal. Trois nœuds de roulement principaux ont été étudiés : le disque cycloïdal, la bague extérieure et l'arbre d'entrée. Ces nœuds ont permis d'analyser les forces dynamiques liées au mouvement, et ainsi de calculer les contraintes et les déformations. La fréquence d'engrènement a été calculée à l'aide d'une formule intégrant un facteur de correction pour le repère tournant de la bague extérieure.
Une étude par éléments finis (FEA) tridimensionnelle a été menée pour évaluer le disque cycloïdal. L'influence de la taille des trous sur les contraintes induites dans le disque a été étudiée. L'étude a également porté sur l'ondulation du couple d'une transmission cycloïdale.
Les auteurs de cette étude ont également analysé la distribution du jeu dans le mécanisme de sortie, en tenant compte des écarts d'usinage ainsi que de la structure et de la géométrie de ce mécanisme. L'étude a aussi examiné le rendement relatif d'un réducteur cycloïdal, basé sur un réducteur cycloïdal à un seul disque présentant un décalage d'une dent.
Les auteurs de cette étude ont pu déduire la contrainte de contact du disque cycloïdal, calculée à partir de la rigidité de contact du matériau. Cette méthode permet de déterminer avec précision les contraintes de contact dans un réducteur cycloïdal.
Il est important de connaître les rapports nécessaires au calcul de la vitesse de roulement. Celle-ci peut être calculée à l'aide de la formule f = k (S x R), où S est le volume de l'élément, R sa masse, k sa rigidité de contact et f le vecteur force.

Sens de rotation

Contrairement à la couronne dentée classique qui ne possède qu'un seul axe de rotation, la boîte de vitesses cycloïdale présente trois axes de rotation parallèles et situés dans un même plan. Elle offre une excellente rigidité en torsion et une grande résistance aux chocs. Garantissant une vitesse angulaire constante, elle est utilisée dans les applications de transmission à grande vitesse.
Un réducteur cycloïdal se compose d'un arbre d'entrée, d'un corps d'entraînement et d'un disque cycloïdal. Le disque tourne dans un sens, tandis que l'arbre d'entrée tourne dans le sens inverse. L'arbre d'entrée est monté de manière excentrée sur le corps d'entraînement. Le disque cycloïdal s'engrène avec la couronne dentée et son mouvement de rotation est transmis à l'arbre de sortie.
Pour calculer le sens de rotation d'un réducteur cycloïdal, la cycloïde doit avoir l'orientation angulaire correcte et son axe doit être aligné avec le centre de l'orifice de sortie. La plus petite longueur de la cycloïde doit être égale au rayon du cercle de l'axe. Le plus grand rayon de la cycloïde doit correspondre au diamètre extérieur du palier.
Un engrenage à un seul étage offre peu d'espace disponible ; il vous faudra donc un engrenage à plusieurs étages pour optimiser cet espace. C'est également la raison pour laquelle les engrenages cycloïdes sont généralement conçus avec une cycloïde raccourcie.
Pour calculer le profil de dent optimal d'une roue dentée cycloïdale, une nouvelle méthode a été mise au point. Cette méthode utilise un modèle mathématique qui exploite le sens de rotation de la cycloïde et quelques autres paramètres géométriques. À l'aide d'une fonction définie par morceaux, liée à la distribution de l'angle de pression, le profil optimal de la cycloïde est déterminé. Il est ensuite superposé au profil théorique. Cette nouvelle méthode est beaucoup plus flexible que la méthode conventionnelle et peut s'adapter aux variations du profil cycloïdal.

Conception

Plusieurs modèles de réducteurs cycloïdaux ont été développés. Ces réducteurs présentent un rapport de réduction élevé en un seul étage. Ils sont principalement utilisés pour les machines lourdes. Ils offrent une bonne rigidité en torsion et une bonne capacité d'absorption des chocs. Cependant, ils génèrent des vibrations à haut régime. Plusieurs études ont été menées afin de trouver une solution à ce problème.
La conception d'un réducteur cycloïdal repose sur le calcul du rapport de réduction du mécanisme. Ce rapport est obtenu à partir de la vitesse d'entrée, multipliée ensuite par le rapport de réduction du profil de l'engrenage.
Le facteur le plus important dans la conception d'un réducteur cycloïdal est la répartition de la charge sur la largeur de la roue dentée. En prenant ce critère en compte, l'amplitude des vibrations peut être réduite, garantissant ainsi le bon fonctionnement du réducteur. Afin d'obtenir des conditions d'engrènement optimales, le profil trochoïdal sur la périphérie du disque cycloïdal doit être défini avec précision.
L'une des formes les plus courantes d'engrenages cycloïdaux est la denture en arc de cercle. C'est le type de denture le plus répandu aujourd'hui.
Une autre forme d'engrenage est l'hypocycloïde. Cette forme exige que le diamètre du cercle roulant soit égal à la moitié du diamètre du cercle de base. Un autre cas particulier est la denture pointue, également appelée denture d'horlogerie.
Pour que ce profil d'engrenage fonctionne, le point de contact initial doit rester fixe sur le bord du disque roulant. Ceci générera la courbe hypocycloïde. La courbe est tracée à partir de ce point initial.
Pour étudier ce profil d'engrenage, les auteurs ont utilisé une analyse par éléments finis 3D. Ils ont employé le modèle mathématique de fabrication d'engrenages, qui intégrait les paramètres cinématiques, le calcul du moment de sortie et les étapes d'usinage. La conception obtenue a permis d'éliminer le jeu.

Tailles et sélection

Choisir une boîte de vitesses peut s'avérer complexe. De nombreux facteurs sont à prendre en compte : le type d'application, la vitesse requise, la charge et le rapport de réduction. Ces informations vous permettront de trouver la solution la plus adaptée à vos besoins.
La première étape consiste à déterminer la taille appropriée. Plusieurs logiciels de dimensionnement sont disponibles pour vous aider à choisir le réducteur le mieux adapté à votre application. Vous pouvez commencer par dessiner une roue dentée cycloïdale pour vous aider à concevoir la pièce.
Lors du dimensionnement, il est important de tenir compte de l'environnement. Les chocs, les conditions environnementales et les températures ambiantes peuvent accroître l'usure des dents d'engrenage. La température influe également de manière significative sur la viscosité du lubrifiant et les matériaux d'étanchéité.
Il faut également tenir compte des vitesses d'entrée et de sortie. En effet, la vitesse d'entrée influe sur le calcul du rapport de réduction. Un dépassement de la vitesse d'entrée risque d'endommager les joints et d'entraîner une usure prématurée des paliers d'arbre.
Un autre aspect important du dimensionnement est le coefficient de service. Ce coefficient détermine le couple maximal que le réducteur peut supporter. Il peut être aussi faible que 1,4, ce qui est suffisant pour la plupart des applications industrielles. Cependant, les chocs et les impacts importants nécessitent des coefficients de service plus élevés. Négliger ces facteurs peut entraîner la rupture des arbres et l'endommagement des roulements.
Le type de sortie est également important. Il faut déterminer si l'on souhaite un alésage creux claveté ou non claveté, et si une bride de sortie est nécessaire. Dans le cas d'un alésage creux non claveté, il faudra choisir un matériau de joint capable de résister aux hautes températures.

Édité par CX