Support technique pour réducteurs

Oui, nos réducteurs planétaires et nos réducteurs à étages peuvent fonctionner dans les deux sens.

Si le couple continu maximal produit par le moteur au travers du réducteur est pris en compte pour chaque rapport du réducteur, certains rapports dépasseront largement le couple nominal du réducteur. Si nous concevons chaque réducteur de manière à ce qu'il résiste au couple nominal produit par la combinaison, les engrenages internes du réducteur doivent être fortement modifiés (face avant plus large, pas de plus grand diamètre, autres matériaux, etc.). Tout cela contribuerait à augmenter la taille et le prix du produit, ce qui est contraire à l'intention d'avoir « la puissance et les performances dans le plus petit paquet ».

Typiquement, les réducteurs planétaires sont utilisés quand des couples élevés sont requis dans un espace restreint. On emploie des systèmes à engrenage à étage quand l’application demande une faible consommation de courant, un niveau sonore minimal et une efficacité élevée. Les inconvénients des réducteurs planétaires sont la consommation de courant plus élevée, une efficacité plus faible et un bruit audible plus fort.

Pour donner un exemple général, prenons une combinaison moteur + réducteur 1724T012SR + 16/7, 43:1 utilisée avec 12 volts aux bornes du moteur et nous voulons un couple de 71 mNm sur l’arbre de sortie du réducteur.

Selon la fiche technique, un réducteur 16/7 avec un rapport de réduction de 43:1 est efficace à 70%. Cela signifie que 30% du couple développé par le moteur sera perdu dans le réducteur. La méthode la plus simple pour tenir compte des pertes du réducteur consiste à augmenter le couple requis de la quantité correspondante et à faire les calculs comme si le réducteur était efficace à 100%. Dans ce cas, nous augmentons le couple requis en sortie du réducteur de 30%, ce qui donne donc (pour le calcul) un couple total de 92 mNm.

Couple total = 71 mNm x 1,3  = 92 mNm.

Pour en revenir au moteur, le couple moteur est donc le couple total divisé par le rapport de réduction :

Couple moteur = 92 mNm / 43 = 2,1 mNm

La constante de couple du moteur est le facteur de proportionnalité qui définit la relation entre le couple sur l'arbre du moteur et le courant dans les enroulements du moteur. Ici, la constante de couple pour le moteur 1724T012SR est de 14,3 mNm/A. Cela veut dire que, pour chaque ampère passant dans les enroulements du moteur, celui-ci produira un couple de 14,3 mNm. L’inverse de la constante du moteur est ici de 0,070 A/mNm. Puisque nous avons déjà calculé que le couple sur l'arbre du moteur était de 2,1 mNm, nous pouvons utiliser l'inverse de la constante de couple pour calculer le courant du moteur dû à la charge externe :

Courant = 0,070 A/mNm x 2,1 mNm = 147 mA

Le moteur a une légère friction interne qui nécessite une quantité de courant en conséquence pour l'entraîner. Ce courant est défini comme étant le courant à vide du moteur. Ici, sa valeur est de 8 mA (voir la fiche technique). Comme le moteur nécessite 147 mA pour entraîner la charge externe et 8 mA pour parer à sa propre friction, le courant total requis pour cette application doit donc être de 155 mA.

La vitesse du moteur C.C. est proportionnelle à la charge qu’il entraîne. La constante de proportionnalité entre la vitesse du moteur et la charge du couple du moteur est la pente de la courbe du couple en fonction de la vitesse. Cette pente est calculée en divisant la vitesse à vide du moteur (vitesse à la tension nominale et charge externe nulle) par le couple à l’arrêt (vitesse nulle et couple maximal). Pour le moteur 1724T012SR, la pente de la courbe couple-vitesse est donnée comme suit :

Pente = DY/DX = -7900 tr/min / 10,5 mNm = -752 tr/min / mNm

On notera que la pente de la courbe est négative, ce qui indique que les pertes de vitesse augmentent avec la charge du moteur. Dans notre cas, nous avons calculé une charge du moteur de 2,1 mNm. La perte de vitesse du moteur due à cette charge externe est donc :

Perte de vitesse = -752 tr/min / mNm x 2,1 mNm = -1579 tr/min

Sans charge sur l’arbre du moteur, le moteur tourne à 7900 tr/min. Avec une charge de 2,1 mNm, le moteur perd 1579 tr/min par rapport à la valeur sans charge. Dans cette application, la vitesse du moteur est donc de :

Vitesse du moteur = 7900 tr/min - 1579 tr/min = 6321 tr/min

La vitesse du moteur sur l’arbre de sortie du réducteur sous charge est égale à la vitesse du moteur divisée par le rapport de réduction, soit :

Vitesse de sortie = 6321 tr/min / 43 =  147 tr/min

Comme nous avons tenu compte des pertes de puissances au début de l’exemple, nous pouvons les négliger maintenant.

N'hésitez pas à nous contacter si vous avez besoin d'aide pour élaborer votre propre application.

Pour nos micromoteurs, nous proposons une gamme complète de réducteurs planétaires et à étages. Les engrenages d'entrée de la plupart des réducteurs sont en plastique afin de maintenir le bruit faible à grande vitesse. Des étages d'entrée en métal sont disponibles pour les applications à couple élevé. En plus de notre gamme de produits standard, de nombreuses options permettent de répondre aux exigences des applications individuelles.

Lors de la sélection d'un réducteur, ne pas oublier que le choix du réducteur aura un impact sur bien plus que la vitesse de sortie et le niveau de couple sur l'arbre de sortie. Il convient notamment de tenir compte des aspects suivants :

Jeu : le jeu est une caractéristique de construction du réducteur et du train d'engrenages qui permet un jeu bidirectionnel de l'arbre. Il peut être dû à des tolérances excessives dans la conception de l'engrenage, à l'usure des dents au cours du temps, à de légères erreurs d'usinage dans le processus de coupe de l'engrenage, etc. Il est mesuré sur l’arbre de sortie du réducteur et peut typiquement varier de 1 à 7 degrés. Le jeu dépend de la charge et augmente avec la charge. Le jeu peut provoquer des erreurs de positionnement importantes et doit donc être compensé.  Typiquement, des codeurs à arbre sont montés sur l’arbre du moteur et non sur l’arbre de l’engrenage de sortie des petits motoréducteurs. Du fait du niveau de jeu de l’engrenage, la position de l'armature du moteur peut donc être différente de la position attendue de l'arbre de l'engrenage de sortie. Suivant la résolution du codeur et le rapport de réduction, un jeu de 3 degrés sur l’arbre de sortie d’un réducteur peut provoquer des centaines d’impulsions de codeur sur le moteur. Par exemple, avec un codeur à arbre avec 512 impulsions et un rapport du réducteur de 43:1, 3 degrés de jeu sur l’arbre de sortie provoqueraient jusqu’à 183 impulsions d’erreur systématique du codeur.

Le jeu peut être éliminé dans une direction en plaçant une contrainte de charge sur l'arbre avant d'initier un mouvement. Pour les applications bidirectionnelles plus dynamiques, le jeu peut être compensé électroniquement au moyen d’un codeur absolu externe pour effectuer une comparaison avec le codeur à arbre. L’électronique de commande du mouvement peut être programmée de manière à corriger l’erreur de positionnement. FAULHABER propose également des réducteurs sans jeu pour éliminer le jeu mécaniquement. Il s’agit de réducteurs à étages à double train dans lesquels les trains sont préchargés les uns par rapport aux autres, ce qui élimine le jeu de l’arbre. Pour en savoir plus sur la façon d’éliminer le jeu dans votre application, consultez un ingénieur application FAULHABER.

Choix des roulements et paliers : des roulements à billes sont généralement nécessaires dans les applications à charges élevées radiales et axiales de l’arbre. Il convient toutefois de noter que, dans certains cas, l'utilisation de roulements à billes peut augmenter le bruit sonore. Veuillez consulter les spécifications de charge sur l’arbre sur la fiche technique du réducteur. Pour les applications à faible couple caractérisées par une faible charge radiale sur l'arbre et des caractéristiques de charge constante, on favorisera des paliers frittés. Des roulements en céramique constituent une alternative économique pour les applications nécessitant une durée de vie prolongée et des capacités de charge radiale accrues. FAULHABER a développé une série propriétaire de roulements à manchon en céramique. Ces systèmes de roulement permettent à l'utilisateur d'augmenter les charges radiales au-delà des niveaux autorisés dans les systèmes de roulement traditionnels en bronze fritté. Par ailleurs, les coûts des roulements en céramique sont considérablement inférieurs à ceux des roulements à billes.

Il convient par ailleurs d'être minutieux lors de l'emmanchement des composants sur l'arbre de sortie d'un réducteur. Nous recommandons de ne pas dépasser les valeurs de force d'emmanchement spécifiées dans la fiche technique du réducteur. Cela risquerait d’endommager les roulements et les engrenages internes. Dans certains cas, les roulements de l'arbre du réducteur (roulements à billes uniquement) sont préchargés au moyen d’une petite rondelle ondulée placée sous la bague de retenue du roulement. Le dépassement de la valeur de la force d'emmanchement spécifiée sur la fiche technique risque d’endommager cette rondelle ondulée et de neutraliser du coup la précharge sur le roulement. Cela affecterait les performances du roulement et doit toujours être évité.

Lubrification : la lubrification de l'engrenage et des roulements peut être un facteur décisif pour les performances du réducteur. Tous les systèmes de roulement des réducteurs et trains d’engrenages de la marque FAULHABER sont lubrifiés à vie. Un regraissage n'est ni nécessaire, ni même recommandé. L'utilisation de lubrifiants non homologués sur ou autour des réducteurs ou des moteurs peut avoir un impact négatif sur le fonctionnement et la durée de vie. La lubrification standard des engrenages de réduction est prévue de manière à assurer une durée de vie optimale avec une consommation de courant à vide minimale. Des engrenages entièrement métalliques et des lubrifiants spéciaux pour des conditions de fonctionnement intensives permettent d’atteindre une durée de vie prolongée et de répondre à des exigences de performance rigoureuses. Des systèmes d'engrenages à lubrification spéciale sont également disponibles pour les environnements sous vide ou à des températures extrêmes. N’hésitez pas à contacter un ingénieur application FAULHABER si vous souhaitez discuter d’une adaptation de la lubrification pour des conditions ambiantes spéciales.

Vitesse d’entrée et sens de rotation : la vitesse d’entrée spécifiée dans la fiche technique des réducteurs de précision de FAULHABER est la vitesse d’entrée recommandée pour maximiser la durée de vie du réducteur. Cette donnée n’est pas prévue pour limiter les réducteurs à des vitesses d’entrée inférieures à la spécification. Il s'agit là plutôt d'une valeur moyenne sûre pour le fonctionnement. Il est possible que votre application ne nécessite pas la performance de durée de vie maximale du réducteur. Par ailleurs, selon les exigences de performance, cette spécification de vitesse d'entrée peut aussi être dépassée en toute sécurité. Si vous avez des questions relatives à la vitesse d’entrée du réducteur, n’hésitez pas à contacter votre ingénieur application FAULHABER pour obtenir de l’aide. Tous les réducteurs proposés par FAULHABER sont réversibles. Sur les fiches techniques, vous allez voir un symbole « égal » ou « non égal ». Ne soyez pas étonné. Cela veut simplement dire que l’arbre du réducteur tourne dans le même sens que le moteur, ou pas. Si vous avez des questions relatives aux spécifications indiquées sur les fiches techniques, n’hésitez pas à contacter l’un des ingénieurs application pour obtenir de l’aide.

Blocage, calage et fonctionnement inversé : d’une manière générale, nous recommandons de ne pas bloquer nos réducteurs quand le moteur est sous tension. Du fait des nombreux rapports disponibles pour les réducteurs, il est fort probable que le moteur ait suffisamment de puissance, même à faible courant, pour « surpasser » le réducteur s'il est bloqué ou calé. Cela signifie que le couple généré au niveau du moteur est suffisant pour arracher les engrenages dans les derniers étages du réducteur ou même pour cisailler l'arbre de sortie. Il convient de veiller à régler les limites de courant appropriées dans une application s’il est prévu que le réducteur soit bloqué pour l'arrêter.

Le fonctionnement inversé de nos réducteurs n’est pas recommandé. Le fonctionnement inversé signifie qu'un couple est appliqué sur l'arbre de sortie du réducteur qui, à son tour, inverse l'entraînement vers les étages d'entrée du réducteur. Cela risque d’endommager le réducteur de beaucoup de façons différentes, notamment en le bloquant, voir en cassant l'arbre de sortie.