En associant un moteur à un engrenage, il est possible de réduire la vitesse de rotation tout en augmentant le couple, ce qui permet d’obtenir des caractéristiques de sortie adaptées à l’application. Le moteur fonctionnant à lui seul à une vitesse de rotation élevée, on utilise généralement un mécanisme de réduction à engrenages pour obtenir la puissance à faible vitesse et à couple élevé requise par les équipements industriels.
Si vous ne choisissez pas la combinaison appropriée, cela peut entraîner une perte d’efficacité ou une défaillance prématurée. La procédure de base consiste à définir clairement le couple et la vitesse de rotation requis dès la phase de conception, puis à déterminer le rapport de réduction avant de choisir le type d’engrenage.
Dans cet article, nous vous expliquons les principes de la transmission de puissance par moteur et engrenages, les formules de calcul du rapport de réduction et du couple, les caractéristiques et critères de sélection des différents types d’engrenages, ainsi que des exemples d’application dans divers secteurs industriels. Nous vous présentons également l’association d’un moteur sans noyau et d’un réducteur à engrenages; nous espérons que ces informations vous seront utiles pour le choix de moteurs compacts dans le cadre du développement de vos produits.
| Sous la supervision du groupe commercial des composants électroniques de C.I. TAKIRON Corporation Nous supervisons la rédaction de cet article en nous appuyant sur les compétences techniques de pointe et l’expertise acquises depuis notre création en 1919 en tant qu’entreprise leader dans le domaine de la transformation des matières plastiques.Au sein de notre département, nous analysons en permanence les tendances du marché et les dernières technologies relatives aux micromoteurs ultra-compacts et de haute précision, et nous nous attachons à fournir des informations à forte valeur ajoutée aux concepteurs et développeurs. En tant qu’équipe d’experts maîtrisant parfaitement les caractéristiques des produits, nous vous accompagnons dans la résolution de vos défis et dans l’innovation technologique grâce à la diffusion de contenus précis et concrets. |
Principe de transmission de puissance par moteur et engrenages
Pour adapter la vitesse de rotation d’un moteur à une application donnée, on utilise généralement un mécanisme de réduction à engrenages. Nous allons ici vous expliquer les principes de base de la transmission de puissance ainsi que les formules de calcul.
Contenu abordé dans cette section
- Caractéristiques de sortie du moteur et nécessité des engrenages
- Formules de calcul du rapport de réduction et de l’amplification du couple
- Pertes de puissance liées au rendement de transmission
En comprenant les formules de calcul du rapport de réduction et du couple, vous pouvez déterminer la configuration d’engrenages optimale en partant des spécifications de puissance requises.
Caractéristiques de sortie du moteur et nécessité des engrenages
Les caractéristiques de sortie des petits moteurs ont généralement tendance à se traduire par une vitesse de rotation élevée et un couple faible.
Cependant, dans les applications industrielles telles que les appareils médicaux ou les outils électriques, un couple élevé, même à faible vitesse de rotation, est indispensable.Il existe un écart important entre les caractéristiques de sortie du moteur seul et les spécifications requises par l’application, et c’est le mécanisme de réduction par engrenages qui a pour rôle de combler cet écart. Le principe est le suivant : lorsque la vitesse de rotation est réduite à l’aide d’engrenages, le couple est amplifié d’autant.
Formules de calcul du rapport de réduction et de l’amplification du couple
La relation entre le rapport de réduction et le couple est exprimée par la formule suivante.
| Rubrique | Formule de calcul |
| Rapport de réduction (i) | i = nombre de dents côté sortie ÷ nombre de dents côté entrée |
| Couple de sortie (Tout) | Tout = Tin × i × η |
| Vitesse de sortie (Nout) | Nout = Nin ÷ i |
※ Tin : couple d’entrée, η : rendement de transmission, Nin : vitesse de rotation d’entrée
Par exemple, pour un couple d’entrée de 1 mNm, un rapport de réduction de 10 et un rendement de transmission de 90 %, le couple de sortie est égal à 1 mNm × 10 × 0,9 = 9 mNm.Dans le domaine des micromoteurs, où l’on traite des couples de l’ordre du mNm, le choix du rapport de réduction influe considérablement sur les performances en sortie. Veuillez déterminer le rapport de réduction optimal en effectuant un calcul a posteriori à partir du couple et de la vitesse de rotation requis.
Vous trouverez également des informations à ce sujet dans la section « Qu’est-ce qu’un réducteur à engrenages? » de la présentation des produits.
Pertes de puissance liées au rendement de transmission
Le rendement de transmission d’un engrenage varie en fonction du type d’engrenage. Dans le cas d’une réduction à plusieurs étages, le rendement global est calculé en multipliant les rendements de chaque étage.
Dans les réducteurs de C.I. Takiron, le rendement de transmission est fixé, conformément aux spécifications, à environ 0,9 pour les engrenages droits et à environ 0,85 pour les engrenages planétaires.
[Exemple de calcul du rendement d’une transmission à plusieurs étages (en supposant un rendement de transmission de 0,9 pour les engrenages droits et de 0,85 pour les engrenages planétaires)]
- Engrenage droit à deux étages : 9 × 0,9 = 0,81 (81 %)
- Engrenage droit à trois étages : 9 × 0,9 × 0,9 = 0,729 (environ 73 %)
- Engrenage planétaire à deux étages : 85 × 0,85 = 0,7225 (environ 72 %)
Plus le nombre d’étages augmente, plus le rendement global diminue et plus les pertes de puissance sont importantes. Au stade de la conception, veuillez étudier une configuration permettant d’obtenir le rapport de réduction requis avec un nombre d’étages minimal, et vérifier l’équilibre entre rendement et encombrement.
Comment choisir le type d’engrenage adapté à un moteur
Le type d’engrenage le mieux adapté à un moteur varie en fonction des spécifications requises pour l’application. Nous allons ici comparer deux types d’engrenages représentatifs et vous présenter les critères de sélection.
Contenu abordé dans cette section
- Critères de sélection des engrenages droits
- Transmission d’un couple élevé à l’aide d’engrenages planétaires
- Vérifier à l’aide des critères d’évaluation
Après avoir pris connaissance des caractéristiques structurelles et des différences de performances de chaque type d’engrenage, veuillez choisir le type d’engrenage adapté à vos conditions de conception.
Critères de sélection des engrenages droits
Les engrenages droits présentent une structure simple dans laquelle les axes des deux engrenages en prise sont parallèles. Ils se caractérisent par un nombre réduit de pièces, ce qui permet de limiter les coûts de fabrication.
Le rendement de transmission est élevé, atteignant environ 90 % par étage, et les pertes mécaniques étant faibles, ces engrenages conviennent particulièrement aux applications exigeant un bon rendement énergétique. Dans la pratique, le rapport de réduction par étage est généralement limité à environ 2,5 à 3. Pour obtenir un rapport de réduction plus important, il est nécessaire d’augmenter le nombre d’étages, ce qui peut entraîner une augmentation de la taille et du poids.
Pour répondre à ces contraintes, C.I. Takiron propose une gamme de motoréducteurs équipés de réducteurs à engrenages droits de diamètres φ12 et φ16, ce qui permet leur intégration dans des équipements de petite taille.
Transmission d’un couple élevé à l’aide d’engrenages planétaires
Un engrenage planétaire est composé d’un engrenage central (engrenage solaire), d’engrenages planétaires (engrenages planétaires) qui l’entourent et d’un engrenage interne situé à l’extérieur. Comme la charge est répartie entre plusieurs engrenages planétaires, ce type d’engrenage se caractérise par un couple admissible élevé.
Le rendement de transmission est d’environ 85 % par étage, ce qui est légèrement inférieur aux quelque 90 % des engrenages droits. Les engrenages planétaires nécessitant un usinage de haute précision, leur coût est plus élevé ; ils constituent toutefois la solution idéale pour les applications exigeant à la fois un couple élevé et un encombrement réduit.De plus, les engrenages planétaires permettent d’obtenir des rapports de réduction élevés et fluides grâce à une configuration à plusieurs étages. C.I. Takiron propose des motoréducteurs équipés de réducteurs planétaires de φ16 et φ22.
Vérifier à l’aide des critères d’évaluation
Lors du choix d’un type d’engrenage, nous évaluons de manière globale les cinq éléments suivants.
[Critères de sélection des engrenages]
- Couple requis (calculé en mNm)
- Vitesse de rotation cible (réglée en tr/min)
- Espace d’installation (contraintes relatives au diamètre extérieur et à la longueur totale)
- Coûts (prix unitaire du produit et coûts de fabrication)
- Niveau sonore (valeurs admissibles dans l’environnement d’utilisation)
Si vous privilégiez un rendement élevé et un faible coût, les engrenages droits constituent le choix le plus approprié. En revanche, si vous devez garantir un couple élevé dans un espace restreint, optez pour des engrenages planétaires. Lors de la conception proprement dite, outre les critères susmentionnés, il convient de prendre en compte les conditions environnementales, telles que la durabilité et la plage de températures de fonctionnement, afin de déterminer le type d’engrenage le plus adapté.
Procédure de sélection des moteurs et des engrenages et exemples d’application
La sélection des moteurs et des engrenages s’effectue en fonction des spécifications requises pour chaque application. Nous vous présentons ici le processus pratique de sélection ainsi que des exemples d’application par secteur industriel.
Contenu abordé dans cette section
- Permettre un contrôle de précision dans le domaine des dispositifs médicaux
- Garantir un couple élevé sur les outils électriques
- Mise en œuvre d’une réponse rapide dans les appareils optiques
Le processus de sélection se déroule en cinq étapes, comme suit.
[Processus de sélection des moteurs et des engrenages]
- Précision des spécifications requises (couple, vitesse de rotation, précision, dimensions)
- Calcul du couple et de la vitesse de rotation requis
- Détermination du rapport de réduction
- Choix du type d’engrenage (engrenage droit ou engrenage planétaire)
- Vérification finale de l’efficacité, des dimensions et des coûts
Les performances requises variant en fonction de l’application, nous allons vous expliquer les critères de sélection à l’aide d’exemples concrets issus de chaque secteur d’activité.
Permettre un contrôle de précision dans le domaine des dispositifs médicaux
Dans le domaine des dispositifs médicaux, une grande précision de positionnement ainsi que des performances d’entraînement caractérisées par de faibles vibrations et un faible niveau sonore sont requises. Par exemple, dans le cas des endoscopes à ultrasons ou des forets chirurgicaux, il est nécessaire de contrôler des mouvements très fins ; dès la phase de sélection du moteur, la réduction du cogging (irrégularité de rotation) constitue donc un critère essentiel à prendre en compte.
Les moteurs sans noyau, de par leur conception dépourvue de noyau de fer au niveau du rotor, ne présentent pratiquement aucun effet de cogging et assurent ainsi une rotation fluide. Leur moment d’inertie est faible, ce qui leur confère une excellente réactivité lors des démarrages et des arrêts. Associés à un réducteur à engrenages droits, ils permettent un contrôle précis de la vitesse tout en conservant un rendement de transmission élevé.Chez C.I. Takiron, nos motoréducteurs, qui associent un moteur sans noyau à des réducteurs à engrenages droits de φ12 et φ16, permettent de répondre avec souplesse aux besoins en matière d’entraînements de précision destinés aux équipements médicaux.
Garantir un couple élevé sur les outils électriques
Dans le domaine des outils électriques, des couples élevés sont nécessaires pour des opérations telles que le serrage de vis ou le perçage. Les engrenages planétaires se caractérisent par leur capacité à garantir un couple admissible élevé, grâce à leur structure qui répartit la charge sur plusieurs engrenages planétaires. De plus, comme l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie peuvent être disposés sur un même axe, ils permettent de s’adapter avec souplesse aux conceptions compactes indispensables aux appareils portatifs.
Les engrenages planétaires permettent d’obtenir un rapport de réduction élevé grâce à l’assemblage en plusieurs étages de plusieurs unités ; ils sont donc parfaitement adaptés aux applications nécessitant de convertir la rotation à grande vitesse d’un petit moteur en une rotation à faible vitesse et à couple élevé. C.I. Takiron propose des motoréducteurs combinant des réducteurs planétaires de φ16 et φ22 avec des moteurs sans noyau.
Mise en œuvre d’une réponse rapide dans les appareils optiques
Dans le domaine des équipements optiques, une réactivité élevée est requise pour l’autofocus des appareils photo et l’entraînement des objectifs. De plus, pour contrôler avec précision la position de l’objectif, il est nécessaire de combiner des accélérations et des décélérations rapides avec une grande précision d’arrêt.
Les moteurs sans balais présentent l’avantage d’offrir une longue durée de vie et de réduire la charge d’entretien grâce à leur conception sans balais, qui limite les contacts mécaniques. Leur capacité à maintenir un couple stable même à des vitesses de rotation élevées les rend particulièrement adaptés aux équipements optiques. Associés à un réducteur compact, ils permettent un positionnement rapide et à faibles vibrations, ce qui réduit l’impact sur la qualité d’image.Chez C.I. Takiron, nous sommes en mesure de proposer des solutions sur mesure combinant moteurs sans balais et réducteurs. *Sur demande
Résumé
Le choix d’un moteur et d’un engrenage commence par une bonne compréhension des formules de calcul du rapport de réduction et du couple. Bien que cela dépende du produit et des conditions d’utilisation, les engrenages droits offrent un rendement de transmission d’environ 90 % ; ils sont simples et peu coûteux, tandis que les engrenages planétaires, bien qu’ils aient un rendement de transmission d’environ 85 %, présentent une structure compacte et permettent de transmettre des couples élevés.
Veuillez choisir la combinaison optimale de moteur et d’engrenage en fonction des spécifications requises dans chaque domaine : contrôle de précision et faibles vibrations pour les appareils médicaux, couple élevé et compacité pour les outils électriques, et réactivité élevée pour les équipements optiques.
Lors de la sélection, suivez la procédure suivante : calcul du couple et de la vitesse de rotation requis → détermination du rapport de réduction → sélection du type d’engrenage → vérification du rendement et des dimensions. Cela vous permettra d’éviter tout décalage dès la phase de conception.
Informations sur les produits et demandes de renseignements
Pour plus d’informations sur les micromoteurs de C.I. Takiron, veuillez consulter le site Web suivant.
- Site du produit : https://cik-ele.com/
- Moteurs sans noyau : https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Moteurs sans balais: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Moteurs à engrenages : https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codeur : https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si vous rencontrez des difficultés pour choisir un petit moteur dans le cadre du développement de vos produits, n’hésitez pas à nous contacter via le formulaire de contact. Nos techniciens vous écouteront pour comprendre votre application et vos exigences, puis vous proposeront la solution la mieux adaptée.
- Contact : https://cik-ele.com/contact/
