Boîtes de vitesses internes

Fondamentalement, une boîte de vitesses est simplement un ensemble d’engrenages et un boîtier qui les relie. Les boîtes de vitesses ont un rapport de sortie, la réduction finale entre l’entrée du moteur et l”shaft de sortie finale.

Définition

Réduction des engrenages

Également connu sous le nom de rapport d’engrenage. Dans tout système de transmission de puissance par rotation (impliquant généralement des moteurs et servos dans FTC®), un rapport de transmission définit à la fois le nombre de rotations de l’entrée du système et le nombre de rotations de la sortie.

Par exemple, un motoréducteur NeveRest 20 se compose d’un NeveRest Motor non modifié et d’un réducteur planétaire dont le rapport de transmission est de 20:1 (ou, à l’oral, « 20 to 1 »). Cela signifie que pour que l’arbre de sortie du réducteur tourne une fois, l’arbre d’entrée du moteur doit tourner 20 fois. Les rapports d’engrenage sont l’une des considérations les plus importantes dans la conception d’un composant de transmission de puissance.

Tout moteur ou servo possède deux propriétés : la vitesse et le couple (ou force de rotation). Ces deux propriétés sont inversement proportionnelles, ce qui signifie qu’une augmentation de la vitesse diminue le couple, et vice versa. Par exemple, si l’on souhaite rendre un mécanisme plus rapide au détriment du couple en doublant la vitesse de la boîte de vitesses 20:1, on diminuera le rapport de transmission d’un facteur 2. 20 divisé par 2 étant égal à 10, le nouveau rapport souhaité sera de 10:1 (c’est ce que l’on appelle la démultiplication). Toutefois, si l’on souhaite doubler le couple, ce qui rend le système plus puissant et plus robuste au détriment de la vitesse, il faut augmenter le rapport de transmission d’un facteur 2, ce qui donne un rapport de 40:1 (c’est ce que l’on appelle la démultiplication).

Les moyens les plus courants d’augmenter ou de réduire la vitesse sont les boîtes de vitesses, les engrenages, les pignons et les poulies à courroie, qui existent tous en différentes tailles.

En FTC, les réducteurs sont plus courants que vous ne le pensez. Presque tous les moteurs et servomoteurs ont un réducteur attaché ou intégré. Ces réducteurs sont soit à engrenages droits, soit à engrenages planétaires.

Réducteurs à engrenages droits

Définition

Réducteur à roues droites

Un réducteur à engrenages droits comporte des engrenages droits empilés les uns sur les autres. La réduction de la vitesse est obtenue par des engrenages de tailles différentes sur le même plan.

Les boîtes de vitesses droites sont un arrangement de rapports d’engrenages, souvent empilés pour obtenir un grand rapport composé (par exemple 40:1). Chaque rapport individuel ne comporte que deux réducteurs - l’un peut être de 8:1, l’autre de 5:1, mais le rapport final sera de 40:1. Ces réducteurs sont utilisés dans la série AndyMark NeveRest Classic et les moteurs de la série 5201 de goBILDA, ainsi que REV HD Hex Motors. En raison de la nature de la construction de ces réducteurs, chaque réduction n’a que quelques dents de chaque réducteur engagées, et ces dents supportent la totalité de la charge du réducteur. Il est facile d’endommager un réducteur à engrenages cylindriques sous l’effet des chocs, et si un réducteur se casse, c’est l’ensemble du réducteur qui cesse de fonctionner.

Astuce

Il n’est pas recommandé d’utiliser des réducteurs à engrenages droits pour les applications à forte charge telles que les chaînes cinématiques ou les bras. Il est préférable d’utiliser des réducteurs planétaires.

Exemple d’un réducteur à engrenages droits à l’intérieur d’un servo. Notez que tous les engrenages ne s’engrènent qu’avec un seul autre engrenage.

Avantages des réducteurs à engrenages droits

Danger

Les réducteurs à engrenages droits ne sont PAS recommandés pour les moteurs en raison de leur durée de vie plus courte et de leur résistance mécanique plus faible que celle des réducteurs planétaires. Si vous achetez de nouveaux moteurs, il est fortement conseillé d’acheter des moteurs à réducteur planétaire. Il faut veiller à ne pas mettre de charge sur l’arbre de sortie d’un réducteur à engrenages droits. En particulier, les motoréducteurs à engrenages droits ne doivent PAS être utilisés dans des applications à forte charge, telles qu’un châssis.

En général, les réducteurs à engrenages droits sont moins chers que les réducteurs planétaires. Toutefois, en matière de FTC, cette différence de prix est souvent minime. Un kit moteur hexagonal HD + réducteur ultraplanétaire de REV ne coûte que ~10 $ de plus qu’un moteur hexagonal HD + réducteur à engrenages droits, et offre beaucoup plus de flexibilité et de possibilités de personnalisation.

Les réducteurs à engrenages droits de différents fournisseurs ne sont pas interchangeables. Cependant, leurs performances sont comparables et pratiquement impossibles à distinguer. L’élément principal à prendre en compte est la réduction ** souhaitée, les connexions du moteur souhaitées et le type d’arbre de sortie souhaité**.

Réducteurs planétaires

Les réducteurs planétaires utilisent un système d’engrenages plus complexe pour obtenir une forte réduction dans un espace compact. Dans l’ingénierie automobile, les trains d’engrenages planétaires peuvent atteindre plusieurs rapports différents sans changer la taille des engrenages, mais tous les réducteurs planétaires que vous verrez en FTC n’atteignent qu’un seul rapport de vitesse.

Définition

Engrenage planétaire

Les engrenages planétaires sont constitués d’un engrenage central (roue solaire) autour duquel tournent des engrenages plus petits (planétaires). Le rayon extérieur comporte une couronne qui maintient les autres engrenages en place.

Les réducteurs planétaires sont utilisés dans les moteurs AndyMark NeveRest Orbital et Hex gearmotors, REV HD Hex UltraPlanetary motors, et dans la large sélection de goBILDA Yellow Jacket planetary gear motors. Comme vous pouvez le voir sur le graphique ci-dessous, il y a plus de dents qui s’engrènent par étage que dans le réducteur à engrenages droits.

Exemple d’un étage de réducteur planétaire. Notez que le planétaire s’engrène avec plus d’un engrenage.

Avantages des boites de vitesse planétaire

• Le jeu est inférieur à celui des réducteurs à engrenages droits équivalents. Le jeu est défini comme le jeu ou la perte de mouvement causé par les espaces entre les pièces. On peut facilement l’expliquer en plaçant une roue ou un engrenage sur l’arbre d’un moteur et en le faisant tourner légèrement. La pièce doit pouvoir bouger un peu sans qu’une force considérable ne lui soit imposée. Ce phénomène est dû à l’impossibilité pour les dents de l’engrenage à l’intérieur du réducteur de s’engrener parfaitement, et il en va de même pour chaîne et pignons, ou pour toute autre forme de transmission de puissance. Toutefois, les réducteurs planétaires ont moins de jeu car ils comportent moins d’étages d’engrenages.

• Le rendement est supérieur à celui des réducteurs à engrenages droits. Un réducteur à engrenages droits à deux étages typique a un rendement d’environ 85 %, alors que la plupart des réducteurs planétaires à deux étages ont un rendement de 94 %.

• La capacité de charge est plus élevée pour les réducteurs planétaires. Cela est dû au fait que plusieurs dents sont engagées par étage, ce qui répartit la charge.

  Astuce

  Cela signifie que les réducteurs planétaires ne se cassent pas aussi facilement lorsqu’ils sont utilisés dans des applications à forte charge telles que les transmissions.