Réducteur à angle droit : à couples coniques ou à vis sans fin ? L'embarras du choix !

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Bargteheide 2024-11-05 10 min.

L'utilisation de réducteurs angulaires est la solution idéale pour des applications dont l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie doivent être positionnés de façon angulaire, voire généralement à angle droit. C'est le cas par exemple, lorsque l'espace disponible est restreint. Les axes peuvent alors s'entrecouper ou se croiser avec un décalage. Dans le domaine industriel, les réducteurs angulaires sont essentiellement des réducteurs à couples coniques ou à vis sans fin. Ci-après, nous expliquons dans quel cas utiliser l'un ou l'autre type de réducteur.

Les réducteurs angulaires sont souvent utilisés pour intégrer un motoréducteur dans un espace limité, afin de gagner de la place. C'est fréquemment le cas par exemple, avec des bandes transporteuses et des dispositifs de translation (d'une largeur d'allée). Les conceptions types d'engrenages pour les réducteurs angulaires sont les suivants :

engrenage conique
engrenage à vis sans fin
engrenage hypoïde
engrenage Spiroplan (denture spiroïdale)
engrenage hélicoïdal
engrenage de couronne dentée

Les engrenages hypoïdes, Spiroplan et de couronne dentée sont considérés comme des modifications du concept à couple conique et l'engrenage hélicoïdal comme une modification du concept à vis sans fin. Comme pour les engrenages à vis sans fin, les axes des engrenages hypoïdes, Spiroplan et hélicoïdaux ne se croisent pas mais sont décalés. Plus le décalage d'axe est important, plus la part de glissement dans la denture et le besoin en lubrifiants augmentent afin d'éviter le grippage.

Les réducteurs angulaires utilisés le plus fréquemment dans le domaine industriel sont à couples coniques et à vis sans fin. Par conséquent, nous nous sommes concentrés ci-après sur ces deux variantes. Avec les réducteurs angulaires, au moins un train de réducteur doit réaliser la position angulaire des axes. Ce train du réducteur est alors exécuté avec le concept du couple conique ou avec le concept de la vis sans fin.

Une conception complexe

En raison de l'entrecoupement ou du croisement des axes qui nécessitent souvent un réglage pour maintenir une position axiale précise, la structure des réducteurs angulaires est complexe. Une telle construction est indispensable pour que la force soit transmise sur les flancs de la denture via de grandes portées de dents centrales. À cela s'ajoute une difficulté supplémentaire, à savoir les forces axiales exercées par les dentures elles-mêmes sur les axes. Par conséquent et en particulier dans le cas des réducteurs à couples coniques, il est fréquent d'utiliser des roulements à rouleaux coniques avec précontrainte axiale.

Conception des réducteurs à vis sans fin

Les réducteurs à vis sans fin se composent d'un arbre de vis sans fin hélicoïdal et d'une roue à vis sans fin (roue dentée). Pour les réducteurs à vis sans fin courants, la vis est cylindrique et ne nécessite aucun ajustement axial lors du montage. La roue à vis sans fin a une forme globoïdale qui assure une large portée. Pour les réducteurs à vis sans fin globiques, c'est l'inverse.

L'arbre de vis sans fin tourne plus vite que la roue à vis sans fin, avec le rapport entre le nombre de dents de la roue et le nombre de filets de vis représentant le rapport de vitesse et ainsi le rapport de réduction du train à vis sans fin. Un train à vis sans fin dispose toujours d'un décalage des axes se croisant. Il s'agit de ce qu'on appelle l'entraxe, qui détermine la taille. Dans le cas des réducteurs à vis sans fin (à un train), ce décalage permet l'exécution en continu des arbres de vis sans fin ainsi que des arbres de la roue hélicoïdale. Sur le plan de la construction, ceci présente parfois des avantages par rapport aux réducteurs à couples coniques.

En raison du mouvement de vissage avec sa part de glissement élevée dans le contact de roulement de l'engrènement, des matériaux résistant au grippage (comme par ex. le bronze), sont utilisés pour la roue à vis sans fin.

Conception des réducteurs à couples coniques

Un train à couples coniques se compose d'un pignon conique et d'une roue conique (souvent appelée "roue en couronne"). La denture peut être droite, oblique ou incurvée. De nos jours, le pignon conique et la roue en couronne sont généralement en acier cémenté ce qui, avec une lubrification correcte, garantit un fonctionnement quasiment exempt d'usure.

Dans sa forme la plus simple, un réducteur à couples coniques se compose ainsi uniquement d'un train de réducteur. Les réducteurs à couples coniques de NORD disposent toujours de plusieurs trains : à l'exception des réducteurs industriels, la répartition des trains est la suivante :

2 trains : train à arbres parallèles (1er train), train à couples coniques (2ème train)
3 trains : train à arbres parallèles (1er train), train à couples coniques (2eme train), train à arbres parallèles (3ème train)
4 trains : train à arbres parallèles (1er train), train à arbres parallèles (2ème train), train à couples coniques (3ème train), train à arbres parallèles (4ème train).

Avantages des réducteurs à vis sans fin

En raison de la part de glissement élevée dans l'engrènement, les émissions sonores des réducteurs à vis sans fin sont très faibles et la plage de rapport de réduction d'un train à vis sans fin est très grande dans la pratique (env. i = 4 à 100). Ainsi, moins de trains de réducteur sont souvent requis, d'où une diminution du nombre de pièces mobiles, de la taille, du poids, des coûts, ainsi que des pertes de puissance indépendantes de la charge. Comme plus de dents de la roue à vis sans fin sont engagées simultanément, les réducteurs à vis sans fin peuvent supporter brièvement des surcharges importantes et des chocs, sans dommage. Les avantages de ces réducteurs sont particulièrement évidents en mode intermittent (avec par ex. des vérins), dans le cas d'applications soumises à des chocs, de cycles avec des charges très variables, de temps d'opération plus longs dans la plage des faibles charges ainsi qu'en cas de petites tailles. Les réducteurs à vis sans fin peuvent être autobloquants si le flux de puissance est inversé avec certaines conceptions de dentures, ce qui signifie qu'il est alors possible de choisir des freins plus petits ou de les omettre complètement.

Inconvénients des réducteurs à vis sans fin

En raison de la part de glissement élevée, les trains à vis sans fin avec un rapport de réduction important (d'env. i > 10) ont un rendement d'engrenage plus faible que les trains à couples coniques. De plus, le frottement statique dans la denture doit être surmonté lors d'un démarrage en charge. Il convient de prendre en compte ces effets lors de la conception du moteur, en particulier dans le cas d'un rapport de réduction plus élevé dans le train à vis sans fin. Le bronze qui est souvent utilisé du fait de la part importante de glissement, a pour inconvénient le coût d'achat très élevé de ses éléments en alliage. Les applications caractérisées par un grand nombre d'heures de service (par ex. un fonctionnement continu) en charge élevée de longue durée, risquent de provoquer l'usure de la roue à vis sans fin en bronze et de limiter ainsi la durée de vie.

Avantages des réducteurs à couples coniques

En raison de la part de roulement élevée dans l'engrènement, le rendement de la denture est important. Avec le train à couples coniques, des rapports de réduction de 1:1 en cas de rendements élevés de 96 à 98 % peuvent aussi être réalisés. En tournant la roue en couronne, le sens de rotation peut être modifié avec les mêmes éléments de denture, si un espace suffisant dans le carter du réducteur est disponible pour cela. Les réducteurs à couples coniques sont de préférence utilisés dans des applications caractérisées par de nombreuses heures de service (par ex. fonctionnement continu), en charge élevée de longue durée ou en fonctionnement régulier.

Inconvénients des réducteurs à couples coniques

En raison de la part de roulement élevée et du faible recouvrement dans la denture, les émissions sonores des réducteurs à couples coniques sont plus importantes qu'avec des réducteurs à vis sans fin. De plus, le rapport de réduction maximal en pratique d'un train à couples coniques est limité à i = 6, car sinon la capacité de charge serait trop réduite pour la taille donnée. Cela implique que si des rapports de réduction plus élevés sont souhaités, des trains du réducteur supplémentaires (en principe, des trains d'engrenages hélicoïdaux) sont requis, d'où une augmentation des dimensions, du poids, du nombre de pièces et des coûts. En raison du pignon conique disposé généralement en porte-à-faux et afin de garantir un support correct des charges dans l'engrènement, le pignon conique et la roue en couronne doivent être précisément alignés de façon axiale. De grands paliers porteurs sont pour cela requis. Des montages de roulements à rouleaux coniques à précontrainte avec un frottement élevé des paliers sont très souvent choisis car ils répondent au mieux aux exigences de capacité de charge. Vu le nombre plus élevé de trains du réducteur et les roulements à précontrainte, les pertes de puissance indépendantes de la charge sont souvent plus élevées qu'avec des réducteurs à vis sans fin, ce qui signifie que le rendement dans la plage de régime à charge partielle diminue nettement, en particulier avec de petites tailles.

Large gamme de produits de NORD

NORD dispose d'une gamme de produits très complète : selon l'application, nous fournissons des réducteurs à couples coniques ainsi que des réducteurs à vis sans fin, que nous vous proposons en toute objectivité. Nous sommes ainsi en mesure de vous offrir la solution optimale pour chaque application. La plage de couples des réducteurs angulaires de NORD s'étend d'env. 20 à 280 000 Nm !

Les solutions de réducteurs angulaires de NORD sont uniques du fait de la grande diversité de notre gamme modulaire qui permet dans la plupart des cas de créer le système optimal, même s'il est question de petites quantités. Dans le secteur des réducteurs à vis sans fin de petite taille, NORD possède par exemple, un très vaste système modulaire ayant fait ses preuves. Il est ainsi possible de trouver facilement les solutions idéales pour une multitude d'applications. Dans le cas de grands systèmes d'entraînement de convoyeurs à bandes, réalisés avec des réducteurs industriels NORD sur châssis, les réducteurs à vis sans fin n'entrent pas en considération en raison de la taille et de la puissance imposée. Avec de telles tailles, un problème de surchauffe apparaîtrait.

Exigences en termes de rapports de réduction élevés : les réducteurs à vis sans fin de NORD

Les réducteurs à vis sans fin de NORD sont parfaits pour une utilisation dans les secteurs de l'intralogistique, du conditionnement et de l'industrie alimentaire. Outre les exigences élevées liées au rapport de réduction, ceci est également dû aux pics de charge élevés apparaissant de manière sporadique dans ces domaines, ainsi qu'aux temps de fonctionnement longs en cas de petites charges. De plus, nos réducteurs à vis sans fin peuvent fonctionner avec des lubrifiants de qualité alimentaire. Pour les machines à trancher le pain utilisées dans les boulangeries ou les supermarchés, les réducteurs à vis sans fin présentent de nombreux avantages car ils supportent parfaitement les chocs importants qui se produisent lors du démarrage, du freinage et de l'insertion de la lame dans le pain. Le fonctionnement peu bruyant dans ces applications est un atout supplémentaire très apprécié. Pour les applications ascenseurs dans les bâtiments, les réducteurs à vis sans fin font également l'unanimité étant donné leur fonctionnement silencieux, le mode intermittent et l'autoblocage.

Avec les réducteurs à vis sans fin, il convient de noter que le réducteur soutient le frein en mode générateur, par ex. lors du freinage d'une masse. En raison de la réduction de rendement temporaire lors d'une inversion du flux de puissance, le dimensionnement des freins peut et doit par conséquent être plus petit. Pour des ratios élevés, il peut même arriver que les réducteurs à vis sans fin soient autobloquants à l'arrêt voire autofreinants en fonctionnement. En fonction de l'application, cette caractéristique peut être un inconvénient ou un avantage. Par exemple, pour des vérins, les positions atteintes peuvent être maintenues, même sans frein. Toutefois, l'autofreinage peut aussi poser problème par ex. s'il entraîne des vibrations lors des réductions de charge en mode générateur. Pour cela, NORD a développé son propre outil de calcul permettant de prendre en compte ces propriétés lors du choix de l'entraînement.

Voici trois bonnes raisons de choisir nos solutions :

Résistance : nos motoréducteurs à vis sans fin disposent d'une capacité de surcharge élevée.
Facilité d'utilisation : les versions pour des applications en milieu humide permettent un nettoyage facile et efficace des systèmes d'entraînement.
Flexibilité : la modularité de nos composants offre aux utilisateurs un maximum de liberté.

Un système modulaire pour une flexibilité maximale

Il existe un nombre infini d'applications pour les systèmes d'entraînement, avec des exigences spécifiques. Avec les motoréducteurs à vis sans fin UNIVERSAL de la série SI , tous les composants sont combinés exactement tel que requis par l'application. Les réducteurs à vis sans fin UNIVERSAL se distinguent par leur capacité de puissance élevée et leur faible encombrement.

Priorité à la propreté

Notamment dans des secteurs ou l'hygiène est primordiale, comme dans l'industrie agroalimentaire et pharmaceutique, le nettoyage des installations et des composants doit être facile à réaliser. Nos motoréducteurs à vis sans fin UNIVERSAL de la série SMI sont donc parfaits avec leur surface lisse. Ces motoréducteurs sont livrés au choix avec un moteur IEC ou NEMA ou bien un montage direct du moteur sans accouplement, en version à pattes ou à bride.

Compact et efficace

Le carter MONOBLOC en aluminium du réducteur à roue et vis à deux trains SK 02040.1 garantit une rigidité et une solidité maximales avec un faible poids. Le réducteur couvre une plage de puissances comprises entre 0,12 et 1,10 kW et des couples jusqu'à 100 Nm. La large palette de rapports de réduction (de 5,37:1 à 330:1) permet une adaptation optimale aux différents besoins du client.

Motoréducteurs à couples coniques de NORD

Nos systèmes d'entraînement complets composés de moteurs électriques et de réducteurs à couples coniques sont parfaits notamment pour des bandes transporteuses, dans les secteurs de l'intralogistique, du conditionnement et de l'industrie alimentaire. Les avantages de nos motoréducteurs à couples coniques sont les suivants :

Puissance : couples atteignant jusqu'à 50 000 Nm (la gamme motoréducteur industriel jusqu'à 282 000 Nm).
Efficacité : rendement très élevé sur l'ensemble de la plage de rapport de réduction.
Facilité d'utilisation : la version pour milieux humides facile à nettoyer assure une bonne hygiène (NORDBLOC.1).
Flexibilité : le sens de rotation de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie peut être inversé sans problème.

Le système classique

Le motoréducteur à couples coniques MONOBLOC offre une plage de couples de 180 à 50 000 Nm et grâce à son carter MONOBLOC compact, il ne nécessite que peu d'espace. Comme tous les autres motoréducteurs à couples coniques de NORD, le moteur peut être aussi fourni avec l'option antidévireur et un frein intégrés.

Encore plus de puissance

Pour nos systèmes d'entraînement NORDBLOC.1 avec réducteurs à couples coniques, nous avons continué à optimiser la puissance. Actuellement, ce sont nos motoréducteurs à couples coniques les plus performants. En standard, nous fabriquons les moteurs NORDBLOC.1 avec réducteurs à couples coniques et un carter en aluminium à haute résistance.

Nos motoréducteurs à couples coniques NORDBLOC1. de la série SK 930072.1 - SK 93772.1 sont tout spécialement développés pour des applications en milieu humide, par ex. dans l'industrie alimentaire. Ce modèle dispose d'un carter en aluminium au moulage en coquille particulièrement lisse qui est facile à nettoyer et empêche les salissures d'adhérer sur sa surface.

Motoréducteurs à couples coniques pour l'intralogistique

En combinaison avec un moteur synchrone IE4, le système LogiDrive® à rendement énergétique élevé pour l'intralogistique est obtenu à partir de nos réducteurs à couples coniques à 2 trains. Les entraînements LogiDrive® ont une capacité de surcharge élevée et réduisent nettement les coûts de fonctionnement grâce à leur rendement très élevé. La conception modulaire permet en outre à l'utilisateur d'économiser d'importants coûts d'entretien.

Le système modulaire facile à entretenir et standardisé combine différents produits NORD en une solution d'entraînement, adaptée à 100% aux normes industrielles correspondantes et aux exigences des applications. Nous distinguons les domaines d'application, avec d'un côté la poste, la livraison de colis et les aéroports, et de l'autre les entrepôts. Dans le premier domaine d'application, les entraînements sont destinés aux systèmes de distribution et de tri des colis ainsi qu'à la manutention des bagages ; dans le second domaine, il s'agit d'applications d'entrepôts classiques telles que les dispositifs de manutention de palettes, les convoyeurs de bacs et en suspension. Pour ces deux domaines, nous proposons des versions Basic et Advanced.

Réducteurs industriels pour des couples maximum

Résistance, couple élevé et fonctionnement silencieux : les réducteurs à couples coniques MAXXDRIVE® de NORD multiplient les avantages. Avec des couples de sortie atteignant jusqu'à 260 000 Nm et des puissances de maximum 4 000 kW, les réducteurs apportent le couple requis, même dans des applications à fort rendement, par ex. dans des convoyeurs à bandes, des mélangeurs, des agitateurs, des tambours ou des broyeurs. Les réducteurs à couples coniques sont disponibles avec 2, 3 et 4 trains. Leurs roues dentées se composent d'alliages d'acier de haute qualité et sont cémentées. Notre carter MONOBLOC nous permet d'utiliser de grands roulements à rouleaux garantissant une longue durée de vie des réducteurs. Un autre avantage est le montage facile sur chacun des six côtés.