Adapter la puissance
Un réducteur sert à adapter la puissance mécanique de rotation :
diminuer la vitesse angulaire \(\omega\) (en \(rad.s^{-1}\) ou en \(tr.min^{-1}\) → \(1\; tr.min^{-1} = \frac{\pi} {30} \; rad.s^{-1}\))
d'augmenter le couple disponible (en \(N.m\) : Newton mètre).
La principale caractéristique d'un réducteur est son rapport de réduction, noté \(r\) et définit comme étant le rapport entre les vitesses angulaires de sortie et d'entrée :
Remarque :
Le rapport de réduction est négatif lorsqu'il y a inversion du sens de rotation entre l'entrée et la sortie. On parle de réducteur inverseur.
Lorsque la vitesse de rotation en sortie est plus élevée qu'en entrée, on parle plutôt de multiplicateur de vitesse.
On parle parfois de rapport de transmission d'un réducteur. Celui-ci est défini comme étant l'inverse du rapport de réduction :\(i =\frac 1 r =\frac{\omega_{\textit{entrée}}} {\omega_{sortie}}\)
Les réducteurs rencontrés dans les systèmes complexes résultent souvent de l'association de différentes technologies : engrenages, poulies/courroie, pignons/chaîne, roue/vis sans fin, etc.
Réducteurs à engrenages
Un engrenage est un mécanisme constitué de deux roues dentées. La plus petite des roues est appelée pignon et la plus grande la roue. Les dents usinées sur ces composants permettent de transmettre la puissance mécanique en évitant tout glissement relatif. En pratique tout se passe comme si deux roues cylindriques (à leurs diamètres primitifs) roulaient sans glisser l'une sur l'autre. Dans la suite, on désignera par \(Z_{\textit{entrée}}\) et \(Z_{sortie}\) les nombres de dents des pignons (ou roues) respectivement d'entrée et de sortie.
Remarque :
Il est également possible de combiner plusieurs types d'engrenages. On parle alors de trains d'engrenages (simples ou épicycloïdaux). Cette association permet d'augmenter le rapport de réduction du réducteur. Leur étude fera l'objet d'un TD spécifique.
Réducteurs poulies/courroie
C'est certainement la transmission de puissance la plus ancienne ; elle est utilisée depuis le début de l'époque industrielle. Elle permet de véhiculer une puissance mécanique entre deux arbres parallèles et relativement éloignés.
Ce type de transmission de puissance est encore énormément utilisé, par exemple dans l'industrie automobile (courroie d'accessoires, courroie de distribution, courroie d'alternateur).
Si la courroie ne glisse pas sur les poulies, on peut calculer le rapport de réduction du système poulies/courroie en utilisant les diamètres des poulies (\(D_{\textit{entrée}}\) et \(D_{\textit{sortie}}\)). Pour éviter le glissement entre un poulie et la courroie, on peut utiliser des galets tendeurs ou encore des courroies crantées (courroie de distribution dans certains moteurs 4 temps par exemple).
Avantages : économique, utilisation possible avec axes de poulies non parallèles par ajout de galets intermédiaires, silencieux, amortissement des à coups grâce à l'élasticité des courroies.
Inconvénients : non adapté aux conditions difficiles à cause des matériaux de la courroie, durée de vie limitée, glissement possible (sauf courroies crantées).
Réducteurs pignons/chaîne
Seule l'architecture ressemble à celle de la transmission par poulies/courroie, car la transmission de puissance par pignons et chaîne ne s'effectue plus par adhérence, mais par obstacle. Il n'y a pas de glissement entre la chaîne et les roues dentées. L'arbre moteur et l'arbre récepteur sont aussi relativement éloignés.
Les systèmes de chaîne-pignon sont utilisés en automobile pour la distribution, pour la transmission de puissance des cycles (vélo, moto), pour les systèmes de convoyage dans l'industrie.
Avantages : transmission de couples très important, aucun glissement Le sens de rotation peut être facilement inversé.
Inconvénients : technologie bruyante, lubrification nécessaire.
Réducteur roue/vis sans fin
Les axes de rotation de la roue et de la vis sans fin sont orthogonaux mais non concourants. Le calcul du rapport de réduction fait appel à la notion de filet d'une vis.
Ce système est très souvent irréversible (si les filets sont quasi orthogonaux à l'axe de la vis, le système est irréversible) : la vis entraîne la roue mais la roue n'entraîne par la vis.
