Un réducteur fait partie d’un système mécanique d’engrenages et d’arbres qui sert principalement à ralentir les choses dans une machine afin que l’énergie d’un endroit puisse être transférée et utilisée dans un autre. Les réducteurs sont le plus souvent observés dans les transmissions de voitures et de camions, et dans ces réglages, ils réduisent les vitesses de rotation élevées du moteur et les convertissent en une vitesse utilisable et plus lente que les pneus peuvent interpréter et utiliser en toute sécurité. Ces types de configurations d’engrenages sont également fréquemment utilisés dans les machines lourdes et autres appareils mécaniques, grands et petits. Tout ce qui utilise des vitesses de rotation élevées à un endroit mais nécessite une énergie réduite à un autre peut utiliser ce type de système interne. Lorsque les engrenages fonctionnent correctement, la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée se transforme en une vitesse de rotation plus lente sur l’arbre de sortie. Cette réduction de la vitesse de sortie permet d’augmenter l’augmentation du couple. Le système peut sembler légèrement différent dans différents contextes, mais le concept est généralement le même.
Composition de base
Ces types de configurations d’engrenages se produisent presque toujours dans le fonctionnement interne des moteurs, des machines et d’autres composants mécaniques. En termes de base, ils ne sont généralement pas très compliqués. Un réducteur simple se compose de deux engrenages qui ont la même taille de dents mais sont de diamètres différents. Le nombre de dents est proportionnel à la circonférence ; le plus petit engrenage de circonférence aura moins de dents que le plus grand. Par exemple, un engrenage avec une circonférence de 16 pouces (40.64 cm) aura deux fois plus de dents qu’un engrenage avec une circonférence de 8 pouces (20.32 cm).
Lorsque ces engrenages s’engrènent dans un réducteur, le plus petit engrenage fait deux tours pour chaque tour du plus grand engrenage – en d’autres termes, il tourne deux fois plus vite. Inversement, la quantité de couple disponible sur le plus grand arbre serait deux fois plus élevée que celle sur le plus petit. Lorsque la vitesse de la sortie diminue, le couple augmente proportionnellement.
Détermination du rapport de démultiplication
Le rapport d’engrenage, qui est une façon d’exprimer la relation entre les vitesses relatives de chaque engrenage impliqué, est presque toujours déterminé par le nombre de dents impliquées. Ceci à son tour est exprimé par le rapport du nombre de dents sur le plus grand engrenage au nombre de dents sur le plus petit engrenage. Par exemple, un système de réduction par engrenages à un étage composé de deux engrenages, l’un à 30 dents et l’autre à 10 dents, aurait un rapport d’engrenage de 30:10 ou 3:1. Dans ce système, le plus grand engrenage tournerait à un tiers de la vitesse du plus petit, tout en ayant trois fois le couple disponible.
Les réducteurs à plusieurs étages permettent des rapports de démultiplication beaucoup plus élevés que ce qui est pratique avec les systèmes à un étage. Des arbres et des engrenages supplémentaires sont utilisés dans ces systèmes. Par exemple, un petit engrenage est ajouté à l’arbre de sortie du premier ensemble d’engrenages pour servir d’entraînement d’entrée pour un deuxième ensemble d’engrenages. Des jeux d’engrenages supplémentaires peuvent être ajoutés au besoin. Le rapport d’engrenage final est déterminé en multipliant le rapport de chaque ensemble d’engrenages. Par exemple, un réducteur composé de trois jeux d’engrenages avec des rapports de démultiplication de 3:1, 4:1 et 5:1 donnerait un rapport de démultiplication final de 60:1.
Les transmissions comme exemple courant
Les transmissions de voiture sont un bon exemple d’un système de réduction de vitesse à plusieurs étages. Un moteur typique tourne à 1500 à 3000 tours par minute (RPM), une vitesse bien supérieure à ce qui est nécessaire pour les pneus. En fait, si autant de puissance allait aux pneus, cela causerait probablement de sérieux problèmes car ce serait probablement plus que ce qu’ils pourraient supporter. La transmission de la voiture réduit les RPM à l’arbre de transmission, augmentant suffisamment le couple pour déplacer le véhicule. L’extrémité arrière réduit encore la vitesse à un niveau utilisable, tout en multipliant la quantité de couple disponible pour les roues motrices.
De nombreuses autres machines, y compris de nombreux outils à main électriques, utilisent une forme de réducteur pour contrôler la vitesse de sortie tout en augmentant le couple disponible. Cela permet à de petits moteurs électriques de puissance relativement faible d’effectuer un travail qui nécessiterait autrement des moteurs beaucoup plus gros et plus puissants.