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Un variateur de vitesse : une approche rentable !

1800 rpm (révolutions par minute). C'est la plus commune des vitesses d'un moteur électrique. 30 tours à la seconde. C'est vite. Alors, vous comprendrez pourquoi quand un client me demande un moteur électrique pour se fabriquer un méchoui, le questionnement suivant survient : « Avez-vous aussi besoin d'une boîte d'engrenages ? » « Une boîte d'engrenages ? Non. J'envisage utiliser un jeu de chaîne » « Votre cochon, vous voulez le cuire ou le dégraisser. »

Ce que le client n'avait pas réalisé, c'est qu'une transmission à chaîne ne peut réduire la vitesse que de 5 à 6 fois maximum. Avec un moteur à 1800 rpm, le cochon tournerait à 300 rpm, 5 tours par seconde. Aussi bien le mettre dans une centrifugeuse. Et malheureusement, la même limitation existe pour une transmission à courroies. Voilà donc la raison principale pour laquelle il existe des boîtes d'engrenages ou réducteur de vitesse. Ils ne possèdent aucune limite sur la réduction de vitesse. En plus, les boîtes d'engrenages ont l'avantage d'avoir un boîtier compact et scellé à l'abri des contaminants et nécessitent très peu d'entretien.

Le choix

Si la décision d'utiliser une boîte d'engrenages est souvent évidente, choisir le type de boîte ne l'est pas toujours. Plusieurs types existent avec chacun leurs avantages et désavantages. La boîte à vis sans fin et la boîte hélicoïdale représentent le gros des unités sur le marché tandis que les boîtes d'engrenages coniques, cycloïdaux et planétaires sont réservées pour des applications et besoins particuliers.

Boîte d'engrenages à vis sans fin

Ce type de boîte est beaucoup utilisé dans de petits équipements où la puissance ne dépassera pas les 3 CV. Le type d'engrenage fait en sorte qu'il est silencieux, compact et absorbe bien les chocs. Il bénéficie aussi des avantages d'être très populaire, facile à remplacer et de prix modique. Par contre, ce type d'engrenage génère beaucoup de chaleur (pouvant augmenter la température de la boîte de plus de 40° C) et possède une efficacité de loin la pire des différents types de boîtes. Dépendamment de la réduction, son efficacité peut se situer entre 50 et 90 %. C'est la raison pour laquelle nous limitons son utilisation à de plus petits équipements faute de voir sa consommation électrique augmenter de façon appréciable. Son type d'engrenage fait aussi en sorte que l'orientation de l'arbre de sortie par rapport à l'arbre d'entrée ne peut qu'être perpendiculaire. Le choix de réductions de vitesse disponibles est limité à une dizaine de valeurs soit ; 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 80 et 100 pour 1.

Boîte d'engrenages hélicoïdaux

Ces boîtes de vitesse utilisent plusieurs combinaisons d'engrenages hélicoïdaux afin d'offrir, pour une même boîte, un grand choix de réductions de vitesse. Ou une boîte à vis sans fin offrait 8 à 10 réductions différentes pour une même grandeur, une boîte hélicoïdale offre 20 à 30 réductions. Ceci permet à un client d'obtenir une réduction telle que 37:1 sans avoir recours à une transmission à chaîne ou à courroies. Ce type d'engrenage possède aussi l'avantage d'une bonne efficacité située entre 92 et 98 %. Afin de bien comprendre l'importance de l'efficacité, imaginez un moteur de 3 kilowatts avec une boîte à vis sans fin d'une efficacité de 70 % et une boîte hélicoïdale avec une efficacité de 95 %. Si cette unité opérait 16 heures par jour et 200 jours par année, une économie de 2,400 KW serait réalisée. A $ 0.05 par kilowatt/heure, ceci représente une économie de $ 120.00 par année. Par contre, une boîte hélicoïdale est souvent plus dispendieuse alors le rendement n'est pas toujours concrétisé. Aussi, cette unité est souvent assemblée sur commande, ce qui risque de causer des délais si l'unité doit être remplacée suite à un bris. Autre désavantage : les boîtes ne sont pas nécessairement interchangeables entre les différents fabricants, ce qui nous limite à un fabricant comme source de dépannage en cas d'un bris.

Boîte d'engrenages cycloïdaux

Cette technologie n'utilise aucune dent pour obtenir une réduction de vitesse, mais plutôt un système de cames. Ce type de boîte possède les mêmes avantages et désavantages qu'une boîte hélicoïdale, mais avec le désavantage additionnel d'être très peu utilisé sur le marché et disponible chez seulement 1 ou 2 fabricants. Par contre, le mécanisme cycloïdal est en mesure de mieux accommoder les chocs que peuvent générer certains équipements, car aucune dent ne peut casser en cisaillement.

Boîte d'engrenages planétaires

Ce type de boîte prend son nom des 3 engrenages (planètes) qui tournent autour d'un engrenage central (soleil). Les contacts multiples entre engrenages font en sorte que la résistance aux surcharges est très bonne et le type d'engrenage est aussi très efficace. Son désavantage est qu'il est, lui aussi, peu utilisé dans le domaine industriel.

Boîte d'engrenages coniques

Ces boîtes utilisent un type d'engrenage qui permet de changer l'orientation des arbres de puissance de 90 degrés sans obtenir le changement de vitesse dont il résulterait avec une boîte à vis sans fin. Certains modèles, par contre, sont disponibles pour changer des vitesses de 2 à 3 pour 1.

Boîte pour montage suspendu

Cette boîte, qui utilise des engrenages hélicoïdaux, est conçue pour être fixe directement après l'arbre de transmission de l'équipement. Ce type de boîte vise le marché des convoyeurs de matériel en vrac tel que les agrégats, parce qu'elle facilite de beaucoup le montage. L'unité motrice qui doit être située au-devant du convoyeur se retrouve souvent à plusieurs mètres du sol. Avec ce type de montage, aucune structure de support n'est nécessaire. La boîte est simplement fixée à l'arbre de transmission avec un manchon conique afin de faciliter le montage et surtout, le démontage.

Pour conclure

L'embarras du choix est encore au rendez-vous, mais une règle de base est de considérer une boîte hélicoïdale pour les moteurs de plus de 2 CV surtout si la réduction recherchée dépasse les 60 : 1. Pour notre client et son cochon, nous recommandons une boîte à vis sans fin avec une transmission à chaîne.

Vous pouvez joindre Ken Yamasaki, conseiller technique chez
General Bearing Service au (514) 527-4513 ou par courriel : ken@gbs.ca