Les réducteurs ont pour mission de transmettre les couples de rotation et de modifier le régime ou plutôt le couple de l’entraînement vers l’axe de sortie. Des réducteurs planétaires sont utilisés, en particulier dans le secteur automobile, pour augmenter le couple de rotation, par exemple sur des boîtes de transfert en quatre roues motrices. Les moyeux des roues motrices de camions, des autobus et des engins de chantier et des machines agricoles sont équipés de réducteurs planétaires pour obtenir une réduction de la vitesse. L’utilisation des réducteurs planétaires dans les moyeux à vitesses intégrées des vélos est un ancien principe. En raison de leur compacité, ils sont tout à fait adaptés pour augmenter le couple de rotation dans un moyeu de roue relativement petit. La construction des réducteurs planétaires se caractérise par un haut rendement et offre une transmission élevée de couple dans un minimum d’espace. Ils peuvent ainsi fonctionner dans le sens horaire ou antihoraire ainsi qu’en alternance, en continu ou en intermittence.

La structure des réducteurs planétaires

Les réducteurs planétaires sont aussi appelés trains épicycloïdaux. Les arbres d’entrée et de sortie sont positionnés sur le même axe. Des réducteurs planétaires comprennent plusieurs roues dentées placées autour d’une roue dentée centrale. Et comme ce positionnement rappelle celui des planètes tournant autour du soleil, la roue centrale est aussi appelée soleil et les roues dentées, satellites. Le bord extérieur du réducteur est formé par la couronne à denture intérieure. Le soleil est entraîné par un moteur et transmet son mouvement aux satellites qui se déplacent sur la couronne extérieure et tournent de manière homogène autour du soleil. Les satellites sont montés sur un support commun qui est relié à l’arbre de sortie. La vitesse de l’arbre de sortie est plus faible que celle de l’arbre d’entrée et le couple de rotation de sortie à l’inverse augmente. Plus il y a de roues dentées à s’engrener, plus le couple est élevé. En général, un réducteur planétaire contient trois à quatre satellites.

Les réducteurs planétaires utilisés sont souvent composés d’une association de plusieurs roues dentées imbriquées les unes dans les autres et montées les unes après les autres, qui repose sur cette conception simple. Plusieurs satellites simples sont associés pour former un entraînement multiple. Ceci permet au moyeu à vitesses intégrées d’un vélo d’offrir plus que les trois vitesses d’un jeu d’engrenage simple.

Les types d’entraînement des réducteurs planétaires

En règle générale, un réducteur planétaire est doté de trois arbres (le soleil, le porte-satellite et la couronne). Toutefois, un des arbres est souvent fixe et l’entraînement d’entrée et de sortie s’effectue sur les deux autres arbres. Selon l’architecture, tel arbre ou telle roue sera fixe et servira d’entraînement d’entrée ou de sortie. Dans certains cas, le fonctionnement repose sur trois arbres, parmi lesquels deux sont entraînés et un entraîne (transmission totalisatrice) ou inversement (boîte de transfert). Un fonctionnement intermittent sur trois arbres est également possible. Le troisième arbre étant fixé par un embrayage à friction. Ainsi, en cas de charge, le fonctionnement à deux arbres peut être interrompu et rétabli par débrayage et embrayage.

Les réducteurs planétaires à deux arbres

En principe, il existe six combinaisons possibles pour choisir deux des trois arbres ainsi que l’inversion entre l’arbre entraînant et entraînement. Avec un fonctionnement à deux arbres, il existe deux types de transmissions différentes : une transmission statique ou par rotation. Pour la transmission statique, ce sont les arbres du soleil et de la couronne qui se déplacement. Le porte-satellite est statique et soit fixé sur le cylindre, soit maintenu par un frein. Le soleil s’engrène dans plusieurs satellites, lesquels transmettent leur force commune à la couronne.

Pour la transmission par rotation, la couronne est statique et forme le bâti. Le soleil et l’arbre de porte-satellite forment l’axe d’entrée et de sortie. Ce type de fonctionnement permet des transmissions plus élevées qu’avec la transmission statique ; de sorte que la majorité des réducteurs planétaires industriels sont conçus ainsi.

Les réducteurs planétaires à trois arbres

Avec un fonctionnement à trois arbres, le réducteur planétaire fonctionne comme une transmission totalisatrice ou une boîte de transfert. Avec la boîte de transfert, un arbre entraîne et deux arbres sont entraînés. Ce faisant, le rapport de vitesse des deux arbres de sortie doit être déterminé. Ils sont habituellement utilisés pour permettre une répartition de puissance sur deux roues dans l’arbre primaire des voitures (différentiel sur une traction). Avec une transmission intégrale, les deux différentiels sont complétés d’un différentiel central. Sur les véhicules hybrides, la puissance du moteur est répartie sur les roues et un générateur électrique. Les transmissions totalisatrices équipent aussi les véhicules hybrides afin de regrouper la puissance du moteur à combustion et du moteur électrique (hybride parallèle).

Les avantages des réducteurs planétaires

  • Rendement élevé
  • Compacité
  • Grande puissance volumique

Les réducteurs planétaires se caractérisent par un rendement élevé et offrent par rapport aux autres types de conceptions une grande puissance volumique en raison de leur forme compacte. L’utilisation d’une couronne permet de réduire particulièrement le volume, mais aussi la masse de ce type de réducteurs. Elle permet, au moyen de plusieurs paires de dentures et de plusieurs roues planétaires, une transmission élevée de couple de rotation dans un petit espace. Le couple étant réparti sur plusieurs engrenages, les efforts de la denture sont plus faibles que sur les autres types de réducteurs. En outre, aucune synchronisation ne doit être effectuée, de sorte que les rapports peuvent être changés sans interruption d’adhérence. L’ensemble des roues dentées étant en permanence imbriquées les unes dans les autres, le réducteur planétaire fonctionne sans bruit.

Inconvénients des réducteurs planétaires

  • Conception élaborée
  • Perte en puissance plus grande par rapport aux réducteurs à engrenage droit
  • Logement complexe des paliers

Les inconvénients des réducteurs planétaires sont leur conception élaborée, et la plus grande perte de puissance par rapport aux réducteurs à engrenage droit. Comme la puissance s’étend sur au moins deux engrènements, la perte de puissance double par rapport à un engrenage droit simple. En outre, le réducteur requiert un logement complexe des paliers, en particulier lorsqu’il est utilisé comme réducteur à trois arbres.

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