Dans la conception de produits utilisant un moteur comme source d’énergie, tels que les équipements industriels, les appareils médicaux ou les équipements optiques, le « réducteur » constitue un composant essentiel qui détermine les performances. Il est intégré à de nombreux équipements afin de permettre un couple élevé et un contrôle précis du positionnement, ce qui ne peut être obtenu avec un moteur seul.
Cependant, de nombreux ingénieurs concepteurs se posent sans doute des questions telles que « Qu’est-ce qu’un réducteur ? », « Quel type choisir ? » ou encore « Quelles sont les caractéristiques techniques les mieux adaptées à nos produits ? ». Un mauvais choix de réducteur peut entraîner des risques tels que des dysfonctionnements dus à un couple insuffisant, des modifications de conception dues à un surdimensionnement, voire une réduction de la durée de vie du produit.
Dans cet article, nous vous présenterons les connaissances pratiques indispensables lors de la phase d’étude des spécifications, depuis le fonctionnement de base des réducteurs jusqu’aux caractéristiques de chaque type, en passant par leurs applications concrètes et les critères de sélection.*
*Notre société ne commercialise pas de réducteurs (têtes d’engrenage) seuls. Nous assurons le développement et la commercialisation de motoréducteurs, qui associent un réducteur et un moteur.
| Sous la supervision du groupe commercial « Composants électroniques » de C.I. TAKIRON Corporation Nous avons supervisé la rédaction de cet article en nous appuyant sur les compétences techniques de pointe et l’expertise acquises depuis notre création en 1919 en tant qu’entreprise leader dans le domaine de la transformation des matières plastiques.Au sein de notre département, nous analysons en permanence les tendances du marché et les dernières technologies relatives aux micromoteurs ultra-compacts et de haute précision, et nous nous attachons à fournir aux concepteurs et développeurs des informations à forte valeur ajoutée. En tant qu’équipe spécialisée maîtrisant parfaitement les caractéristiques de ces produits, nous vous accompagnons dans la résolution de vos défis et dans l’innovation technologique grâce à la diffusion de contenus précis et pratiques. |
Qu’est-ce qu’un réducteur ? Principes de base et utilité
Un réducteur est un dispositif qui, grâce à un mécanisme composé notamment d’engrenages, réduit la vitesse de rotation d’un moteur tout en augmentant son couple (force de rotation). La vitesse de rotation et le couple étant inversement proportionnels, la réduction de la vitesse permet d’obtenir une force plus importante.
Contenu abordé dans cette section
- Structure de base et principe de fonctionnement des réducteurs
- Relation entre le rapport de réduction et le couple
- Les limites du moteur seul et la nécessité d’un réducteur
Ce principe est le même que celui des vitesses d’un vélo : avec un rapport élevé, on roule vite mais on a du mal à monter les côtes ; avec un rapport bas, on perd en vitesse mais on peut gravir les côtes avec plus de puissance.Si l’on souhaite obtenir un couple élevé avec un moteur seul, il faut recourir à un moteur de grande taille ; cependant, en y associant un réducteur, il est possible d’obtenir le couple nécessaire même avec un moteur de petite taille, ce qui permet de réduire la taille de l’équipement, de réaliser des économies d’énergie et d’assurer un contrôle de positionnement précis.
Structure de base et principe de fonctionnement des réducteurs
La structure la plus élémentaire d’un réducteur consiste en l’association de deux engrenages dont le nombre de dents est différent. Lors de la transmission de la puissance du petit engrenage (côté entrée) vers le grand engrenage (côté sortie), la vitesse de rotation est réduite en fonction du rapport entre le nombre de dents.
Par exemple, si le nombre de dents côté entrée est de 10 et celui côté sortie de 50, le rapport de réduction est de 5:1 : la vitesse de rotation est réduite à 1/5, tandis que le couple est multiplié par environ 5. Ce principe mécanique des engrenages permet d’obtenir une puissance de sortie importante à partir d’une faible puissance d’entrée.En combinant plusieurs étages d’engrenages, il est possible d’obtenir des rapports de réduction encore plus élevés et de concevoir un équilibre optimal entre le couple et la vitesse de rotation en fonction de l’application.
Relation entre le rapport de réduction et le couple
Le rapport de réduction est une valeur numérique qui exprime le rapport entre la vitesse de rotation de l’arbre de sortie et celle de l’arbre d’entrée. Plus le rapport de réduction est élevé, plus la vitesse de rotation est faible et plus le couple est important. Toutefois, le couple de sortie réellement obtenu correspond à la valeur obtenue en multipliant le rapport de réduction par le rendement de transmission.
Le rendement de transmission des réducteurs à engrenages varie selon le fabricant et les spécifications, mais il est de l’ordre de 95 à 98 % pour les engrenages droits et de 96 à 98 % pour les engrenages planétaires.Plus le nombre d’étages de réduction augmente, plus le rendement diminue. Par exemple, pour un réducteur présentant un rapport de réduction de 10:1 et un rendement de transmission de 95 %, si le couple du moteur est de 0,1 Nm, le couple de sortie est d’environ 0,95 Nm (0,1 × 10 × 0,95).Le choix d’un rapport de réduction adapté à l’application est essentiel pour tirer le meilleur parti des performances de l’équipement.
Les limites du moteur seul et la nécessité d’un réducteur
Si l’on cherche à obtenir un couple élevé avec un moteur seul, il est nécessaire d’augmenter la taille du moteur lui-même, ce qui entraîne des problèmes tels qu’une augmentation du poids, de la consommation électrique et des coûts. De plus, le contrôle direct d’un moteur tournant à grande vitesse réduit la précision de positionnement et rend difficile un contrôle fin.
L’intégration d’un réducteur permet de réduire l’encombrement de l’équipement et de diminuer les coûts. De plus, la réduction de la vitesse de rotation améliore la résolution de la commande, ce qui permet un positionnement de haute précision.
Types, caractéristiques et domaines d’application des réducteurs
Les réducteurs se classent en plusieurs types en fonction du type et de la disposition des engrenages utilisés. Parmi les plus courants, on trouve les réducteurs à engrenages cylindriques, les réducteurs planétaires, les réducteurs à vis sans fin et les réducteurs à engrenages ondulés.
Contenu abordé dans cette section
- Principaux types de réducteurs, leurs caractéristiques et leurs applications
- Différence entre un réducteur (tête d’engrenage) et un motoréducteur
- Principaux domaines d’application et exemples concrets des motoréducteurs (moteurs intégrant un réducteur)
Les réducteurs à engrenages droits présentent une structure simple et un excellent rapport coût-performance, et conviennent à un large éventail d’applications. Les réducteurs planétaires sont compacts et adaptés à la transmission de couples élevés ; ils constituent la solution idéale pour les applications où l’espace est limité.Les engrenages à vis sans fin offrent un rapport de réduction élevé et une bonne stabilité, tandis que les engrenages à denture ondulée sont utilisés dans les applications nécessitant un positionnement de haute précision. C.I. Takiron propose des motoréducteurs combinant des réducteurs à engrenages droits ou planétaires et des moteurs sans noyau, qui ont déjà fait leurs preuves notamment dans les secteurs médical, optique et de la sécurité.
Principaux types de réducteurs, leurs caractéristiques et leurs applications
| Types | Caractéristiques | Exemples d’utilisation |
| Réducteur à engrenages droits (type à engrenages droits) | De conception simple, ils présentent un faible coût de fabrication et un fonctionnement silencieux. Leur rendement de transmission est également élevé (95 à 98 %) | Équipements industriels généraux Outils électriques de petite taille |
| Réducteur à engrenages planétaires (à engrenages planétaires) | La répartition simultanée de la charge entre plusieurs engrenages permet d’obtenir un encombrement réduit et un couple élevé. Les axes d’entrée et de sortie peuvent être disposés de manière coaxiale | Appareils médicaux Robots Équipements optiques |
| Réducteur à vis sans fin | Permet d’obtenir un rapport de réduction élevé en une seule étage, dispose d’un dispositif d’auto-blocage et empêche la rotation inverse (il existe également des modèles pouvant fonctionner en sens inverse sous certaines conditions). | Mécanisme de levage Treuil |
| Réducteur à engrenages ondulés | Ils permettent un positionnement d’une très grande précision avec un jeu quasi nul, mais sont coûteux | Robots industriels Équipements de fabrication de semi-conducteurs |
Différence entre un réducteur (tête d’engrenage) et un motoréducteur
Le réducteur (tête d’engrenage) désigne un dispositif monté directement sur l’arbre de sortie du moteur. En revanche, un « motoréducteur » est un produit dans lequel le réducteur (tête d’engrenage) et le moteur sont combinés en un seul ensemble. C.I. Takiron commercialise des motoréducteurs qui allient compacité et rendement de transmission élevé.
L’intégration du moteur et du réducteur facilite le montage, réduit l’encombrement et simplifie le câblage. Elle permet de choisir un rapport de réduction et des cotes de montage optimisés en fonction des caractéristiques du moteur, ce qui contribue à améliorer le rendement de l’ensemble du système.Chez C.I. Takiron, nous proposons des motoréducteurs (produits intégrant moteur et réducteur), ce qui permet également de réduire le temps de conception pour nos clients.
Principaux domaines d’application et exemples concrets des motoréducteurs (moteurs intégrés à un réducteur)
Les moteurs à engrenages sont utilisés dans de nombreux domaines. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples d’applications principales.
[Principaux domaines d’application des motoréducteurs]
Robots industriels : robots articulés, robots collaboratifs
Matériel médical : entraînement de caméra d’endoscopie, pièce à main pour appareil de soins dentaires
Outils : perceuse électrique, visseuse à percussion, cloueuse
Équipements optiques : mécanisme de mise au point automatique des appareils photo, mécanisme de rotation et d’inclinaison des caméras de surveillance
Équipements de sécurité : serrures électroniques, portails à ouverture automatique
Utilisation dans le cadre des loisirs : servomoteurs pour modèles réduits radiocommandés
Les motoréducteurs de C.I. Takiron peuvent apporter une contribution précieuse dans les domaines médical et optique, où la compacité et la haute précision sont des exigences essentielles. Par exemple, les caméras d’endoscopie nécessitant un positionnement précis à l’intérieur de l’organisme, où l’espace est restreint, un réducteur planétaire compact et à jeu réduit constitue la solution idéale.De même, dans le domaine des serrures électroniques, où la faible consommation d’énergie et la longue durée de vie sont indispensables, les moteurs à engrenages à haut rendement pourraient s’avérer très utiles.
Points importants à prendre en compte lors du choix d’un réducteur
Lors du choix d’un réducteur, il est nécessaire d’examiner de manière globale plusieurs facteurs, tels que le couple requis, le rapport de réduction, le jeu, les dimensions et l’environnement d’utilisation.
Contenu abordé dans cette section
- Méthode de calcul du couple requis et du rapport de réduction
- Relation entre le jeu et la précision de positionnement
- Critères de sélection en fonction de l’environnement d’utilisation
Tout d’abord, nous calculons le couple nécessaire en fonction de la charge de l’élément à entraîner, puis nous déterminons la puissance du moteur et le rapport de réduction. Ensuite, si une précision de positionnement est requise, nous envisageons des modèles à jeu réduit ; si l’espace d’installation est limité, nous étudions des modèles compacts à engrenages planétaires.Par ailleurs, les conditions d’utilisation, telles que la plage de températures d’utilisation, la protection contre la poussière et l’eau, la résistance aux chocs et le niveau sonore, constituent également des critères de sélection importants. Chez C.I. Takiron, nous dialoguons avec nos clients dès la phase d’étude des spécifications afin de leur proposer la combinaison optimale de moteur et de réducteur, garantissant ainsi une qualité élevée et une grande flexibilité en matière de personnalisation.
Méthode de calcul du couple nécessaire et du rapport de réduction
La première étape du choix d’un réducteur consiste à déterminer le couple nécessaire pour entraîner l’élément concerné. Ce couple est calculé à partir du poids de la charge, de la distance parcourue, de l’accélération et du coefficient de frottement, entre autres.
La formule de calcul de base est la suivante.
[Calcul du couple nécessaire]
Calcul du couple de sortie d’un moteur
Couple de sortie du moteur = couple nominal du moteur × rapport de réduction × rendement du réducteur
Exemple de calcul : couple nominal du moteur de 0,2 Nm, rapport de réduction de 10:1 et rendement du réducteur de 95 %
Couple de sortie du moteur = 0,2 × 10 × 0,95 = 1,9 Nm
Détermination du couple requis pour le moteur
Couple requis du moteur (Nm) = couple équivalent à l’arbre du moteur (Nm) × coefficient de sécurité
Exemple de calcul : pour un couple de charge de 0,5 Nm et un coefficient de sécurité de 2,0
Couple requis du moteur = 0,5 × 2,0 = 1,0 Nm
En tenant compte d’un coefficient de sécurité et en choisissant des caractéristiques techniques offrant une marge supérieure aux valeurs calculées, il est possible de garantir une fiabilité à long terme. Les micromoteurs de C.I. Takiron, bien que de petite taille, permettent un contrôle précis du couple de l’ordre du mNm et conviennent parfaitement aux applications exigeant une grande précision, telles que les appareils médicaux et les équipements optiques.
Relation entre le jeu et la précision de positionnement
Le jeu (backlash) désigne l’espace (jeu) entre les engrenages ; il a une incidence directe sur la précision de positionnement. Dans les appareils médicaux et les équipements optiques nécessitant un contrôle de haute précision, il est indispensable de recourir à des modèles à faible jeu, en fonction de l’application.
De par leur conception, les systèmes à engrenages planétaires permettent de réduire facilement le jeu, tandis que les systèmes à engrenages ondulés permettent d’atteindre un jeu quasi nul.Lors du choix concret d’un modèle, il convient de trouver un équilibre entre le coût et l’application visée. Par exemple, dans le mécanisme de mise au point automatique d’un appareil photo, où il est nécessaire de contrôler avec précision la position de l’objectif, un réducteur à engrenages planétaires présentant un jeu réduit est particulièrement adapté. Les produits de C.I. Takiron répondent à cette exigence et sont très appréciés dans les domaines médical et optique.
Critères de sélection en fonction de l’environnement d’utilisation
Il existe des critères de sélection adaptés à l’environnement d’utilisation, tels que la plage de températures d’utilisation, la résistance à la poussière et à l’eau (norme IP), la résistance aux chocs et le niveau sonore. Vous trouverez ci-dessous les principales spécifications requises par domaine.
| Domaines d’application | Principales spécifications requises |
| Dispositifs médicaux | Faible niveau sonore, stérilisable, biocompatible |
| Outillage | Haute résistance aux chocs et protection contre la poussière |
| Équipements de sécurité | Conçus pour une installation en extérieur : démarrage à basse température et longue durée de vie |
| Équipements optiques | Faibles vibrations, positionnement de haute précision |
Dans le domaine des appareils médicaux, on privilégie le faible niveau sonore par égard pour les patients ; pour les outils, c’est la résistance aux chocs adaptée aux conditions de chantier qui est essentielle ; quant aux équipements de sécurité, on accorde une importance particulière à la capacité de démarrage à basse température, en prévision d’une installation en extérieur. Chez C.I. Takiron, nous proposons la personnalisation de moteurs à engrenages en fonction de l’environnement d’utilisation de nos clients, et nous offrons une grande flexibilité, allant de la haute qualité et du prototypage en petites séries jusqu’à la production en série.N’hésitez pas à nous consulter dès la phase d’étude des spécifications.
Résumé
Un réducteur est un dispositif qui réduit la vitesse de rotation d’un moteur tout en augmentant son couple ; il est utilisé dans de nombreux domaines, notamment les équipements industriels, les appareils médicaux et les équipements optiques. Il permet d’obtenir un couple élevé et un contrôle précis, ce qui est impossible avec un moteur seul, et joue ainsi un rôle essentiel en permettant à la fois la miniaturisation et l’amélioration des performances des équipements.
En comprenant les caractéristiques propres à chaque type de réducteur, qu’il s’agisse de réducteurs à engrenages droits ou à engrenages planétaires, et en tenant compte de manière globale du couple requis, du jeu et de l’environnement d’utilisation, il est possible de sélectionner le réducteur le mieux adapté. Chez C.I. Takiron, nous proposons des solutions optimales associant des moteurs sans noyau et des réducteurs, et nous accompagnons nos clients dans la conception de leurs produits dès la phase d’étude des spécifications.
Informations sur les produits et demandes de renseignements
Pour plus d’informations sur les micromoteurs de C.I. Takiron, veuillez consulter le site Web suivant.
- Site du produit : https://cik-ele.com/
- Moteurs sans noyau : https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Moteurs sans balais: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Moteurs à engrenages : https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codeur : https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si vous rencontrez des difficultés pour choisir un petit moteur dans le cadre du développement de vos produits, n’hésitez pas à nous contacter via le formulaire de contact. Nos techniciens vous écouteront pour comprendre votre application et vos exigences, puis vous proposeront la solution la mieux adaptée.
- Contact : https://cik-ele.com/contact/
