Réducteurs : Irréversible ou réversible

Sujet :

• Que signifie "irréversible" ou "réversible" ?
• Comment peut-on déterminer si un réducteur ou autre transmission mécanique est "irréversible " ou "réversible" ?
• Pour quels types d'applications "l'irréversibilité" ou la "réversibilité" sont-elles un aspect important ?
   

Remarques générales importantes :

• Attention au risque : 
  • Tout couple appliqué à l'arbre de sortie d'un réducteur doit être inférieur au couple maximal spécifié dans la fiche technique du réducteur.
  • Des couples plus élevés peuvent endommager le réducteur!
     
• Il faut distinguer l'autoblocage et la possibilité de marche arrière sur le réducteur nu et sur l'unité d'entraînement complète (!) comprenant le réducteur, le moteur et éventuellement des éléments mécaniques supplémentaires.
  • Le réducteur nu peut être susceptible de subir un retour de couple alors que l'unité complète ne l'est pas.
  • La résistance au retour de couple est une caractéristique de la combinaison moteur/réducteur !
    • Dans le cas d'un moteur présentant un couple de frottement faible, par exemple les moteurs à balais métalliques, le couple de marche arrière est réduit. Avec les moteurs à balais en graphite, en particulier ceux à forte précharge, ou les moteurs présentant un couple de cogging, le couple de marche arrière augmente considérablement ; en d'autres termes, la marche arrière n'est possible qu'avec des rapports de réduction faibles.
    • En principe, même les rapports de réduction plus élevés sont inversibles, mais le frottement du moteur, multiplié par le rapport de réduction et divisé par le rendement, conduit à des couples si élevés que l'arbre de sortie ou la partie la plus faible à l'intérieur du réducteur sera détruite avant même de bouger.
       
• Les réducteurs planétaires maxon (GP, GPX) ne sont généralement pas spécialement conçus pour la rotation inverse.
  • Les réducteurs planétaires standard (non « GPX UP ») sont rétro-entraînables jusqu'à 2 étages avec un rapport inférieur à 100:1. Quatre étages et un rapport supérieur à 200:1 ne sont généralement pas rétro-entraînables. Mais ce n'est pas tout noir ou tout blanc, la limite est floue et dépend du rendement du réducteur, de la géométrie des dents, des vibrations, ...
    
  • Si la marche arrière est requise, optez pour la gamme de réducteurs « GPX UP » de maxon.
    Les réducteurs de type « GPX UP » présentent un rendement élevé, ce qui constitue un avantage pour la capacité de marche arrière, même avec des rapports de réduction élevés.

Solution :

1.) Combinaison de réducteurs et de moteurs irréversibles

1.a.) Signification :

L'irréversibilité signifie que lorsqu'on applique un couple à l'arbre de sortie du réducteur, celui-ci ne tourne pas et est donc bloqué. Par conséquent, l'irréversibilité se réfère toujours à une situation statique.

 

1.b.) Définitions particulières

• Intrinsèquement irréversibles
  • Il s'agit d'un réducteur dont le couple dans le sens inverse se trouve à l'intérieur du cône de frottement, alors que dans le sens direct, il se trouve à l'extérieur de celui-ci.
  • Les réducteurs intrinsèquement irréversibles ne peuvent pas être déplacés par une force constante de la charge. Cependant, ils peuvent dériver vers l'arrière si l'engrenage est soumis à des vibrations.
  • Les réducteurs intrinsèquement irréversibles sont typiquement des réducteurs roue et vis sans fin ou des réducteurs vis écrou, lorsque le rendement en marche avant est inférieur à 50 %.
  • Les réducteurs planétaires ou droits, même à 5 étages, ne sont jamais intrinsèquement irréversibles (bien que la plupart du temps fonctionnellement irréversibles).
  • Parmi les réducteurs maxon, seuls les réducteurs vis écrou à vis métriques ou trapézoïdales sont intrinsèquement irréversibles.
     
• Fonctionnellement irréversibles :
  • Dans les unités d'entraînement fonctionnellement irréversibles, le couple attendu le plus élevé et autorisé du côté de la charge (couple de rupture) est trop faible pour surmonter le couple de friction et/ou de détente du côté primaire.
  • Les irréversibilités fonctionnelles sont souvent obtenues avec des réducteurs planétaires à 4 ou 5 étages. Cependant, il est difficile d'accorder réellement cette propriété en général.

1.c.) Applications

L'irréversibilité est souhaitable dans les applications ...

• ... où l'état de fonctionnement le plus courant est l'arrêt (sans alimentation).
• ... qui doivent soulever et/ou maintenir des charges contre la gravité ou une autre force externe constante (par exemple, applications de grue ou de maintien en position en cas d'urgence, même en l'absence de frein).
• ... lorsque les coûts d'un système de freinage doivent être économisés.

1.d.) Remarques supplémentaires

• De nombreux entraînements avec de hautes réductions sont fonctionnellement irréversibles parce que la charge n'est pas en mesure de surmonter le couple de frottement primaire et/ou le couple de détente. Cependant, il est difficile d'accorder réellement cette propriété en général.
  • Les irréversibilités fonctionnelles sont souvent obtenues avec des réducteurs planétaires à 4 ou 5 étages.
     
• Une irréversibilité sécurisée ne peut toutefois être garantie que pour des conceptions d'entraînement spécifiques et personnalisées.
  
   

2.) Combinaisons de réducteurs et de moteurs réversibles

 

2.a.) Signification

Un réducteur est dit "réversible" s'il peut être entraîné depuis l'arbre de sortie du réducteur en appliquant un couple inférieur au couple permanent maximal (ou au couple intermittent maximal). Par conséquent, l'aptitude à être réversible s'applique toujours à une situation dynamique.

 

2.b.) Réversible ou pas ?

Le fait qu'une combinaison de réducteurs et de moteurs puisse être réversibles ou non dépend…

• … du type de conception du réducteur et de son rapport de réduction.
• … de la géométrie des dents, qui influence le frottement et le type de frottement. Le frottement de traction est dominant en marche avant et diffère du frottement de poussée en marche arrière.
• … le jeu mécanique entre les composants de l'engrenage et le basculement des étages de l'engrenage flottant.
• … le rendement du réducteur, qui reflète les frottements dans l'engrenage, la viscosité de la lubrification et sa dépendance à la température.
• … les frottements et l'engrenage à l'entrée du réducteur, c'est-à-dire les frottements du moteur.
  ⇒ les balais en graphite présentent un frottement plus important que les balais métalliques.
  ⇒ les moteurs dont le bobinage est en fer présentent un "cogging" qui peut conduire à une augmentation de l'irréversibilité.

2.c.) Applications

La réversibilité est souhaitable dans les applications…

• … où le mécanisme doit être déplacé à la main en cas de perte de puissance ou pour des raisons de maintenance.
• … où l'entraînement est utilisé comme générateur. L'unité est constamment entraînée par la sortie de l'engrenage.
• … où les robots travaillent avec les humains (cobot).
• … dans lesquels les forces externes doivent être estimées, par exemple les forces de contact des robots marcheurs dans des environnements non structurés (sol irrégulier).

2.d.) Remarques supplémentaires

• Les réducteurs planétaires maxon sont optimisés pour un fonctionnement en marche avant et ne sont pas spécialement conçus pour être entraînés en marche arrière.

Quelques règles de base

• Les appareils équipés de réducteurs planétaires standard à 1 ou 2 étages sont généralement considérés comme réversibles. Il est cependant possible que le désalignement mécanique entre le moteur et les réducteurs à 1 étage conduise à un comportement grinçant dans le sens de la marche et à une réduction de la réversibilité dans le sens inverse.
   
• Les réducteurs planétaires maxon portant la mention "UP - Ultra Performance" sont généralement réversibles en raison de leur rendement élevé (y compris les versions à 3 ou 4 étages).
   
• Les réducteurs planétaires à 3 étages peuvent être ou ne pas être réversibles ou irréversibles.
   
• Les réducteurs planétaires à 4 ou 5 étages sont généralement considérés comme "fonctionnellement irréversibles" dans le cadre du niveau de couple autorisé, à moins qu'ils ne soient dotés d'une conception spéciale permettant un retour en arrière.
   
• Un réducteur à engrenages droits est toujours réversible. Même avec plus de 3 étages.

Références croisées :

• Vidéo de formation de Maxon : "Gearhead selection"
• Catalogue maxon -> http://epaper.maxongroup.fr
  • "Technique - sans détour"
    -> Page 72/73 du catalogue 2023/2024
  • "La spécification standard N°102"
    -> Page 89 du catalogue 2023/2024
  • "Explications Terminologie maxon réducteur et entraînement vis/écrou"
    -> Page 368 du catalogue 2023/2024