Comment choisir une boîte de vitesses

Lorsque vous conduisez, la boîte de vitesses assure la traction et la vitesse. Un rapport court offre une traction optimale, tandis qu'un rapport long permet d'atteindre la vitesse maximale. Choisir le bon rapport en fonction des conditions de conduite vous permettra d'optimiser les deux. Le rapport idéal varie selon l'état de la route, la charge et la vitesse. Un rapport court favorise une accélération plus franche, tandis qu'un rapport long augmente la vitesse de pointe. Il est toutefois essentiel de bien comprendre le fonctionnement de la boîte de vitesses avant de prendre le volant.

Fonction

La fonction d'une boîte de vitesses est de transmettre l'énergie de rotation à la transmission de la machine. Le rapport entre le couple d'entrée et le couple de sortie correspond au rapport du couple à la vitesse de rotation. Les boîtes de vitesses remplissent diverses fonctions. Une boîte de vitesses peut avoir plusieurs fonctions ou une seule fonction permettant d'entraîner plusieurs machines. Si un engrenage ne tourne pas, l'autre peut entraîner la rotation de la boîte de vitesses. C'est de là que la boîte de vitesses tire son nom.
Le système à commande de pas présente autant de modes de défaillance que le système électrique, ce qui explique une part importante des temps d'arrêt machine les plus longs. La relation entre les mécanismes et les défauts est difficile à modéliser mathématiquement. Les modes de défaillance des réducteurs sont illustrés à la figure 3. La durée de vie réelle d'un réducteur est de 6 à 8 ans. Toutefois, le développement d'un processus de détection des défauts performant est indispensable pour réduire les temps d'arrêt et éviter les incidents critiques.
Une boîte de vitesses est un élément mécanique essentiel. Elle transforme l'énergie produite par un moteur pour actionner les pièces de la machine. Son rendement dépend de l'efficacité de cette transmission d'énergie. Plus le rapport de réduction est élevé, plus le couple transmis aux roues est important. On la trouve fréquemment sur les vélos, les voitures et de nombreux autres appareils. Ses quatre fonctions principales sont :
Outre la fiabilité de la boîte de vitesses, sa maintenabilité doit être évaluée dès la phase de conception. Les aspects liés à la maintenabilité, tels que le type de pièces de rechange disponibles, doivent être intégrés à la conception de la boîte de vitesses. Un programme de maintenance approprié déterminera également la fréquence de remplacement ou de réparation des pièces. Une procédure de maintenance adéquate garantira également l'accessibilité de la boîte de vitesses. Qu'elle soit facile ou difficile d'accès, l'accessibilité est essentielle.

But

La transmission d'une voiture relie le moteur aux roues, permettant ainsi à un vilebrequin tournant à plus grande vitesse de fournir un effet de levier. Les moteurs à couple élevé sont indispensables au démarrage, à l'accélération et à la motricité du véhicule. La boîte de vitesses réduit le régime moteur et répartit le couple aux roues. Elle assure également la marche arrière, permettant ainsi de déplacer le véhicule en marche avant et en marche arrière.
Les engrenages transmettent la puissance d'un arbre à l'autre. Leur taille et le nombre de dents déterminent le couple transmissible. Un rapport de transmission élevé signifie un couple plus important, mais une vitesse plus faible. Le levier de la boîte de vitesses actionne l'engrenage sur l'arbre. Il permet également d'enclencher les pignons et les synchroniseurs. Si le levier glisse vers la gauche ou la droite, le moteur fonctionne en deuxième vitesse.
Les réducteurs doivent être surveillés de près afin de réduire les risques de défaillance prématurée. Différents tests permettent de détecter les dents d'engrenage défectueuses et d'améliorer la fiabilité des machines. Les figures 1.11(a) et (b) présentent un réducteur à 18 dents avec un rapport de transmission de 1,5:1. L'arbre d'entrée est relié à une poulie et entraîne une courroie trapézoïdale. Ce rapport de transmission permet au réducteur de réduire la vitesse du moteur, tout en augmentant le couple et en diminuant la vitesse de sortie.
En matière de réduction de vitesse, le réducteur est la méthode la plus courante pour réduire le couple moteur. Le couple est directement proportionnel à la cylindrée du moteur. Un petit réducteur, par exemple, peut produire autant de couple qu'un gros moteur à vitesse de sortie égale. Il en va de même pour la marche arrière. Il existe des réducteurs hybrides et des réducteurs en ligne. Quel que soit le type, comprendre le fonctionnement d'un réducteur facilitera le choix du modèle adapté à votre application.

Application

Lors du choix d'un réducteur, il est essentiel de tenir compte de son facteur de service. Ce facteur correspond à la différence entre la capacité réelle du réducteur et la valeur requise par l'application. Des exigences supplémentaires peuvent entraîner une usure prématurée des joints ou une surchauffe. Le facteur de service doit être le plus faible possible, car il peut déterminer la durée de vie du réducteur et sa défaillance. Dans certains cas, un facteur de service de 1,4 est suffisant pour la plupart des applications industrielles.
La Chine domine le secteur des énergies renouvelables, avec la plus grande capacité installée au monde (1 000 gigawatts) et une production annuelle de plus de 2 000 térawattheures d'électricité. La croissance de ces secteurs devrait accroître la demande en réducteurs. En Chine, par exemple, l'énergie éolienne et hydroélectrique constituent les principaux composants des centrales éoliennes et solaires. L'augmentation de la capacité installée implique une utilisation accrue des réducteurs dans ces industries. Un réducteur inadapté à son application sera inutilisable, ce qui peut nuire à la production nationale.
Un réducteur peut être monté selon quatre positions différentes. Les trois premières sont concentriques, parallèles ou à angle droit, et la quatrième est le montage sur arbre. Ce type de montage est généralement utilisé lorsque le moteur ne peut pas être fixé par un support. Ces positions sont décrites plus en détail ci-dessous. Choisir le bon réducteur est essentiel pour votre activité, et un réducteur bien conçu contribuera à améliorer votre rentabilité.
Le facteur de service d'une boîte de vitesses dépend du type de charge. Une charge de choc importante, par exemple, peut entraîner une usure prématurée des dents d'engrenage ou des paliers d'arbre. Dans ce cas, un facteur de service plus élevé est nécessaire. À l'inverse, une boîte de vitesses conçue pour supporter des charges de choc importantes peut résister à ces charges sans que ses performances ne soient altérées. De plus, cela permet de réduire les coûts de maintenance à long terme.

Matériel

Lors du choix du matériau de votre boîte de vitesses, il est essentiel de trouver un équilibre entre résistance, durabilité et coût. Cet article présente les différents types de matériaux, leurs applications respectives et les calculs de transmission de puissance. Divers alliages sont disponibles, chacun offrant des avantages spécifiques, notamment une dureté et une résistance à l'usure accrues. Voici quelques-uns des alliages couramment utilisés dans la fabrication d'engrenages. L'un des principaux atouts des alliages réside dans leur prix compétitif. Un engrenage fabriqué à partir de l'un de ces matériaux est généralement plus résistant que les autres.
La teneur en carbone du SPCC empêche ce matériau de durcir comme l'acier inoxydable. Cependant, les tôles minces en SPCC sont souvent utilisées pour les engrenages de moindre résistance. Du fait de cette faible teneur en carbone, la surface du SPCC ne durcit pas aussi rapidement que celle des engrenages en acier inoxydable ; une nitruration douce est donc nécessaire pour lui conférer sa dureté. Toutefois, si vous souhaitez un engrenage inoxydable, il est préférable d'opter pour l'acier inoxydable ou le FCD.
Outre l'automobile, les boîtes de vitesses sont également utilisées dans l'industrie aérospatiale. Elles servent aux voyages spatiaux et équipent les moteurs d'avion. En agriculture, elles équipent les systèmes d'irrigation, les machines de lutte antiparasitaire et les laboureuses. On les retrouve aussi dans les engins de chantier comme les grues, les bulldozers et les tracteurs. Enfin, les boîtes de vitesses sont utilisées dans l'industrie agroalimentaire, notamment dans les systèmes de convoyage, les fours et les machines d'emballage.
L'engrènement des engrenages de votre boîte de vitesses est crucial pour ses performances. Un engrenage correctement en prise permet d'atteindre des performances optimales et de résister au couple. Les dents d'un engrenage fonctionnent comme de minuscules leviers ; un engrènement efficace réduit les contraintes et le glissement. Une analyse paramétrique stationnaire vous aidera à déterminer la qualité de l'engrènement tout au long du cycle de transmission. Cette méthode est souvent la plus précise pour vérifier la qualité de l'engrènement de vos engrenages.

Fabrication

Le marché mondial des engrenages se divise en cinq grandes régions : l’Amérique du Nord, l’Europe, l’Asie-Pacifique et l’Amérique latine. Parmi celles-ci, l’Asie-Pacifique devrait générer le PIB le plus important, grâce à une demande énergétique en forte croissance et aux investissements dans les infrastructures industrielles. Cette région abrite également certains des plus grands sites de production, et la construction continue de nouveaux bâtiments et logements soutiendra la croissance du secteur. Côté applications, les réducteurs sont utilisés dans la construction, les machines agricoles et les transports.
Le marché des réducteurs industriels devrait connaître une expansion au cours des prochaines années, portée par la croissance rapide du secteur de la construction et les progrès commerciaux. Cependant, plusieurs défis freinent cette croissance, notamment le coût élevé d'exploitation et de maintenance des réducteurs. Ce rapport analyse la taille du marché mondial des réducteurs industriels, ainsi que leurs technologies de fabrication. Il inclut également des données sur les fabricants pour la période 2020-2024 et examine les facteurs de croissance et les contraintes du marché.
La crise sanitaire mondiale et le déclin du commerce maritime ont des répercussions négatives modérées sur le secteur. Le recul du commerce maritime freine les investissements. Le cours international du pétrole brut devrait passer sous la barre des 0 USD d'ici avril 2020, ce qui compromet le développement et l'exploitation de nouveaux gisements. Dans ce contexte, le marché mondial des boîtes de vitesses sera confronté à de nombreux défis. Cependant, les opportunités sont considérables. Ainsi, le marché des boîtes de vitesses industrielles devrait croître de plus de 61 000 tonnes 400 000 d'ici 2020, grâce à l'augmentation des ventes de véhicules légers dans le pays.
L'arbre principal d'une boîte de vitesses, également appelé arbre de sortie, tourne à différentes vitesses et transmet le couple à l'automobile. Cet arbre est cannelé afin de permettre la fixation d'un accouplement et d'un engrenage. L'arbre intermédiaire et l'arbre primaire sont supportés par des roulements, ce qui réduit les frottements dans les éléments en rotation. Les engrenages, dont le nombre de dents varie, constituent un autre composant essentiel de la boîte de vitesses. Ce nombre détermine le couple transmissible par chaque engrenage. De plus, les engrenages peuvent se déplacer librement dans toutes les positions.