Comment choisir un motoréducteur en fonction de la charge, de la vitesse et du cycle de fonctionnement

Comment choisir un motoréducteur en fonction de la charge, de la vitesse et de la durée de fonctionnement

Le choix d'un motoréducteur ne peut pas se baser uniquement sur la puissance indiquée sur le moteur. Un système d'entraînement approprié doit répondre simultanément à la charge réelle, au couple de démarrage, à la vitesse de sortie, au rapport de réduction, à la durée de fonctionnement et au type de montage sur la machine.

Si la puissance ou le couple sont sous-dimensionnés, le moteur risque de surchauffer, de subir une surcharge et de réduire la durée de vie du réducteur. À l'inverse, un surdimensionnement excessif augmente les coûts, l'encombrement et la consommation électrique. La procédure ci-dessous aide les ingénieurs et les fabricants de machines à déterminer les paramètres critiques avant de sélectionner un motoréducteur.

1. Déterminer le type de charge de la machine

La charge est le premier facteur à vérifier car elle détermine le couple, la puissance et le facteur de service du réducteur.

Charge stable

Une charge stable varie peu pendant le fonctionnement, ne présente pas de chocs importants et nécessite généralement un démarrage relativement léger.

Applications courantes :

• Convoyeurs à charge légère.

• Convoyeurs à rouleaux.

• Machines d'emballage.

• Agitateurs de liquides à faible viscosité.

• Mécanismes rotatifs à fonctionnement continu.

Charge variable ou charge lourde

Une charge variable survient souvent lorsque la masse des matériaux, la résistance ou les conditions de travail sont instables.

Exemples :

• Vis sans fin de transport de matériaux.

• Mélangeurs.

• Agitateurs de produits à haute viscosité.

• Convoyeurs inclinés.

• Élévateurs à godets.

• Machines de levage.

Pour ces applications, il est nécessaire de vérifier le couple de fonctionnement et le couple de démarrage, et de ne pas se baser uniquement sur la puissance du moteur utilisé.

Charge avec chocs

Les concasseurs, presses, mécanismes à inversion de sens ou les démarrages fréquents peuvent générer des charges par chocs sur l'arbre, les roulements et les engrenages.

Dans ce cas, il est nécessaire de choisir un réducteur capable de supporter la charge appropriée et de se référer au facteur de service dans le catalogue du fabricant.

Démarrage en pleine charge

Les convoyeurs, vis sans fin ou élévateurs à godets peuvent devoir démarrer alors que la machine est encore chargée. Le couple de démarrage est alors souvent bien supérieur à celui en régime établi.

Il s'agit d'une information cruciale lors du choix de la puissance du motoréducteur et de la méthode de démarrage.

2. Déterminer la vitesse de sortie et le rapport de réduction

La vitesse de sortie est le nombre de tours par minute de l'arbre du réducteur, généralement exprimée en rpm.

Le rapport de réduction est déterminé approximativement par la formule :

i = n₁ / n₂

Où :

• i : rapport de réduction.

• n₁ : vitesse d'entrée du moteur.

• n₂ : vitesse de sortie requise.

Par exemple, un moteur avec une vitesse d'environ 1 450 rpm et une machine nécessitant une vitesse de sortie de 48 rpm :

i = 1 450 / 48 ≈ 30

Il est possible d'envisager un réducteur avec un rapport de réduction proche de 1/30. Cependant, la vitesse réelle doit être vérifiée dans le catalogue, car elle dépend de la vitesse nominale du moteur et de la conception de chaque étage de réduction.

Il ne faut pas se contenter de demander un « réducteur avec un rapport de 1/30 ». Lors de la sélection, il est nécessaire de préciser à la fois la vitesse du moteur et la vitesse de sortie souhaitée.

3. Calcul du couple de sortie

Le couple représente la capacité du motoréducteur à tirer, soulever ou faire tourner une charge.

Il peut être calculé approximativement selon la formule suivante :

T = 9 550 × P × η / n

Où :

• T : couple de sortie, en Nm.

• P : puissance du moteur, en kW.

• η : rendement global du système de transmission.

• n : vitesse de sortie, en tr/min.

Par exemple, pour un moteur de 1,5 kW, une vitesse de sortie de 50 tr/min et un rendement supposé de 0,9 :

T = 9 550 × 1,5 × 0,9 / 50 ≈ 258 Nm

Ce résultat n'est utilisé que pour une sélection préliminaire. Lors de la validation du modèle, il est nécessaire de comparer le couple nominal, le facteur de service, les charges radiales et axiales indiqués dans le catalogue du fabricant.

Il est déconseillé de supposer le rendement sans avoir déterminé le type de réducteur et le nombre d'étages de réduction.

4. Vérification du couple de démarrage

Le couple nécessaire au démarrage de la machine est généralement supérieur au couple en régime permanent.

Cela est particulièrement important pour :

• Les convoyeurs chargés.

• Les vis sans fin contenant du matériau.

• Les mélangeurs à forte charge.

• Les élévateurs et les transporteurs à godets.

• Les mécanismes équipés de freins.

• Les machines avec des démarrages fréquents.

Avant toute sélection, il est nécessaire de déterminer :

• Si la machine démarre en charge ou à vide.

• Le temps d'accélération requis.

• Le nombre de démarrages par heure.

• La fréquence des inversions de sens.

• L'utilisation ou non d'un variateur de fréquence.

Le variateur de fréquence peut faciliter le démarrage progressif et le contrôle du couple, mais il ne remplace pas le choix correct de la puissance et du rapport de réduction.

5. Sélection du motoréducteur selon le temps de fonctionnement

La durée de fonctionnement influence directement la température du moteur, l'huile de lubrification, les roulements et la durée de vie du réducteur.

Fonctionnement inférieur à 8 heures par jour

Avec une charge stable et un faible nombre de démarrages, les exigences opérationnelles sont généralement modérées. Cependant, il reste nécessaire de vérifier le couple de charge et les conditions environnementales.

Fonctionnement de 8 à 16 heures par jour

Il convient de prêter attention à la capacité de dissipation thermique, à la charge réelle et au mode de lubrification. Le moteur ne doit pas fonctionner fréquemment à la limite de ses capacités dans un environnement chaud ou mal ventilé.

Fonctionnement continu 24/7

Les motoréducteurs fonctionnant en continu doivent être sélectionnés en respectant strictement le facteur de service du fabricant. Il est également nécessaire de vérifier la température ambiante, les intervalles de vidange, la classe de rendement du moteur et les exigences de maintenance.

Fonctionnement intermittent avec démarrages fréquents

Bien que le temps de fonctionnement puisse être court, le courant de démarrage et les charges par à-coups répétées peuvent provoquer une surchauffe du moteur. Dans ce cas, le nombre de démarrages par heure est tout aussi important que la durée totale de fonctionnement.

6. Facteur de service et marge de puissance

Le facteur de service (service factor) reflète la sévérité des conditions d'exploitation par rapport à la charge nominale.

Cette valeur dépend généralement de :

• Type de charge.

• Nombre d'heures de fonctionnement par jour.

• Nombre de démarrages.

• Niveau de chocs.

• Fréquence d'inversion.

• Température ambiante.

• Méthode de transmission.

Il n'est pas recommandé d'appliquer une règle générale telle que toujours choisir un moteur 20 % ou 30 % plus grand. La marge de sécurité doit être basée sur la charge réelle et le tableau de sélection de chaque fabricant.

Un surdimensionnement excessif peut également augmenter les coûts, les dimensions du châssis et le courant du système.

7. Vérification des charges radiales et axiales

Outre le couple, l'arbre de sortie peut également être soumis à des forces radiales et axiales.

Charge radiale

La charge radiale survient généralement lorsque l'arbre de sortie est équipé de :

• Pignons de chaîne.

• Poulies.

• Engrenages.

• Tambours de convoyeur.

Plus la force est appliquée loin de l'épaulement de l'arbre, plus la charge sur l'arbre et les roulements est importante. Par conséquent, il est nécessaire de vérifier la position de montage du pignon ou de la poulie, et pas seulement le diamètre de l'arbre.

Charge axiale

La charge axiale est une force de traction ou de poussée dans le sens de l'axe. Ce type de charge peut apparaître dans les vis sans fin, les agitateurs ou les mécanismes à entraînement direct.

La valeur de charge admissible doit être vérifiée selon le catalogue du modèle spécifique.

8. Sélection du type de réducteur approprié

Il n'existe pas de type de réducteur idéal pour toutes les applications. Le choix doit être basé sur la charge, l'espace d'installation, le rendement, l'orientation de l'axe et les exigences de maintenance.

9. Choix du type de montage

Les motoréducteurs peuvent utiliser différentes configurations :

• À pattes.

• À bride.

• Montage horizontal.

• Montage vertical.

• Arbre plein.

• Arbre creux.

Le type à pattes convient aux machines disposant d'un support et est généralement pratique pour l'alignement ou la maintenance. Le type à bride est adapté lorsqu'un montage direct sur le bâti de la machine est nécessaire ou qu'une structure compacte est requise.

L'arbre plein transmet généralement le mouvement via un accouplement, un pignon ou une poulie. L'arbre creux peut être monté directement sur l'arbre de la machine, mais il est nécessaire de vérifier le diamètre, la clavette, le système anti-rotation et les forces appliquées.

Lors d'un remplacement par une autre marque, il est impératif de comparer les plans des pattes, de la bride, de la hauteur d'axe et des dimensions de sortie avant de passer commande.

En savoir plus : Quelle est la différence entre un motoréducteur à pattes et à bride ?

10. Motoréducteur avec variateur de fréquence

Le variateur de fréquence permet de réguler la vitesse, d'assurer un démarrage progressif et de limiter les chocs mécaniques. Cependant, il convient de noter les points suivants :

• Un fonctionnement prolongé à basse vitesse peut réduire l'efficacité du refroidissement en raison de la faible rotation du ventilateur.

• L'augmentation de la fréquence accroît la vitesse mécanique du moteur et du réducteur.

• Le couple à basse vitesse dépend du mode de contrôle du variateur.

• Il est déconseillé d'utiliser un variateur pour compenser un rapport de réduction mal choisi.

• Un ventilateur de refroidissement indépendant peut être nécessaire si le moteur tourne continuellement à basse vitesse.

La plage de fréquence autorisée doit être confirmée conformément à la documentation du moteur et du réducteur.

11. Tableau des informations à fournir pour le choix d'un motoréducteur

Si le remplacement d'un ancien moteur est nécessaire, veuillez envoyer une photo de la plaque signalétique, le plan, les dimensions de l'arbre et une photo de l'emplacement de montage sur la machine.

Voir aussi : Motoréducteur DSK - Série MFG

12. Exemple de sélection d'un motoréducteur pour convoyeur

Supposons qu'un convoyeur nécessite une vitesse de sortie de 40 tr/min, fonctionne 16 heures par jour, démarre en charge, soit entraîné par pignon et chaîne, et utilise un variateur de fréquence.

La procédure de sélection doit être effectuée comme suit :

1. Calculer la force de traction du convoyeur à partir de la masse de la charge, du frottement et de l'angle d'inclinaison.

2. Déterminer le couple sur le tambour en fonction de la force de traction et du rayon du tambour.

3. Calculer la puissance nécessaire à partir du couple et de la vitesse.

4. Choisir le rapport de réduction à partir de la vitesse du moteur et de la vitesse de sortie.

5. Vérifier le couple de démarrage lorsque le convoyeur est chargé.

6. Appliquer le facteur de service en fonction de la durée de fonctionnement.

7. Vérifier la charge radiale due au pignon et à la chaîne.

8. Choisir le type de montage adapté au châssis du convoyeur.

9. Vérifier la plage de vitesse et la capacité de refroidissement lors de l'utilisation d'un variateur de fréquence.

En l'absence de données suffisantes sur la force de traction, le diamètre du tambour et les conditions de charge, il ne faut pas conclure sur un modèle spécifique uniquement à partir de la vitesse de sortie.

Erreurs courantes lors de la sélection d'un motoréducteur

• Sélectionner uniquement en fonction de la puissance de l'ancien moteur.

• Ne pas calculer le couple de démarrage.

• Ne pas vérifier la charge radiale.

• Choisir un rapport de réduction sans vérifier la vitesse réelle.

• Ne pas prendre en compte le nombre d'heures de fonctionnement par jour.

• Ignorer le nombre de démarrages et d'inversions de sens.

• Choisir un mauvais type de fixation (pied, bride) ou une mauvaise orientation de montage.

• Faire fonctionner le variateur trop lentement ou trop rapidement pendant de longues périodes.

• Ne pas comparer avec le plan avant l'usinage du support machine.

Conclusion

La sélection précise d'un motoréducteur doit commencer par trois facteurs : la charge, la vitesse et la durée de fonctionnement. La charge détermine le couple et la puissance ; la vitesse détermine le rapport de réduction ; la durée de fonctionnement influence le facteur de service, la dissipation thermique et la durée de vie de l'équipement.

MDriveTech vous aide à sélectionner le motoréducteur en fonction de la charge, de la vitesse, de la durée de fonctionnement et de la structure de la machine. Les clients peuvent envoyer les paramètres de charge, des photos de la machine, des plans ou la plaque signalétique de l'équipement utilisé pour obtenir une vérification et une recommandation de modèle approprié.

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Questions fréquentes

Quelle est la marge de sécurité appropriée pour choisir un motoréducteur ?

Il n'existe pas de taux de réserve universel pour toutes les applications. Le niveau de réserve dépend du type de charge, du nombre d'heures de fonctionnement, de la fréquence des démarrages, du niveau de chocs et des conditions environnementales. Il est recommandé de calculer le couple réel, puis de le comparer au facteur de service indiqué dans le catalogue du fabricant.

Peut-on choisir un motoréducteur uniquement en fonction de sa puissance ?

Non. Deux motoréducteurs de même puissance peuvent présenter des différences au niveau du rapport de réduction, du couple de sortie, de la charge admissible, du diamètre d'arbre et du type de montage. La puissance n'est qu'un des paramètres à vérifier.

Quelles précautions prendre pour un moteur fonctionnant 24h/24 ?

Il est nécessaire de vérifier le facteur de service, la capacité de dissipation thermique, la classe de rendement du moteur, le lubrifiant et la température ambiante. Le moteur ne doit pas fonctionner en permanence à la limite de ses capacités si les conditions de refroidissement ou de charge sont instables.

Peut-on choisir un moteur plus petit en utilisant un variateur de fréquence ?

Il ne faut pas le supposer par défaut. Le variateur facilite le démarrage et permet le réglage de la vitesse, mais le moteur doit toujours fournir un couple suffisant pour la charge. Si le moteur choisi est trop petit, le système risque d'être en surcharge ou de ne pas démarrer.

Comment choisir un moteur lorsque la plaque signalétique de l'équipement est perdue ?

Il est nécessaire de mesurer la vitesse de sortie, le diamètre de l'arbre, les dimensions de la base ou de la bride, tout en déterminant la charge et le courant de fonctionnement. Il est conseillé d'envoyer des photos de l'équipement complet et de son emplacement de montage pour que le service technique puisse examiner le modèle de remplacement approprié.