Conception d'un réducteur planétaire pour un Véhicule à guidage automatisé (AGV) nécessite un examen attentif du couple, de la vitesse, des contraintes d'espace, de l'efficacité et de la durabilité. Vous trouverez ci-dessous un guide étape par étape pour concevoir un réducteur planétaire adapté aux applications AGV.
1. Exigences de conception
• Avant de commencer, définissez les exigences clés :
• Vitesse d'entrée (RPM) : Vitesse du moteur (par exemple, 3 000 RPM).
• Vitesse de sortie (RPM) : Vitesse de roue souhaitée (par exemple, 100 RPM).
• Couple requis : basé sur la charge, l'accélération et l'inclinaison de l'AGV (par exemple, 50 Nm).
• Efficacité : Élevée (≥95% par étage).
• Taille et poids : Compact et léger.
• Durabilité : Longue durée de vie avec un minimum d'entretien.
• Montage : Compatibilité avec l'ensemble moteur et roue.
• Jeu : minimal pour un contrôle de mouvement précis.
2. Calcul du rapport de transmission
Engrenages planétaires offrent des taux de réduction élevés dans des espaces compacts.
Rapport de démultiplication (i) = Vitesse d'entrée / Vitesse de sortie
Exemple :
Si la vitesse du moteur = 3 000 tr/min, la vitesse de la roue = 100 tr/min
Rapport de démultiplication = 3000/100 = 30:1
Pour les rapports élevés, un réducteur planétaire à plusieurs étages (par exemple 2 ou 3 étages) est utilisé :
Étape 1 : 5:1
Étape 2 : 6 : 1
Rapport total = 5 × 6 = 30:1
3. Composants du réducteur planétaire
Un train épicycloïdal se compose de :
(1) Sun Gear (entraîné par l’entrée du moteur).
(2) Engrenages planétaires (3-4 engrenages engrenés avec le soleil et la couronne).
(3) Couronne dentée (stationnaire ou tournante, selon configuration).
(4) Support (relie les engrenages planétaires à l'arbre de sortie).
Configurations courantes pour les AGV :
• Couronne fixe (la plus courante) :
Planétaire → Entrée
Couronne → Fixe
Porteuse → Sortie
Rapport de démultiplication = 1 + (dents annulaires / dents solaires)
• Transporteur fixe : utilisé pour les réductions à grande vitesse.
4. Sélection des matériaux
Engrenages : Acier cémenté (20MnCr5, 18CrNiMo7-6) pour plus de durabilité.
Couronne dentée : même matériau ou métaux frittés pour une meilleure rentabilité.
Planet Carrier : Aluminium (léger) ou acier (couple élevé).
Roulements : roulements à gorge profonde ou à contact oblique de haute précision.
5. Calculs de couple et de charge
Couple d'entrée (T_in) :
Tin=Pmoteur/Moteur 2πN
(Où Moteur P = puissance moteur en Watts, Nmoteur= vitesse du moteur en tr/min)
Couple de sortie (T_out) :
Tout=Étain×i×η
(Où η = efficacité, typiquement 0,95 par étage)
Charge dentaire (F_t) :
Ft=2Étain/soleil
(Où soleil= diamètre primitif du planétaire)
Facteur de sécurité : ≥1,5 pour les applications AGV.
6. Conception des dents d'engrenage (sélection du module)
Modules (m) : Détermine la taille des dents (standard : 1-3 mm pour les AGV).
Diamètre de pas (d) :
d=m×z
(Où z = nombre de dents)
Espacement des engrenages planétaires :
(dsun+dplanet)=dring−dsun/2=
Rapport de contact : ≥1,2 pour un fonctionnement fluide.
7. Conception des roulements et du boîtier
Roulements planétaires : roulements à aiguilles pour plus de compacité.
Roulement d'arbre de sortie : roulements à rouleaux coniques pour charges axiales.
Boîtier : Aluminium pour gagner du poids ou fonte pour plus de rigidité.
8. Lubrification et étanchéité
Lubrification : Graisse (sans entretien) ou huile (haute performance).
Joints : IP65 ou supérieur pour la résistance à la poussière et à l'eau.
9. Contrôle du jeu
Engrenages de précision :
Précharge réglable : engrenages planétaires à ressort.
10. Prototypage et tests
Analyse FEA : vérifiez les contraintes sur les engrenages et le boîtier.
Test d'efficacité : garantissez une efficacité globale >90 %.
Test de durabilité : fonctionne sous charge pendant plus de 500 heures.
Exemple de spécifications de réducteur planétaire AGV
|
Paramètre |
Valeur |
|
Puissance du moteur |
400 W |
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Vitesse d'entrée |
3000 tr/min |
|
Vitesse de sortie |
150 tr/min |
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Rapport de démultiplication |
15:1 |
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Couple de sortie |
120 Nm |
|
Poids |
|
|
Efficacité |
≥90 % |
|
Contrecoup |
|
Conclusion
Un réducteur planétaire bien conçu pour les AGV doit équilibrer compacité, densité de couple et efficacité. Les conceptions à plusieurs étapes sont courantes pour des réductions élevées, tandis que la sélection des matériaux et la fabrication de précision garantissent la fiabilité. Utiliser des outils de CAO (SolidWorks, CATIA) et de simulation (ANSYS, Romax) pour la validation avant production.
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