Synthèse des trains d'engrenages épicycloïdaux pour transmissions automatiques automobiles

Dans cet article, nous aborderons la synthèse des trains épicycloïdaux pour les transmissions automatiques automobiles, leurs applications et leur coût. Après votre lecture, vous souhaiterez peut-être approfondir vos recherches sur cette technologie. Voici quelques liens pour aller plus loin. Ils traitent également d'une application dans les transmissions de véhicules hybrides. Examinons les principes de base des trains épicycloïdaux. Très efficaces, ils constituent une alternative prometteuse aux systèmes d'engrenages conventionnels.

Synthèse des trains d'engrenages épicycloïdaux pour transmissions automatiques automobiles

L'objectif principal des transmissions automatiques automobiles est de maintenir l'équilibre entre le moteur et les roues motrices. La structure cinématique des trains épicycloïdaux est déduite de leurs représentations graphiques. Le processus de synthèse repose sur un algorithme qui génère des trains épicycloïdaux admissibles comportant jusqu'à dix maillons. Cet algorithme permet aux concepteurs de créer des trains d'engrenages automobiles plus performants et offrant un meilleur équilibre entre le moteur et les roues motrices.
Dans cet article, nous présentons une technique d'optimisation sous MATLAB pour déterminer les rapports de transmission des mécanismes épicycloïdaux. Nous calculons également le nombre de dents de chaque engrenage. Nous estimons ensuite les rapports de vitesse globaux des trains épicycloïdaux obtenus. Enfin, nous analysons la faisabilité des trains épicycloïdaux proposés pour les transmissions automatiques automobiles en comparant leurs caractéristiques structurelles.
Le schéma fonctionnel suivant représente un train épicycloïdal à six maillons. Chaque maillon est représenté par un graphique bicolore. Les numéros sur le graphique correspondent aux maillons. Chaque maillon comporte plusieurs articulations, ce qui permet à l'utilisateur de générer différentes configurations pour chaque train épicycloïdal. La signification des numéros sur les différents graphiques est différente, et il en va de même pour le graphique bicolore.
Dans le chapitre suivant, nous aborderons la synthèse des trains d'engrenages épicycloïdaux pour les boîtes-ponts automatiques automobiles. SAE International est une organisation internationale d'ingénieurs et d'experts techniques spécialisés dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile. Sa branche caritative, la Fondation SAE, soutient de nombreux programmes et initiatives, notamment le Collegiate Design Series et le prix A World In Motion® de la Fondation SAE.

Applications

Le système d'engrenages épicycloïdaux est un type de train épicycloïdal. Il permet une réduction de vitesse importante dans un espace réduit. Dans l'automobile, les trains épicycloïdaux sont fréquemment utilisés pour les transmissions automatiques. Ces trains d'engrenages sont également utilisés dans les palans et les poulies. Ils trouvent de nombreuses applications en génie mécanique et électrique. Ils peuvent être utilisés pour la transmission à grande vitesse et nécessitent moins d'espace que d'autres types de trains d'engrenages.
Les avantages d'un train d'engrenages épicycloïdaux résident dans sa structure compacte, son faible poids et sa forte densité de puissance. Cependant, il présente aussi des inconvénients. Les pertes par engrenage sont dues au frottement entre les dents des engrenages, au brassage de l'huile de lubrification et au frottement entre les paliers de support d'arbre et les pignons. Cette perte de puissance, appelée puissance latente, s'avère considérable, comme l'ont démontré des études antérieures.
Le train épicycloïdal est couramment utilisé pour les transmissions à grande vitesse, mais son faible encombrement le rend également adapté à diverses applications. Il sert notamment de différentiel dans les bâtis à grande vitesse, pour l'entraînement des bobines et pour le système de dévidage positif Roper sur les métiers à tisser. De plus, sa facilité de fabrication en fait un excellent choix pour de nombreux environnements industriels.
Un autre exemple de train d'engrenages épicycloïdaux est le train planétaire. Il se compose de deux roues dentées, la roue centrale étant la roue solaire et la roue planétaire la roue centrale. Chaque roue est montée de sorte que son centre tourne autour de la roue centrale de l'autre. Les cercles primitifs de la roue planétaire et de la roue solaire sont conçus pour que leurs axes primitifs soient parfaitement synchronisés. Le cercle primitif de la roue planétaire présente un point qui décrit la courbe épicycloïdale.
Ce système d'engrenages offre également un MTTR inférieur à celui d'autres types d'engrenages planétaires. Le principal inconvénient de ces trains d'engrenages réside dans le grand nombre de roulements nécessaires à leur fonctionnement. De plus, les engrenages planétaires exigent une maintenance plus importante que les engrenages à arbres parallèles, ce qui les rend plus difficiles à surveiller et à réparer. Leur MTTR est également inférieur à celui des engrenages à arbres parallèles. Enfin, un léger défaut d'alignement peut entraîner un désalignement ou une perte d'efficacité.
Un autre exemple d'engrenage épicycloïdal est le différentiel d'une automobile. Ces engrenages servent à transmettre la puissance dans les montres-bracelets, les tours et les automobiles. On les retrouve également dans de nombreuses autres applications, notamment en aéronautique. Silencieux et robustes, ils constituent un excellent choix pour de nombreuses applications. Ils sont utilisés dans les transmissions, les machines textiles et même l'aérospatiale. Le point primitif est la distance entre deux dents d'un engrenage. Le pas axial d'une dent peut être augmenté en augmentant son diamètre de base.
Un engrenage épicycloïdal est également appelé engrenage à développante. Le nombre de dents de chaque engrenage détermine sa vitesse de rotation. Un pignon solaire à 24 dents entraîne un train épicycloïdal à N dents avec un rapport de 3/2. Un pignon solaire à 24 dents correspond donc à un train épicycloïdal avec un rapport de -3/2. Par conséquent, le système d'engrenages épicycloïdaux fournit un couple élevé aux roues motrices. Cependant, ce type d'engrenage est peu utilisé dans les véhicules.

Coût

Le coût des engrenages épicycloïdaux est inférieur lorsqu'ils sont usinés plutôt que fabriqués sur une fraiseuse à commande numérique classique. Les porte-satellites épicycloïdaux doivent être coulés puis usinés sur une machine dédiée équipée de plusieurs outils de coupe permettant une usinage simultané. Cette approche est largement utilisée dans les applications industrielles et particulièrement avantageuse dans le secteur automobile. Les avantages d'une transmission par engrenages épicycloïdaux de qualité sont nombreux.
Un exemple en est le système planétaire où les planètes orbitent autour du soleil tout en tournant sur son axe. La vitesse de chaque engrenage dépend du nombre de dents et de la vitesse du porte-satellites. Le calcul des vitesses relatives des engrenages épicycloïdaux peut s'avérer complexe, car il faut déterminer la vitesse relative du soleil et des planètes. Le soleil, fixe, n'étant pas à l'arrêt lors de l'engrènement, il est nécessaire de calculer la vitesse relative.
Pour déterminer la transmission de puissance par engrenage, les engrenages épicycloïdaux doivent être conçus pour permettre un certain flottement. Si la charge tangentielle est trop faible, le partage de charge sera moindre. Un engrenage épicycloïdal doit donc permettre ce flottement. Il doit également supporter une certaine charge tangentielle et des vitesses axiales. Plus ces facteurs sont élevés, plus le rendement de l'engrenage sera important.
Un train épicycloïdal est composé d'au moins deux engrenages cylindriques à denture droite disposés circonférentiellement. Ces engrenages sont agencés de telle sorte que le satellite tourne à l'intérieur du cercle primitif de la couronne extérieure fixe. Cette courbe est appelée hypocycloïde. Un train épicycloïdal dont le satellite est en prise avec le planétaire est appelé train planétaire. Le planétaire est fixe, tandis que le satellite est mené.
Un train épicycloïdal comporte plusieurs engrenages. Chaque engrenage possède un nombre d'engrènements différent, ce qui détermine la vitesse de rotation (tours par minute). Le train épicycloïdal permet d'augmenter la fréquence d'application de la charge en convertissant le couple d'entrée en dents de scie. Il est composé de trois engrenages : le planétaire, les satellites et la couronne. Le planétaire est l'engrenage central, tandis que les satellites gravitent autour de lui. La couronne possède plusieurs dents, ce qui augmente la vitesse de rotation.
Un autre type d'engrenage épicycloïdal est le réducteur planétaire. Ce réducteur comporte plusieurs roues dentées tournant autour d'un arbre central. Sa conception compacte en fait un choix privilégié pour les applications où l'espace est limité. Ce type de réducteur est utilisé dans les transmissions automatiques. De plus, il est employé dans de nombreuses applications industrielles impliquant des motoréducteurs électriques. Le choix du réducteur dépendra de la vitesse et du couple des arbres d'entrée et de sortie.

Édité par CX le 14 novembre 2023