Réducteur à vis sans fin ou réducteur hélicoïdal : quel entraînement convient le mieux à votre machine ?

Ce qui distingue un réducteur à vis sans fin d'un réducteur hélicoïdal

Une boîte de vitesses à vis sans fin transmet la puissance via une vis sans fin filetée qui glisse contre une roue dentée, tandis qu'une boîte de vitesses hélicoïdale transmet la puissance via des dents inclinées qui s'enroulent en prise. Cette seule différence, entre contact glissant et contact roulant, est à l'origine de presque tous les écarts de performances entre les deux types.

Dans un entraînement à vis sans fin, la vis sans fin tourne contre une roue à vis sans fin en bronze ou en alliage. Étant donné que les dents glissent plutôt que roulent, le frottement augmente avec des rapports plus élevés, ce qui explique pourquoi l'efficacité diminue à mesure que le rapport de réduction augmente. Dans un entraînement hélicoïdal, les dents en acier trempé et rectifié entrent progressivement en prise, ce qui maintient une faible friction sur toute la plage de rapport et produit un fonctionnement plus silencieux.

Un réducteur à vis sans fin à double enveloppe va encore plus loin dans la conception de la vis sans fin : la vis sans fin s'enroule autour de la roue à vis sans fin, de sorte que les deux entrent en contact le long d'une ligne plutôt qu'en un point. Cette plus grande zone de contact augmente la capacité de charge et améliore l'efficacité par rapport à un entraînement à vis sans fin cylindrique classique.

Efficacité, chaleur et coût énergétique à vie

Les boîtes de vitesses hélicoïdales sont en tête en termes d'efficacité avec 95 à 98 % à pleine charge ; les réducteurs à vis sans fin vont d'environ 50 % pour des rapports élevés à environ 90 % pour une unité à double enveloppe bien conçue. L'avantage hélicoïdal est faible aux faibles rapports mais devient décisif sur les machines qui fonctionnent plusieurs heures par jour.

La chaleur est la conséquence visible d’une perte d’efficacité. Un entraînement à vis sans fin perd de l'énergie au point de contact coulissant, et cette énergie se transforme en chaleur à l'intérieur de la boîte de vitesses. Les unités à vis sans fin à rapport élevé peuvent nécessiter des ailettes de refroidissement, une lubrification forcée ou un déclassement pour un service continu. Les boîtes de vitesses hélicoïdales fonctionnent plus froidement et acceptent plus facilement un fonctionnement soutenu à grande vitesse.

L’écart de coûts est plus facile à mesurer qu’à voir. Un entraînement hélicoïdal de 100 kW avec un rendement de 97 % gaspille environ 3 kW. Un entraînement à vis sans fin avec un rendement de 75 % gaspille 25 kW. Sur 20 000 heures de fonctionnement, cette différence approche les 440 000 kWh, de quoi rendre la boîte de vitesses hélicoïdale moins chère en coût total même lorsque son prix d'achat est plus élevé.

Plage de rapport, capacité de couple et gestion de la charge

Une boîte de vitesses à vis sans fin offre le rapport à un étage le plus élevé, généralement de 10 : 1 à 60 : 1, tandis qu'un seul étage hélicoïdal est normalement limité à 1,5 : 1 à 10 : 1. Lorsque l'application nécessite une réduction importante avec un faible encombrement, la conception à vis sans fin présente un avantage structurel qu'aucune disposition hélicoïdale ne peut égaler en une seule étape.

Pour correspondre à un rapport de vis sans fin de 60 : 1, une boîte de vitesses hélicoïdale nécessite deux ou trois étages de réduction, ce qui ajoute de la longueur, du poids, des roulements et du coût. La boîte de vitesses à vis sans fin atteint le même rapport dans un boîtier compact à angle droit, c'est pourquoi les réducteurs à vis sans fin dominent les mélangeurs, les entraînements de convoyeurs, les presses à comprimés et les accessoires pour chariots élévateurs.

La capacité de charge dépend de la géométrie du contact. Un entraînement à vis sans fin cylindrique classique a un contact ponctuel entre la vis sans fin et la roue ; un réducteur à vis sans fin à double enveloppe hautes performances remplace cela par un contact en ligne, augmentant la capacité de couple et réduisant l'usure pour une taille de cadre donnée. Shanghai SGR Heavy Industry Machinery Co., Ltd. (SGR) construit des réducteurs à vis sans fin cylindriques et à double enveloppe, et la série à double enveloppe est celle que les ingénieurs spécifient généralement lorsque la charge est lourde et le rapport élevé.

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Auto-verrouillage, bruit et précision de positionnement

Une boîte de vitesses à vis sans fin peut s'auto-verrouiller et maintenir une charge verticale sans frein externe lorsque l'angle d'attaque est inférieur à environ 5 degrés ; une boîte de vitesses hélicoïdale ne peut pas s'auto-verrouiller. Cette propriété unique modifie la façon dont chaque type est utilisé dans les équipements de levage et de positionnement.

Les palans, ascenseurs et mécanismes d'inclinaison s'appuient sur des entraînements à vis sans fin autobloquants comme dispositif de sécurité : lorsque le moteur s'arrête, la charge reste en place. Le compromis est que les jeux de vis sans fin autobloquantes fonctionnent à l’extrémité inférieure de la plage d’efficacité. Les entraînements hélicoïdaux ne se bloquent jamais automatiquement, c'est pourquoi les applications verticales avec réducteurs hélicoïdaux nécessitent toujours un frein mécanique.

Le bruit suit le modèle de contact. Les engrenages hélicoïdaux s'engagent progressivement, ce qui produit de faibles vibrations et un bruit constant à grande vitesse. Les entraînements à vis sans fin sont silencieux à basse vitesse, mais des roues à vis sans fin usées ou une lubrification marginale peuvent créer du broutage. Pour le positionnement, un réducteur de vitesse à vis sans fin à double enveloppe offre un jeu inférieur à celui de la plupart des unités à vis sans fin à un étage, c'est pourquoi il apparaît dans les tables rotatives et les indexeurs de précision.

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Prix d'achat, maintenance et coût total de possession

Une boîte de vitesses à vis sans fin coûte moins cher à l'achat et ne nécessite que des contrôles d'huile de base, mais une boîte de vitesses hélicoïdale remporte généralement la comparaison du coût total lorsque la machine fonctionne plus de quelques heures par jour. Le prix d’achat ne devrait jamais être le chiffre décisif.

Les réducteurs à vis sans fin utilisent des huiles EP minérales ou synthétiques et la roue à vis sans fin en bronze s'use au cours des premières centaines d'heures. Les vidanges d'huile programmées et les contrôles occasionnels du jeu constituent la routine d'entretien normale. Les boîtes de vitesses hélicoïdales fonctionnent avec un bain d'huile ou une lubrification forcée, nécessitent un alignement correct lors de l'installation et prolongent généralement les intervalles de vidange d'huile car elles fonctionnent à un niveau plus froid.

Pour une image plus large des familles de réducteurs, voir ceci comparaison de trois types courants de réducteurs industriels . Le choix porte rarement sur le type qui est le meilleur ; il s'agit de savoir quelle conception correspond au cycle de service, à la géométrie de montage et au budget énergétique de la machine.

Note de terrain

En service de mélangeur et d'agitateur, le risque de défaillance le plus élevé n'est pas l'usure des engrenages mais la surchauffe de l'huile à des taux élevés. Si la boîte de vitesses à vis sans fin fonctionne en continu au-dessus de 30:1, vérifiez la valeur thermique auprès du fabricant avant l'approbation. SGR peut recommander un réducteur à vis sans fin cylindrique à un étage qui correspond au boîtier, à la classe de service et au facteur de service de l'application.

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Comment choisir entre les réducteurs à vis sans fin et hélicoïdaux

Choisissez une boîte de vitesses à vis sans fin lorsque vous avez besoin d'un rapport élevé à un étage, d'une sortie à angle droit, d'une taille compacte ou d'un autoverrouillage ; choisissez une boîte de vitesses hélicoïdale lorsque l'efficacité, le service continu et la faible génération de chaleur déterminent l'économie de fonctionnement.

Effectuez ces six vérifications dans l’ordre :

1. Définissez le couple de sortie et le facteur de service, pas uniquement la puissance du moteur.
2. Confirmez le rapport exact et vérifiez si un stade de ver peut le couvrir.
3. Mesurez l'enveloppe de montage : les entraînements à vis sans fin permettent d'économiser de l'espace dans les configurations à angle droit.
4. Estimer le cycle de service ; au-dessus d’un droit de douane d’environ 50 %, l’efficacité commence à dominer.
5. Comparez le coût énergétique sur la durée de vie en utilisant la différence d’efficacité et les heures de fonctionnement.
6. Vérifiez les besoins de positionnement tels que les limites de jeu et les exigences d'autoverrouillage.

Pour les machines qui nécessitent la densité de couple la plus élevée dans un boîtier coaxial, un entraînement planétaire est un autre candidat ; notre Comparaison des réducteurs planétaires et hélicoïdaux couvre cette décision. Si une unité à vis sans fin cylindrique est la bonne réponse, parcourez les guide de sélection des réducteurs à vis sans fin cylindrique avant de lancer une demande de devis.

Questions fréquemment posées