Comment fonctionne le moyeu

Le moyeu Velotegra est une transmission de moyeu de vélo planétaire, mais contrairement aux transmissions de moyeu de vélo conventionnelles, il utilise des engrenages coniques. Cette architecture planétaire en biseau présente des avantages uniques par rapport aux unités planétaires classiques. Ces avantages et le fonctionnement du concentrateur sont mieux compris par une comparaison avec les concentrateurs conventionnels.

Configuration planétaire conventionnelle

La figure 1 ci-dessous montre une unité de transmission planétaire conventionnelle. Un arbre (en gris) est relié à un porte-satellites (également en gris) qui porte trois satellites (en argent). Ces engrenages planétaires engrènent avec une couronne (en bleu) dont la rotation est empêchée. Par conséquent, les satellites sont obligés de conduire une roue solaire (en rouge) lorsqu’ils se déplacent avec le porte-satellite qui tourne avec l’arbre. Il en résulte un rapport de montée, la roue solaire tournant plus vite que l’arbre. L’exemple de la figure 1 présente un taux d’augmentation de 1 à 2,67 (entrée à sortie).

Standard planetary unit

Figure 1: Unité planétaire standard

 

Configuration planétaire en biseau équivalente

La figure 2 montre l’unité planétaire-conique équivalente du même rapport (où les mêmes couleurs montrent les éléments correspondants). Il est immédiatement évident que la disposition planétaire-conique permet des engrenages planétaires de plus grand diamètre car ils ne sont pas confinés entre la roue solaire et la couronne. Au lieu de cela, les engrenages planétaires peuvent s’étendre sur toute la largeur du moyeu, donnant un diamètre plus grand. De cette manière, le diamètre des engrenages planétaires est découplé du rapport d’engrenage de l’unité, ce qui permet d’optimiser le diamètre du planétaire de manière indépendante pour répondre à d’autres exigences de conception, telles que le couple. Une plus grande capacité de couple peut être obtenue parce que les grands engrenages planétaires permettent aux dents d’engrenages d’être plus grandes pour le même nombre de dents. Par exemple, les engrenages planétaires des figures 1 et 2 ont 18 dents, mais l’unité planétaire en biseau de la figure 2 a trois fois la taille de la dent de l’unité conventionnelle de la figure 1. Cela donne des dents beaucoup plus fortes et une plus grande capacité de couple, même avec seulement deux engrenages planétaires, comme illustré.

 

Basic bevel planetary unit

Figure 2: Engrenage planétaire-conique

 

Engrenages planétaires empilés

Les engrenages planétaires de l’unité planétaire en biseau peuvent être disposés horizontalement dans une configuration empilée plutôt que coudée, comme illustré à la figure 3. Cela donne le même rapport que l’unité de la figure 2, mais avec une géométrie plus simple. D’autres avantages de la configuration en biseau sont conservés, tels que le découplage du diamètre du satellite du rapport de transmission.

Bevel planetary stacked planet gears v13

Figure 3: Unité planétaire-conique avec engrenages planétaires empilés

 

Engrenages à rouleaux et pignons

La grande taille de la dent ouvre une autre option de conception intéressante – il y a maintenant assez d’espace pour que les dents d’engrenage ordinaires soient remplacées par des rouleaux engrenés, comme illustré à la figure 4. Les rouleaux réduisent le frottement interne et l’usure du moyeu. remplacer le frottement de glissement entre les dents par un frottement de roulement.

 

Bevel planetary stacked planet gears rollers

Figure 4: Unité planétaire-conique avec dents de rouleau et pignons

 

Plusieurs engrenages et changement

Pour gagner plus d’une vitesse, plusieurs vitesses de sonnerie peuvent être ajoutées. Comme illustré à la figure 5, une petite couronne est ajoutée et engrène avec les satellites inférieurs de chaque pile de satellites. Lorsque cette petite couronne est immobilisée par un mécanisme de changement de vitesse (non représenté) et que la grande couronne est libre de tourner, le rapport de transmission est un rapport de montée: 1: 2 (entrée à sortie). Lorsque la petite couronne est relâchée et que la grande couronne est immobilisée par le mécanisme de changement de vitesse, le rapport de transmission revient à 1: 2,67 comme auparavant. Vous pouvez ajouter plus d’engrenages en empilant simplement plus de planétaires avec les couronnes correspondantes. Le rapport de transmission est ensuite sélectionné par le mécanisme de changement de vitesse maintenant la couronne correspondante à l’arrêt et laissant toutes les autres couronnes tourner librement.

 

 

Bevel planetary stacked planet gears roller multiple rings

Figure 5: Unité planétaire-conique avec dents de rouleau et multiples couronnes dentées

 

Autres avantages de l’architecture planétaire-conique

La configuration planétaire en biseau présente également d’autres avantages, notamment:

Rapports d’engrenage plus élevés: La configuration planétaire en biseau se prête mieux aux rapports d’engrenage que les unités conventionnelles. Cela signifie que le vélo peut avoir un plateau à chaîne plus petit et donc une ligne de chaîne plus compacte. Des rapports plus élevés conviennent également mieux à l’entraînement direct lorsqu’il n’y a pas de chaîne intermédiaire pour augmenter le rapport global.

Ratios de montée en puissance de 1: 2 dans un seul étage planétaire de base: Dans un hub planétaire classique, un rapport de montée en puissance de 1: 2 est impossible dans un seul étage planétaire de base, car il nécessiterait des engrenages planétaires infiniment petits. Même des rapports de réduction proches de 1: 2 ne sont pas pratiques, car les engrenages planétaires sont trop petits. Aucune restriction de ce type n’est présente avec une configuration planétaire en biseau – un rapport de multiplication de 1: 2 est facilement obtenu, comme illustré à la figure 5 lorsque la couronne inférieure est immobilisée.

Rapport de contact entre les engrenages amélioré: la douceur de l’engrènement entre deux engrenages dépend du nombre moyen de dents engagées à la fois – plus il y a de dents engagées, plus la charge transférée est lisse. Ceci est connu comme le rapport de contact de la vitesse; plus ce rapport est élevé, plus les engrenages sont lisses. Comme le montre la figure 1, dans une transmission conventionnelle à moyeu planétaire, le rapport de contact entre les engrenages planétaires et la couronne est généralement très élevé (de nombreuses dents sont engagées à un moment donné). Cela est dû au fait que les dents de l’engrenage se rapprochent les unes des autres avec un faible angle, du fait de la direction tournée vers l’intérieur des dents de la couronne. Cependant, le rapport de contact entre les engrenages planétaires et le planétaire est beaucoup plus faible – le même qu’un couple d’engrenages cylindriques équivalents. Avec une configuration planétaire en biseau, ces extrêmes de rapport de contact sont plus uniformes tout au long de la transmission, ce qui entraîne un rapport de contact minimum plus élevé. Cela se traduit par un maillage plus lisse pour la transmission dans son ensemble.

Jeux plus importants intégrés: Les dents de l’engrenage étant beaucoup plus grandes, un jeu plus grand entre les surfaces en prise des dents peut être intégré sans risque de saut ou de détérioration des dents. Cela présente de multiples avantages: cela permet au moyeu d’être fabriqué avec un jeu initial suffisant pour éviter toute période de rodage nécessaire pour atteindre une efficacité mécanique totale; il évite tout enchevêtrement des engrenages dans le moyeu en raison des fortes charges exercées sur la pédale; et cela permet des tolérances de fabrication plus généreuses et donc des coûts de fabrication plus bas.

Dents d’engrenage conique à profil constant: Les engrenages coniques nécessitent normalement un profil de dent qui varie radialement du centre de l’engrenage vers l’extérieur (sur toute la largeur de face des dents). Cependant, lorsque le pas de l’engrenage est grand, la face d’engrenage peut être petite pour la même charge appliquée. Cela signifie que la variation du profil de la dent est faible sur la face de la dent. En conséquence, les rouleaux peuvent avoir une forme cylindrique plutôt que tronconique et les dents du pignon peuvent avoir un profil constant pour correspondre à la surface du rouleau cylindrique. Cela simplifie la fabrication et les coûts associés.