Le rapport de transmission d'une voiture RC expliqué et calculé

Introduction

Pour chaque paire d'engrenages dans une voiture RC, il existe un rapport de démultiplication. Le rapport de vitesse est simplement le nombre de dents d'un engrenage divisé par le nombre de dents de l'engrenage correspondant. Les rapports de vitesse sont importants car ils nous permettent de mieux contrôler la vitesse et le couple. Nous pouvons sacrifier la vitesse afin de bénéficier d'un couple plus important.

Cette relation nous permet d'obtenir un régime de sortie optimal en ajustant le rapport de transmission. Autre point à noter, il est beaucoup plus facile d'extraire de la puissance d'un moteur sans balai à haut régime que d'un moteur tournant plus lentement.  Tout cela est rendu possible par l'utilisation du rapport de vitesse

L'une des questions que les plus posée concerne les rapports de vitesse : comment cela fonctionne-t-il, que se passe-t-il lorsque nous mettons tel rapport sur tel autre, pouvons-nous obtenir de meilleurs temps de fonctionnement si nous changeons le rapport, etc. Il peut s'agir d'un véritable cauchemar de déterminer la meilleure façon de démultiplier votre véhicule, mais avec un peu de mathématiques et une calculatrice, vous pouvez devenir un expert en démultiplication en un rien de temps - ou du moins assez bon pour atteindre vos objectifs.

Nous le savons, le mot "maths" vous laisse un mauvais goût dans la bouche, mais nous ne parlons pas ici de trigonométrie de haut niveau. Au contraire, si vous savez multiplier et diviser, et si vous connaissez le fonctionnement des ratios, vous êtes parfaitement équipé pour accomplir cette tâche.

Allumez votre calculatrice et attachez-vous, car nous allons d'abord nous pencher sur le jargon et les concepts à connaître avant de nous plonger dans le vif du sujet.

Qu'est-ce qu’un engrenage ?

Tout le monde sait ce qu'est un engrenage, mais le terme "engrenage" fait référence à la façon dont les engrenages individuels fonctionnent ensemble pour obtenir un avantage mécanique. Un seul engrenage ne peut pas vraiment vous aider, et si deux engrenages ont exactement la même circonférence, ils n'aident pas beaucoup non plus, donc pour nos besoins, l'engrenage se réfère à une collection d'engrenages de tailles différentes travaillant ensemble vers un but commun. Les engrenages les plus courants que vous pouvez changer sur un véhicule R/C sont le pignon, qui est l'engrenage directement connecté à l'arbre de sortie du moteur, et l'engrenage droit, qui est l'engrenage d'entraînement principal dans un véhicule, et qui s'interface généralement avec le pignon (un pignon peut également être un engrenage associé à un ensemble de différentiel, alors assurez-vous d'utiliser le contexte pour déduire à quoi vous faites référence). Un différentiel est un ensemble d'engrenages conçus pour permettre à deux pneus d'un même essieu de tourner à des vitesses différentes.

Le rapport de démultiplication est une mesure du nombre de tours d'un engrenage par rapport à un autre. Une augmentation de la vitesse fait référence à une diminution du rapport de vitesse, et une diminution de la vitesse fait référence à une augmentation du rapport de vitesse. Lorsque nous commencerons à parler des moteurs, nous ferons référence au Kv du moteur, ce qui est une façon courte de faire référence au nombre de tours par minute du moteur par volt appliqué au moteur (lorsqu'il tourne sans charge). Le nombre de dents est le nombre de dents de l'engrenage, et le pas de l'engrenage est le nombre de dents par pouce de diamètre de l'engrenage. Il existe quelques tailles courantes que nous utilisons en R/C, comme le pas de 32 (32P), le pas de 48 (48P) et le pas de 64 (64P). Il existe également une variante métrique du pas, le module, et les tailles courantes sont 1Mod, 0,8Mod et 0,6Mod. Il faut savoir que le pas de 32 et le module de 0,8 sont à peu près la même chose et peuvent être utilisés de manière interchangeable. Certains pensent que le pas de 48 et le 0,6Mod sont également identiques, mais c'est faux. Bien qu'ils soient très similaires, avec le temps, vous remarquerez une certaine usure des dents là où elles ne s'emboîtent pas exactement.

Que fait l'engrenage

Le régime et le couple sont inversement proportionnels; lorsque l'un augmente, l'autre doit diminuer.

La raison pour laquelle nous utilisons des engrenages dans les véhicules (à la fois dans la vie réelle et en R/C) est la relation inverse entre le couple et la vitesse de rotation d'un objet. Imaginons un vélo à cinq vitesses que vous aviez quand vous étiez enfant. Lorsque vous passiez la première vitesse, il était facile de pédaler, mais vous n'alliez jamais très vite. Au fur et à mesure que vous passiez les vitesses, vous pouviez aller de plus en plus vite avec un minimum d'effort supplémentaire, pour atteindre la vitesse maximale lorsque vous passiez la cinquième vitesse. Cependant, si vous vous arrêtiez et que vous oubliiez de repasser la première vitesse, il était pratiquement impossible d'avancer en cinquième vitesse à partir d'un arrêt complet. C'est l'engrenage en action, qui vous donne un avantage mécanique, que vous vouliez utiliser le moins d'effort possible pour démarrer ou que vous vouliez atteindre la vitesse la plus élevée possible.

Mis à part le fait que la plupart des véhicules R/C n'ont pas la capacité de changer de vitesse, le concept est le même. Vous passerez un rapport dans un sens si vous voulez beaucoup de puissance à bas régime, comme pour un véhicule à chenilles, et dans un autre pour une course de vitesse super rapide avec une voiture de sport. Trouver le bon rapport de vitesse peut demander beaucoup d'essais et d'erreurs, mais il y a de nombreux avantages à avoir un bon rapport de vitesse.

Comment fonctionne l'engrenage

Le meilleur endroit pour commencer est toujours le stock du fabricant, ou la configuration par défaut de l'engrenage. Pour les besoins de cet article, nous utiliserons un camion Traxxas Slash VXL 2WD et son engrenage droit de 86 dents et son engrenage de pignon de 23 dents, bien que les concepts dont nous discutons puissent être utilisés sur presque tous les véhicules. Il est important de connaître l'engrenage de série car il est utile d'avoir une base de référence à laquelle revenir au cas où vous seriez trop extrême dans votre engrenage. Commençons:

Si vous voulez obtenir plus de vitesse pour un véhicule, vous pourrez soit :

1. Augmenter le nombre de dents de l'engrenage du pignon où ;
2. Diminuer le nombre de dents de l'engrenage droit. Ces deux options réduiront la puissance à bas régime du camion tout en augmentant la vitesse de pointe globale.

En revanche, si vous souhaitez gagner en puissance, vous pourrez:

1. Diminuer le nombre de dents du pignon où ;
2. Augmenter le nombre de dents de l'engrenage droit. Cet aspect de l'engrenage est souvent le plus difficile à comprendre pour les gens, et je trouve qu'il est utile d'y penser de manière relative.

Plus le nombre de dents du pignon et de l'engrenage droit est proche, plus la vitesse est élevée.

Plus ils sont éloignés en nombre de dents, plus le couple de sortie est élevé.

En y pensant de cette façon, il n'est pas important de savoir quelle vitesse vous changez - c'est applicable à n'importe quel véhicule, n'importe quel pas d'engrenage, et n'importe quel nombre de dents. Donc, si vous voulez obtenir plus de couple et moins de vitesse de pointe de notre modèle Slash VXL, vous pouvez soit augmenter l'engrenage droit jusqu'à l'option de 90 dents proposée par Traxxas, soit diminuer votre engrenage de pignon jusqu'à, disons, un engrenage de 20 dents ou tout autre nombre de dents inférieur à 23.

En d’autre termes, le rapport de démultiplication est calculé à partir du nombre de dents d'un engrenage. Au lieu d'utiliser le nombre de dents, on peut aussi utiliser le diamètre total de l'engrenage. Les deux méthodes fonctionnent, mais pour des raisons de simplicité et de cohérence, nous utiliserons le nombre de dents comme méthode favorite.

Déterminez le nombre de dents des deux engrenages entre lesquels vous calculez le rapport. Utilisez le nombre de dents de l'engrenage droit et divisez-le par le nombre de dents de l'engrenage du pignon.  La valeur obtenue sera très probablement supérieure à 1,0. Une bonne façon de se souvenir de cette relation est de diviser l'engrenage de sortie par l'engrenage d'entrée.

Quand l'engrenage se complique

Nous devons garder à l'esprit que le pignon et l'engrenage droit ne sont généralement pas les seuls engrenages du véhicule. Parfois, il y a une transmission, comme celle de notre Traxxas Slash VXL. D'autres fois, il n'y a pas de transmission en soi, mais peut-être deux différentiels et même un différentiel central. Tout dépend du véhicule. Nous ne nous préoccupons généralement pas de l'engrenage des transmissions et/ou des différentiels, parce qu'ils ne peuvent généralement pas être changés - il est rare qu'une entreprise propose plusieurs engrenages de différentiel ou de transmission. Ainsi, comme les seules modifications que nous pouvons apporter à l'engrenage des véhicules ne concernent généralement que le pignon et l'engrenage droit, c'est sur eux que nous nous concentrons.

Jeux et rapports de transmission multiples

Les rapports de transmission peuvent prêter à confusion lorsque plusieurs jeux sont utilisés. Dans l'exemple ci-dessous, l'arbre de sortie du jeu d'engrenages numéro 1 est relié à l'arbre d'entrée du jeu d'engrenages numéro 2. Le rapport de démultiplication est d'abord déterminé dans chaque jeu. La méthode ci-dessus est utilisée pour calculer le rapport dans chaque jeu. Ensuite, les rapports d'engrenage calculés pour chaque jeu sont multipliés ensemble. La valeur résultante est le rapport d'engrenage pour l'ensemble du système. 

La dynamique du changement de moteur 

L'une des modifications les plus courantes qu'un consommateur peut apporter au marché secondaire est le remplacement du moteur d'un véhicule électrique. Que vous souhaitiez plus de vitesse ou plus de puissance, le moteur est un autre point de changement lorsque l'on parle de RPM. Cependant, le changement de moteur nécessite parfois de changer la transmission. Prenons un exemple avec notre Slash VXL. Disons que nous voulons remplacer notre moteur Traxxas Velineon par un moteur avec un peu plus de puissance, comme un Castle Sidewinder 4 avec un moteur de 5700Kv. Si nous échangeons simplement les moteurs, nous gagnerons certainement beaucoup de vitesse, mais nous pourrions également avoir un problème de surchauffe en raison de la réduction du couple à bas régime. Essayons donc de trouver un engrenage qui nous donne un peu plus de vitesse, mais qui ne perd pas autant de couple à bas régime. Nous devons faire des calculs pour déterminer le nombre de tours/minute qui entrent dans la transmission. Nous devons également savoir quelle batterie nous utilisons. Pour cet exemple, nous utiliserons une batterie LiPo 2S 7,4 V, qui devrait atteindre 8,4 V à pleine charge. Nous devons également savoir que, pour déterminer le régime initial sans aucun engrenage, nous devons multiplier le Kv du moteur par la tension de la batterie.

Déterminer la multiplication du couple à partir d'un rapport de vitesse

La multiplication du couple se produit toujours lorsqu'il y a deux engrenages qui s'engrènent et dont le nombre de dents est différent. La multiplication du couple peut être calculée directement à partir du rapport de transmission. Par exemple, nous utiliserons un rapport d'engrenage de 10:1. Pour chaque 10 tour de l'arbre d'entrée, l'arbre de sortie tourne une fois. Nous pouvons utiliser ce nombre exact et le multiplier par la quantité de couple que le moteur produit. Par exemple, si nous disons que le moteur sans balais peut fournir un couple de 0,05 pieds-livres à l'arbre d'entrée, il faut s'attendre à 10 fois ce chiffre à l'arbre de sortie. La valeur résultante sera de 0,50 pieds-livres de couple à l'arbre de sortie.

Assemblage - Application des jeux de rapports de vitesse en RC

Dans de nombreux véhicules RC, plusieurs jeux d'engrenages sont utilisés. Le plus souvent, un jeu se trouve directement sur le moteur lui-même. Le pignon du moteur est le premier engrenage d'un jeu. Le jeu d'engrenages suivant dans une transmission est généralement le différentiel d'une transmission par arbre. L'arbre de sortie allant au différentiel avant ou arrière contient un pignon. Ce pignon s'accouple avec la couronne du différentiel, qui entraîne finalement le différentiel. Pour calculer le rapport d'engrenage, il faut d'abord calculer le rapport du pignon du moteur relié à l'engrenage droit. Ensuite, il faut calculer le rapport d'engrenage du différentiel. Pour finir, prenez les 2 rapports de vitesse résultants et multipliez-les ensemble.

La valeur totale qui en résulte est ce que l'on considère comme le rapport de transmission final. Pour chaque tour de l'arbre de sortie menant à un pneu, le rapport d'entraînement final représente le nombre de fois que le pignon de l'arbre moteur doit tourner. Vous pouvez ensuite utiliser cette valeur pour déterminer la quantité totale de couple de sortie produite, à condition de connaître le couple d'entrée total.

Conclusion

Ce qui est bon pour un conducteur peut ne pas l'être pour un autre. Expérimentez avec vos rapports de vitesse. Tant que vous faites attention aux températures de votre moteur et au contrôle de la vitesse, il n'y a pas de mauvaise démultiplication. Amusez-vous et voyez ce qu'il y a de mieux pour votre divertissement!

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