RENDEMENT EN P

de Ul vis

Glets en prise

tours par miniile

L'influence de la vitesse est représentée par la courbe de la figure 76. Des expériences plus récentes^ du professeur A. Stodola, de Zurich, bien qu'un peu moins favorables, conduisent néanmoins à des conclusions analogues. Ces mesures ont été effectuées à l'aide d'un moteur électrique de 20 chev. de la société d'Oerlikon, muni de vis sans fin à double pas; la vis, de 80 mm. de diamètre et de 83,776 mm. de pas, attaquait une roue dentée en bronze de 373 mm. de diamètre, enfermée avec elle dans une boite à huile; le travail était mesuré au frein de Prony. Les chiffres obtenus dans diverses conditions de pression et de vitesse sont résumés par les courbes de lafigure77, et l'on voit qu'à la vitesse

* Inst. of Electncal Engineers, 20 septembre 1887. — Electric Traction, London 1892, p. 139, etc.

' On trouve en effet par différenciation

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rfO 4 2

qui se réduit sensiblement à ~ parce que o peut être rendu très petit.

3 Engineering, 1886, t. XUI, p. 285, 363 et 581.

* Schweizerische Bauzeiiung^ 28 juillet 1895. — Voir aussi Kolbcn, E. T, Z. 1 j août 1895, p. 516.

de 15000 tours, avec 762 kg. de pression sur les deals, le rendement aatteint 87 p. 100, Il est Iftcheux que les formes des trois courbes présentent des allures trop difTérentes pour qu'on puisse en déduire facilement la loi de variation générale.

Il faut en définitive admettre aujourd'hui qu'on peut réaliser, avec des vis sans fin bien faites, des rendements de 83 à 90 p. 100 à pleine charge.

,fh

JI&mènAtmirjJc/a via par aUnuù, ,

Fig. 76. — Rendement d'une tîs sans fin, à différentes riteasea, d'après les eipériencea do Sellera,

Afimérr ai, Ibiiri <A la i

Fip. 77. — Rendement d' fin, k difTcrentes vicesi A. Stodolï.

Les conditions à remplir dans ce but sont les suivantes ; 1° Vilf Mes périphérique» élevées : 0 & 12 m. par seconde au lieu des 0,5 à 2 m. adoptés jusqu'ici ; ces vitesses impliquent l'emploi de vis de gros diamètre,

Fis. 18

Elévation et coape de la transmission par ris de Rcckeniaun.

avec des dents robustes présentant de larges surfaces de contact qui réduisent à une faible valeur la pression par cm*.

2" Choix de» métaux donnant le moindre coefficient de frollemait : via en acier poli et roue en bronze poli, d'une exécution très soignée, avec dents laillées^ par une fraise spéciale ; lubriflcatioa parfaite des surfaces. Le coefficient de frottement peut être alors 0,01 h. 0,05 et l'usure devient à peu prés négligeable.

Les figures 78 et 79 représentent une transmission par vis construite d'après ces principes par Reckenzaun. La vis en acier à triple filet a 152 mm. de diamètre ; le pas est aussi de 152 mm. et par suite Tangle de 45*. La roue dentée, en bronze phosphoreux, munie de 24 dents, a pour diamètre 386 mm. La

réduction est de -^ • Toutes les surfaces sont soigneusement taillées et polies.

Avec cet appareil bien lubrifié, Reckenzaun a obtenu des rendements atteignant 85 à 95 p. 100, sous des charges de 1 à 2 chev.

Les vis sans fln permettent d'attaquer, soit un seul essieu, soit deux essieux, par un seul moteur. Dans le premier cas, la disposition employée est analogue à celle des figures 80 et 81 relatives à un moteur à vis sans fin d'Oerlikon construit pour le tramway électrique de Marseille ^ On peut atteler un de ces ensembles à chacun des deux essieux d'une voiture. Un véhicule d'essai ainsi équipé (fig. 82) a été construit sur les plans de Reckenzaun par MM. Greenwood et Batley, de

Fig. 80 et 81. — Transmission par vis sans fin des ateliers d'Oerlikon.

Leeds : deux moteurs de 10 chev. chacun, tournant à 800 tours, et leurs engrenages sont assemblés d'une manière rigide avec le truck, qui est suspendu sur les essieux ; les vis et les roues dentées sont soigneusement enfermées dans des enveloppes en fonte étanches, où elles barbotent dans l'huile. Le poids des deux moteurs, avec les transmissions et les pièces d'assemblage, est de 1200 kg. environ. Le rendement constaté aux essais effectuées par M. Dawson a été de 70 à 73 p. 100 pour l'ensemble du moteur et de la transmission, ce qui correspondait h 84 ou 88 p. 100 pour la transmission; il eût été encore plus élevé si les vis n'eussent été assez imparfaitement taillées et l'on pourrait admettre 90 p. 100 comme chiffre réalisable en pratique.

On peut aussi disposer un seul moteur au centre du truck, de manière à lui faire attaquer par deux vis sans fin égales les deux essieux, comme le montre la figure 83.

Dans tous les cas, les transmissions parvis doivent être établies avec des précautions spéciales qu'il est bon d'indiquer.

10 Elles doivent présenter un pas assez allongé pour pouvoir être menées par la roue dentée, de façon que la suppression du courant aux descentes ou aux

* D'après un intéressant article de M. Kolben dans VElektrotechnische Zeitschrifl^ 19 août 1892, auquel nous empruntons encore plus loin quelques figures.

ralcnlissemenH n'eatraioe pas l'arrêt de la voituie, comme cela aurait lieu

avec les via ordinaires, qui, pour ce iiîolir, sonl inapplitaliles. Celle condition de réversibilité est toujours remplie dans le cas des filets h 45* que l'on suppose

T.ll CTION ËLICTRtQL't:. 8

il4

adoptés ici. Une semblable vis peut servir aux descentes à exercer, si on le veut, un freinage aussi énergique que les engrenages (en fermant le moteur on

court circuit) ; une voiture chargée descendant sur une pente de — à la vitesse

de 35 km. à Theure a pu être arrêtée ainsi complètement sur un parcours de 30 m.

2^ La grande obliquité des filets entraine comme conséquence un effort longitudinal qui exige la présence d*un palier de butée suffisamment résistant. Comme un palier ordinaire dépenserait une grande quantité d^énergie par frottements, il est bon de disposer de préférence sur le bout de Tarbre un plateau circulaire s'appuyant contre des galets bien polis. Si la voiture est appelée à marcher dans les deux sens, il faut une butée semblable de chaque côté.

Au lieu de ce dispositif, on pourrait songer à annuler la réaction longitudinale h. Taide d'équilibreurs magnétiques disposés comme l'indique le croquis (fig. 83). Mais la crainte d'un collage brusque de Téquilibreur ne permettrait pas de les employer sans conserver en même temps des paliei^ de butée. Il

ib.

J'iS

Fig. a. — Kcnploi d'un inolcur untqui; attaquant les deux essieux

pur vis sans fin.

M, moteur. — B,H\ barres de support. — E, cleclro-ainiants circulaires. — a, armatures calée»» sur l'arbre des vis. — V, plateaux d'embrayage calés sur l'arbre creux du moteur.

parait donc préférable de s'en tenir au plateau à galets, qui ne présente pas de difficultés sérieuses d'exécution.

Dans tous les cas, pour permettre une suspension élastique, l'arbre du moteur doit être creux et terminé par deux plateaux d'embrayage. Une autre solution, proposée par M. J. Pendieton*, consisterait à placer le moteur obliquement, de façon que l'une des vis attaque la roue correspondante par-dessous; dans ce cas, les deux réactions longitudinales se feraient équilibre sur l'arbre du moteur.

Grâce à la grande réduction qu'elle permet, la vis sans fin se présente comme une solution rationnelle, et, si les résultats mentionnés plus haut avaient été obtenus au début de la traction électrique, nul doute qu'on ne l'eut adoptée de préférence aux engrenages plans ; mais, aujourd'hui, ceux-ci ont été amenés à un degré de perfection supérieur, qui défie la concurrence. Aussi les maisons qui, comme les ateliers d'Oerlikon, avaient fait quelques apphcations de la vis aux tramways électriques l'ont-elles abandonnée *.

Les seules voitures aujourd'hui munies de vis sans fin sont celles cons-

' Martin et Weztler. The Electric Motor, p. 97.

* Il faut dire que les vis à deux filets d'Oerlikon, moins bien étudiées à cette époquo que celles de Reckenzaun, ne pouvaient donner les mêmes résultats et n'ont fourni en fait qu'un rendement de 80 à 85 p. iOO; d'ailleurs, le principal reproche fait aux moteurs de Marseille était leur puissance insuffisante et non un défaut de rendement.

s'atteod guère a priori k voir intervenir les

truites en dernier lieu par M. Hoiroyd Smith pour la ligne de Blackpool, et celles Je la maison Siemens el llalske en service sur les tramways de Gênes.

Engrenagefl coniqnei. — On engrenages coniques dans les trucks de voitu res elet,lriques ce mode de Irans miïsion a ttc ce pendant emploie à plusieurs repr lea en \mer que 'lO L aiec double réduction dans les systèmes Bentley- Kuight et Itae , qui ont été applt-

breuses voitures

Fig. Si. — Transmission Sperrj par engrenages coniques.

avec simple réduction dans le système Sperry, qui

a été l'objet d'un certain nombre d'applications de la part de compagnies de tramways. Ce dernier système seul vaut la peine d'être cité aujourd'hui. Le but essentiel de Sperry, comme de Rae, en employant ce procédé, a été d'actionner les deux essieux d'une voiture à l'aide d'un seul moteur; jl y a réussi, comme le montre la figure 84, en plaçant l'axe de celui-ci parallèlement à la voie et eu lui faisant attaquer par des pignons coniques deux roues

d'angle calée

:. Les

engrenages (fig. 83) sont préservés par une boite en fonte contenant de l'huile, qui les entretient en parfait état de lubrification; lesconstructeurs prétendent que le rendement de ces engrenages n'est inférieur que de 1,15 p. 100 k celui d'engrenages cylindriques équivalents' et font valoir en faveur de leur système tous les avantages qu'on reconnaîtra plus loin à l'emploi d'un seul moteur.

Fig. 85. -

' Il est plus sue de compter 2 ù 3 p. 100,

Par contre, on peut faire à ce mode de transmission diverses objections pratiques : d'abord les dents sont peu solides; ensuite, en raison de leur forme, elles ne peuvent être que moulées et non taillées à la fraise, ce qui ne permet pas de leur donner une exécution aussi parfaite qu'aux engrenages cylindriques ; enfin le jeu des coussinets peut nuire au bon fonctionnement des engrenages. Une expérience plus grande pourra seule faire connaître définitivement la valeur de cette disposition.

Engrenages cylindriques. — La solution qui a été la plus universellement employée est celle des engrenages cylindriques. La première application semble en avoir été faite sur le tramway de Francfort-Offenbach et sur le petit chemin de fer de Modling, qui ont été construits à peu près avec le même matériel.

Dans ces premières applications, on employait une double réduction, ou double harnais, formée par deux trains d'engrenages avec arbre intermédiaire. Lorsque la traction électrique prit pied en Amérique, cette solution fut adoptée à peu près sans changement. Sprague essaya bien, en 1887, de supprimer Tun des deux trains d'engrenages; mais on ne savait pas à cette époque construire des moteurs à vitesse suffisamment réduite pour que cela fut possible, en sorte que la double réduction fut appliquée sur toutes les lignes américaines construites par Sprague, Bentley etKnight, van Depoele, etc., jusqu'en 1891. C'est à cette époque seulement que furent créés les nouveaux types de moteurs qui permirent l'emploi d'un seul train d'engrenages , dispositif qui a aujourd'hui prévalu sur tous les autres. Examinons ces deux systèmes avec quelque détail.

1® Engrenages à double réduction. — Deux dispositions étaient employées concurremment, suivant que les deux paires d^engrenages se trouvaient réunies d*un même côté ou réparties sur les deux faces du moteur.

La ligure 86 représente par exemple le mode de commande d'un des moteurs d'un truck Sprague équipé avec deux moteurs F. 30 (le second n'est pas représenté), réduction 1/9,4, et la figure 87, la disposition de la transmission d'un moteur Weslinghouse de 1890. Tous les paliers des divers arbres et de l'essieu sont venus de fonte avec le bâti ou fixés solidement à celui-ci.

Les conditions à réaliser par les engrenages, dans un service de ce genre, sont la solidité et la marche silencieuse. Or les vitesses des moteurs dans ces systèmes

étant de 1500 à 900 tours et le coefficient de réduction ordinairement voisin de —

(dans certains cas on est allé jusqu'à — - ) , la grande vitesse du premier pignon qui en était la conséquence rendait très diflicile l'obtention d'appareils satisfai-

santB, surtout daus les premiers tomps où on les laissait exposés à la poussière et à l'humidité ; ils s'usaient alors rapidement et donnaient lieu à uq ferraille> ment insupportable. Il fallait les remplacer très fréquemment. Un pignon ne durait guère que 4moi9, ce qui correspondait à environ 4000 km. de parcours, el une roue dentée, 6 à 10 mois |4S 000 km.). Le prix d'entretien de ces engrenages n'était pas moindre que 0,03 fr. à 0,06 fr. par voiture- kilomètre. On a cherché d'abord à réduire cette usure, ou tout au moins le bruit, par

Fip. 86. — Double réduction de Siirague.

Rg. 87. — Double réduction de la compagnie Westinghouse.

remploi de matériaux spéciaux pour les pignons. C'est ainsi que l'on a essayé différentes espèces de bronze d'aluminium.leboiset mémele cuir durci (lig.sè), que quelques maisons, par exemple en France la maison Piat, qui vend des pignons en cuir vert comprimé, continuent à construire et à préconiser dans ce but.

Mais le bois manquait de solidité, le cuir s'usait trop vite el, si l'on y intercalait des feuilles de tôles, celles-ci coupaient rapidement comme une scie les deuls de la roue conduite. Le bronze phosphoreux a donné de meilleurs résultats. Mais en déllnilive, c'est l'acier taillé qui a le mieux résolu la question.

Pour réduire le jeu et le ferrai lie ment, la compagnie Edison-Sprague a employé pendant quelque temps des engrenages doubles, chaque roue ou pignon étant formé de deux couronnes dentées semblables mais décalées l'une par rapport à l'autre d'un demi-pas; ces deux moitiés étaient solidement boulonnées ensemble de façon h ne constituer

qu'une roue unique. Les avantages de ce système n'ont pas été suffisants pour en compenser la complication.

La question s'est trouvée heureusement très simpliliée le jour où l'on s'est enfin décidé k protéger les engrenages contre la poussière et les intempéries par une boite étauche contenant de l'huile de graissage semi-fluide, de manière à assurer en même temps une abondante lubrification. Ce dispositif permit de réduire â 10 ou 15 p. 100 les pertes par frottement. Gomme c'est à peu près à la même époque que furent construits les premiers moteurs à vitesse lente, on passa en même temps à la :^imple nl'duction. La double réduction ne

Fig. 88. - Piçnon e:

lis LA TBACTION ELECTRIQUE

se rencoDtre plus que sur quelques lignes ancienDes, surtout en Europe: la société Thury l'a employée jusqu'à ces derniers temps sur plusieurs de ses lignes et on a pu en voir un exemple sur le tramway Clarel-Vuilleumier de rEiposition de Lyon (1894).

2" Engrenages à simple réduction. — Les engrenages à simple réductioD ont profité des écoles de la double réduction et sont ainsi arrivés presque immédiatement & la perfection. Toutes les compagnies américaines ont produit à peu près à la même époque (commencement de 1891) des équipements de ce système, ne différant que par quelques détails. Leur disposition générale, dont le croquis ci-joint (fîg. 89) donne un exemple, est des plus simples : le pignon est calé sur l'arbre du moteur en dehors du palier qui le supporte et attaque une roue dentée calée directement sur l'essieu. Celui-ci est embrassé par des paliers fixés invariablement au bâti du moteur ou venus de fonte avec lui.

L'ensemble des deux roues est enfermé dans une botte en fonte étanche qui n'est pas représentée et où elles barbotent dans l'huile ; cette boite, qui n'avait pas été Fig. 89. - Transmi^on i simple rô- P^évue pour les premiers types,

duction par engrenages ordinaires. leur a été adaptée après COUp, dès

qu'on a reconnu les avantages de cette méthode; elle protège les engrenages, les lubrifie et, lorsqu'on a soin de la faire en métal peu sonore et de ta bien fixer en place, étouffe le bruit désagréable du ferraillement. Le bain d'huile, en réduisant le frottement, double à peu près la durée des engrenages et permet la réalisation de rendements élevés. On peut estimer que le rendement des engrenages à simple réduction bien taillés, avant leur usure, atteint ainsi assez facilement 95 p. 100, au lieu de 0,90 à 0,89 obtenu anciennement.

Ces engrenages, dont la vitesse n'est plus exagérée, se font aujourd'hui généralement en acier coulé (le pignon au moins); le bronze phosphoreux, malgré ses bonnes qualités, ne présente pas des avantages suffisants pour en justifier l'emploi, en pré-

ADAPTATION DES MOTEUflS 119

seDce de son prix plus élevé; il en do même du bronze d'aluminium, qui a été employé quelque temps pour les pignons des moteurs du tramway de Marseille. La fonte est encore employée pour la roue dentée calée sur l'essieu, par simple raison d'économie; mais l'acier est préférable, du moins lorsque la roue ne doit jamais être menante. La fîgure 90 représente un train d'engrenage d'un type courant.

On a été amené peu à peu par l'expérience à augmenter beaucoup les dimensions des arbres et des engrenages pour leur donner la solidité suffisante. Le diamètre de l'arbre doit assurer une résistaoce au moins 5 ou 6 fois supérieure à celle qu'on admettrait pour un moteur Axe; il est de 8 à 10 cm. pour un moteur de 15-25 chev. Les coussinets doivent être plus longs et plus larges que d'ordinaire ; de même les dents des engrenages. Les petits pas admis autrefois comme favorables „ „ „ . , ....

Fig. 90. — Train d engrenages cylindriques

ont dû être abandonnés au à simple réduction.

profit de pas voisins du quart

du diamètre du pignon, ce qui conduit pour les tramways à mettre

12 à 16 dents par pignon ; pour la roue dentée, on en met 60 à 80.

Les coefficients de réduction de vitesse sont ainsi de 1/4 à 1/5 dans les types les plus répandus.

La forme à peu près exclusivement adoptée aujourd'hui pour les dents est la développante de cercle, qui leur donne une base large assurant leur solidité; elle présente en outre l'avantage que le jeu des coussinets ne gêne en rien le bon fonctionnement des engrenages. Ce genre de denture exige seulement que le pignon ait un nombre de dents suffisant.

Ces dents peuvent être moulées, mais elles sont préférablemeni taillées à la fraise , la petite augmentation de dépense correspondante étant amplement compensée par l'amélioration qui en résulte pour le fonctionnementet le rendement de la transmission.

Ce fraisage se fait à l'aide de machines spéciales, telles que celle de BrowD et Sharp (llg. 91), qui taille en une heure et demie deux pignons à la fois suivant le profil de la fraise.

Le prix de revient des engrenages ainsi taillés est, en Amérique, d'environ 18 fr. pour un pignon en acier et 45 fr. pour une roue dentée en fonte. La durée d'usage , sur une voiture faisant 130 km. par jour, est d'environ neuf mois pour un pignon d'acier. Une roue d'acier peut durer jusqu'à trois ans.

Fi^. \)i. — Machine ù fraiser les pignons ûe Brown et Sliarp.

Le poids des organes nécessités par la transmission est relativement faible; il ne dépasse pas 160 kg., dont 90 à lOO pour la roue de l'essieu et 45 à 50 pour l'enveloppe de fonte servant de boite à huile.

L'emploi de la simple réduction, en mi^me temps qu'il a permis de réduire beaucoup le bruit des engrenages, a fait disparaître le grincement désagréable que produisaient les balais sur le collecteur des moteurs à grande vitesse.

En Europe, on a une tendance à remplacer les engrenages ordinaires par des engrenages hélicoïdaux doubles, qui réduisent beau-

coup les frottements et donnent des surfaces d'appui plus grandes. Ces engrenages s'obtiennent en acier fondu par moulage et certaines usines, notamment celle de Hagen en Allemagne, la maison Piat à Paris, etc.^ en font une spécialité. Pour faciliter la construction, on remplace généralement Tare d'hélice par une droite tangente à cet arc, ce qui donne les engrenages connus sous le nom iï engrenages à chevrons. Ceux-ci peuvent être obtenus par moulage ; on peut aussi former chaque roue de deux moitiés symétriques qu'on taille séparément à la fraise. A dimensions égales, les pignons à chevrons présentent une plus grande solidité que les pignons simples.

Comparaison. — Les détails précédents nous donnent tous les éléments nécessaires à une comparaison précise entre les divers systèmes ; les données moyennes ' en sont résumées dans le tableau de la page suivante» qui facilitera cette comparaison en indiquant rinfluence du mode de transmission sur le poids du moteur.

Les courroies, cordes et chaînes ne répondent plus aux besoins actuels ; il en est de même des roues de friction.

Les engrenages coniques et les transmissions par chaînes constituent deux procédés d'inégale valeur pour permettre l'emploi d'un seul moteur tout en conservant deux essieux moteurs. Ils n'ont de raison d'être que si Ton adopte cette méthode pour les motifs spéciaux indiqués plus haut.

Les engrenages cylindriques constituent la solution la plus simple et la plus sûre, toutes les fois que le moteur n'attaque qu'un seul essieu ; on a vu la supériorité de la simple réduction sur la double au point de vue du rendement et les chiffres du tableau la mettent bien en évidence.

Au point de vue du^ jioids du moteur, la double réduction ou la vis sans fin, permettant l'emploi de dynamos à grande vitesse, paraissent plus avantageuses* Mais, dans le cas des engrenages cylindriques, la diminution de poids réalisée sur le moteur en doublant la vitesse de rotation de son induit est compensée et au delà par

' Pour établir celles-ci, nous avons dû réduire un peu certaines estimations de puissance données par les fabricants, parce qu'elles ne correspondent qu'à des régimes momentanés, tandis qu'il s agit ici de régimes pouvant être prolongés.

raugmentalion du poids total des engrenages et de leurs accessoires (arbre, boîte, paliers, etc.) ; un train d'engrenages à double réduction ne pèse en eflet pas moins de 500 kg., au lieu de i 50 à 180 pour la simple réduction. Le rendement est, d'autre part, diminué de 4 à 5 p. 100, le bruit est doublé, et, ce qui est le plus grave, les frais d'entretien, sans atteindre les chiffres anciens, sont aussi