Rendement d'une transmission : \(\eta = \frac{P_{\text{sortie}}}{P_{\text{entrée}}}\) mesure l'efficacité de la transmission.
- Identifier la puissance absorbée (entrée)
- Identifier la puissance utile (sortie)
- Appliquer la formule du rendement
- Calculer les pertes éventuelles
Une boîte de vitesses reçoit une puissance de 80 kW et fournit une puissance de 72 kW. Calculer son rendement et les pertes.
P_absorbée = 80 kW, P_utile = 72 kW
η = P_utile/P_absorbée = 72/80 = 0.9
η = 0.9 = 90%
P_pertes = P_absorbée - P_utile = 80 - 72 = 8 kW
Le rendement de la boîte de vitesses est de 90% avec 8 kW de pertes.
• Définition : Rendement = puissance utile / puissance absorbée
• Range : 0 < η < 1 (ou 0% < η < 100%)
• Bilan : P_absorbée = P_utile + P_pertes
Transmission par courroie : Le rendement typique est de 95-98% pour une bonne maintenance.
Un moteur de 10 kW entraîne une machine via une transmission par courroie de rendement 97%. Calculer la puissance utile reçue par la machine et les pertes.
P_absorbée = 10 kW, η = 0.97
η = P_utile/P_absorbée donc P_utile = η × P_absorbée
P_utile = 0.97 × 10 = 9.7 kW
P_pertes = P_absorbée - P_utile = 10 - 9.7 = 0.3 kW
P_absorbée = P_utile + P_pertes = 9.7 + 0.3 = 10 kW ✓
La machine reçoit 9.7 kW avec 0.3 kW de pertes dans la transmission.
• Isolation : P_utile = η × P_absorbée
• Bilan : Conservation de l'énergie
• Vérification : Toujours contrôler le calcul
Rendement global : Pour plusieurs éléments en série, η_global = η₁ × η₂ × ... × ηₙ
Un réducteur est constitué de 3 étages d'engrenages avec des rendements respectifs de 96%, 97% et 95%. Calculer le rendement global.
η₁ = 0.96, η₂ = 0.97, η₃ = 0.95
η_global = η₁ × η₂ × η₃
η_global = 0.96 × 0.97 × 0.95
0.96 × 0.97 = 0.9312
0.9312 × 0.95 = 0.8846
η_global = 0.8846 = 88.46%
Le rendement global du réducteur est de 88.46%.
• Série : Pour les éléments en série, les rendements se multiplient
• Diminution : Le rendement global est inférieur au plus petit rendement
• Précision : Conserver suffisamment de chiffres significatifs
Chaîne cinématique : Ensemble d'éléments mécaniques reliant le moteur à la charge.
Une installation comporte un moteur de 20 kW, une transmission par courroie (η=97%), un réducteur (η=92%) et une charge. La puissance utile fournie à la charge est de 16.8 kW. Calculer le rendement global et le rendement de la charge.
η_global = P_charge/P_moteur = 16.8/20 = 0.84 = 84%
η_transmissions = η_courroie × η_reducteur = 0.97 × 0.92 = 0.8924
P_après_transmissions = P_moteur × η_transmissions = 20 × 0.8924 = 17.848 kW
η_charge = P_charge/P_après_transmissions = 16.8/17.848 ≈ 0.941 = 94.1%
Le rendement global est de 84% et le rendement de la charge est de 94.1%.
• Séparation : Analyser chaque élément de la chaîne séparément
• Progression : Calculer les puissances intermédiaires
• Global : η_global = η₁ × η₂ × η_charge
Comparaison d'efficacité : Comparer les rendements pour choisir le système le plus performant.
On compare trois systèmes de transmission pour une puissance d'entrée de 50 kW : Système A (courroie, η=96%), Système B (engrenages droits, η=98%), Système C (vis-écrou, η=75%). Calculer la puissance utile pour chaque système et comparer.
P_A = P_entree × η_A = 50 × 0.96 = 48 kW
P_B = P_entree × η_B = 50 × 0.98 = 49 kW
P_C = P_entree × η_C = 50 × 0.75 = 37.5 kW
Classement par efficacité : Système B > Système A > Système C
Le Système B est le plus efficace avec 49 kW utiles
Le Système C est le moins efficace avec 37.5 kW utiles
Le système B est le plus efficace (49 kW), suivi de A (48 kW) et C (37.5 kW).
• Comparaison : Même conditions d'entrée pour tous les systèmes
• Choix : Le système le plus efficace minimise les pertes
• Contexte : D'autres critères peuvent influencer le choix (encombrement, coût, maintenance)
- Rendement simple : η = P_utile/P_absorbée
- Systèmes en série : η_global = η₁×η₂×...×ηₙ
- Systèmes en parallèle : Analyse de chaque branche séparément
- Bilan énergétique : P_absorbée = P_utile + P_pertes
- Le rendement est toujours inférieur à 1 (η < 1)
- Les rendements s'additionnent pour les systèmes en parallèle
- Les rendements se multiplient pour les systèmes en série
- Les frottements sont la principale cause de perte
- Le rendement dépend des conditions de fonctionnement