Le rapport de réduction sera choisi en fonction de la vitesse souhaitée en sortie.

Le moteur électrique comporte 2 cosses en laiton et un axe portant un pignon. La plage de tension est comprise entre 1,5 volts et 4,5 volts. Le courant à vide est de 0,08 ampère sous 1,5 volts à 3500 tr/min et de 0,012 ampère sous 3 volts à 7000 tr/min. Le réducteur doit être monté suivant le plan au dos de l'emballage, une fois le rapport de réduction déterminé.

Une fois les éléments déballés, il faut prendre des précautions pour ne pas endommager les engrenages. Vérifier le nombre de roues dentées, et toutes les pièces détachées.  

L'effort nécessaire pour ouvrir la soupape est fixé à 50 grammes, suivant des essais préalables avec le ballon à
l'aide de poids. La force F est égale à P :

F = P = masse x accélération de la pesanteur = m . g = 0,05 . 10 = 0, 5 newton. 

Le temps nécessaire pour ouvrir la soupape est fixé à 10 secondes et la distance de déplacement linéaire est fixée à 25 cm. D'où le calcul de la vitesse linéaire de la commande de soupape par ficelle :

v = distance parcourue  / temps mis = d / t = 0, 25 / 10 = 0, 025 m/s

La puissance mécanique à fournir est égale à  :  Pm = F . v = 0,5 . 0,025 = 0,0125 watt.

La vitesse angulaire de la poulie est fixée à 1 radian par seconde : W = 1 rad/s.

Le rayon de la poulie est donc égal à :   vitesse linéaire / vitesse angulaire = v / W = 0,025 / 1 = 0,025 m

Le diamètre de cette poulie est donc fixé à 50 mm. 

La puissance électrique à fournir au moteur est égale à :

Pa 3 = P1 + Pe = P1 + P2 + Ps = P1 + P2 + Pm 

Pa 3 = U . I3 

La puissance électrique à fournir est égale à :

Pa 2 = P1 + Pe = P1 + P2  = U . I2 

Cette valeur représente les pertes totales.

La puissance électrique à fournir est égale à : 

Pa 1 = P1 = U . I1

Cette valeur représente les pertes du moteur. ( cuivre + fer ).

Comme le réducteur n'est pas encore réalisé, ni la poulie, on peut estimer la valeur du courant électrique en charge, quand le moteur ouvre la soupape :

Pa 3 = P1 + P2 + Pm = Pertes + Pm = U . I3   d'où  le courant  I3 = ( Pertes + Pm ) / U

La tension ne chute pas car l'alimentation par pile peut fournir 3 ampères pendant 1 heure : 3 Ah.

Mesures à vide sans réducteur :  I1 = 0,110 A  U = 1,6 V  d'où  Pa 1 = 0,110 . 1,6 = 0,176 W

Mesures à vide avec réducteur, le rapport de réduction est fixé à 1/729 :

Avec réducteur le courant est :  I2 = 0,120 A  U = 1,6 V  d'où  Pa 2 = 0,120 . 1,6 = 0,192 W

Déductions : Pa 3 = P1 + P2 + Pm = Pa 2 + Pm = 0,192 + 0,0125 = 0,2045 W

Le courant serait :  I3 = Pa 3 / U = 0,2045 / 1,6 = 0, 1278 A 

La puissance d'entrée du réducteur est : Pe = Pa 3 - Pa1 = 0,2045 - 0,176 = 0,0285 W

Le rapport de réduction est fixé à 1/729 =  vitesse lente / vitesse rapide = Ws  /  We

La vitesse angulaire en entrée de réducteur (ou sortie de l'axe moteur) est = 729 . Ws = 729 . 1 = 729 rad/s

En tours par minute :  Ws =   ( 60 . 1 ) / 2P =  9,6 tr / min   et       We = ( 60 .729 ) / 2P = 6961 tr /min.

Résultats :  après la réalisation du réducteur de rapport 1/729 et de la poulie avec des pièces de récupération de jouets et de capsule en plastique. On a mesuré les valeurs suivantes :

Courant absorbé en charge, quand la poulie soulève les 50 grammes :  I3 = 0,145 A   ( 0,128 par calcul ).  

Courant absorbé en charge, quand la poulie soulève 100 grammes :     I3' = 0,150 A 

La poulie fait 1 tour en 10 secondes, soit  6 tours par minute. ( 9,6 tr /min par calcul ).

La vitesse linéaire de la ficelle de commande est mesurée à  0,0147 m/s. ( 0,025 m/s fixée ).

Conclusion provisoire sur les calculs du moteur : 

La différence entre les valeurs calculs et essais s'explique par le choix de la tension U de 1,6 volts qui pourrait se fixer à 3 volts, donc la vitesse serait supérieure. Inconvénients : alimentation plus importante, augmentation du poids, fatigue du moteur accrue...

Poids de l'ensemble moteur + réducteur + poulie + fil électrique + fil nylon = 80 grammes (masse).

Des essais devront être effectués à nouveau en fonction des choix définitifs, réalisation de la poulie et tension d'alimentation notamment.