Les innovations, améliorations et adaptations constantes dont les réducteurs elliptiques Harmonic Drive AG ont fait l’objet depuis leur invention les rendent attractifs pour divers secteurs. Ils sont aujourd’hui une évidence pour les applications qui requièrent une excellente précision de position et de répétitivité. La capacité d’adaptation des réducteurs elliptiques permet de nombreuses utilisations, que ce soit au sein du bâti comme actionneur avec moteur et encodeur ou dans le cadre de configurations spécifiques avec des matériaux ou composants spéciaux. Cependant, un aspect est resté identique pendant toutes ces décennies : le principe de fonctionnement du réducteur elliptique Harmonic Drive®.
Le réducteur elliptique – structure et configuration
Le réducteur elliptique Harmonic Drive® repose principalement sur trois composants. Il s’agit, d’une part, du Wave Generator, un plateau d’acier elliptique situé au cœur de la transmission qui dispose d’un moyeu central et d’un roulement à billes spécial qui peut prendre la forme d’une ellipse. En outre, le Wave Generator est relié à l’arbre moteur. D’autre part, le réducteur elliptique se compose du Flexspline, une douille d’acier cylindrique déformable dotée d’une denture extérieure, et du Circular Spline. Ce dernier forme une bague extérieure statique et cylindrique qui entoure à la fois le Wave Generator et le Flexspline et présente une denture intérieure. Sa particularité est ici le nombre de ses dents : la denture extérieure du Flexspline compte moins de dents que la denture intérieure du Circular Spline. Souvent, cette différence s’élève à deux dents. Le Wave Generator est en principe utilisé à l’entrée, et le Flexspline, à la sortie du mécanisme.
Le Wave Generator de forme elliptique initie, en tant qu’élément entraîné, le processus du réducteur elliptique Harmonic Drive® et déforme le Flexspline. Celui-ci se trouve engrené avec le Circular Spline à denture intérieure dans la zone opposée des grands axes elliptiques. En raison de la rotation du Wave Generator, les grands axes elliptiques ainsi que la zone d’engrènement se déplacent. La clé de la conception et du fonctionnement des réducteurs elliptiques Harmonic Drive® réside dans le fait que le Flexspline compte moins de dents que le Circular Spline. La différence de deux dents engendre un mouvement relatif entre le Flexspline et le Circular Spline après un demi-tour du Wave Generator. Après une rotation complète, la différence est déjà de deux dents.
Propriétés et avantages des réducteurs elliptiques Harmonic Drive®
Les caractéristiques et avantages majeurs des réducteurs elliptiques par rapport à d’autres types de réducteurs conventionnels résident principalement dans l’association d’une conception simple et d’un principe unique de déformation élastique des engrenages en acier. Les réducteurs Harmonic Drive® offrent une absence de jeu absolue sur toute leur durée de vie et conservent une haute rigidité à la torsion sur l’ensemble de la plage de couple. Leurs petites dimensions et leur faible poids par rapport aux réducteurs habituels leur permettent d’intégrer des applications ou des systèmes compacts et légers. En raison des rapports élevés de réduction avec seulement trois composants de base et un alignement coaxial de ces composants, les réducteurs elliptiques s’intègrent facilement dans des applications existantes.
Ces propriétés sont notamment possibles grâce à l’intégration d’un arbre creux central. Celui-ci offre de l’espace pour les arbres, câbles et autres composants et contribue à offrir à faciliter l’utilisation de l’ensemble. Les rapports de réduction élevés dans un étage, le rendement élevé ainsi que les très bons résultats en termes de précision de positionnement et de répétitivité sont des atouts indéniables pour les réducteurs elliptiques.
Les réducteurs elliptiques dans la pratique : les domaines d’application
Lorsque Walton Musser conçut le principe Harmonic Drive® en 1955, celui-ci devait principalement servir l’astronautique et était principalement financé par la NASA. Les réducteurs elliptiques Harmonic Drive AG ont fait partie des explorations sur la Lune et sur Mars, ont quitté notre système solaire et partiront vraisemblablement un jour à la découverte de planètes encore inconnues. Aujourd’hui encore les réducteurs elliptiques sont utilisés dans l’espace. Ils pourraient toutefois voir leur spectre d’applications s’élargir encore davantage et sont, à l’instar du moteur, des régulateurs, des instruments de mesure et des freins, des éléments essentiels des systèmes d’entraînement complexes.
Parmi les domaines d’application, l’on peut citer la robotique qui utilise les réducteurs elliptiques majoritairement comme entraînement direct dans divers robots. Mais les réducteurs elliptiques servent également comme entraînement dans la simulation de vol, dans le cadre de l’orientation des antennes paraboliques, dans le secteur automobile et dans les machines-outils.