D’un point de vue de la discipline technique, les systèmes d’entraînement étudient différentes formes de conception du mouvement ainsi que la force et la démultiplication nécessaires à cela. À cet égard, l’alimentation en énergie, la source d’entraînement et la commande ciblée des composants d’un système notamment occupent une place de premier plan. Dans certains domaines d’utilisation — en grande partie dans la technique automobile —, la chaîne cinématique joue par ailleurs un rôle essentiel. Celle-ci sert de point de liaison entre plusieurs parties du système et permet de transmettre l’énergie.
Les domaines d’application et les formes de la technique d’entraînement
Les domaines d’application de la technique d’entraînement sont tout aussi divers que la technique elle-même qui emploie des réducteurs, des moteurs et autres. L’aéronautique et l’astronautique recourent par exemple à des réducteurs de construction légère. Dans ce domaine, il est impératif de disposer de produits très robustes et très fiables, c’est ainsi que depuis 1971 la NASA fait confiance à Harmonic Drive® dans le cadre du programme Apollo. Ils gravitent aujourd’hui autour de la terre au sein de nombreux satellites. Les systèmes d’entraînement effectuent des tâches majeures, mais dans un espace restreint. Les machines-outils ou machines de conditionnement sont capables, grâce à leur utilisation, de produire en permanence des produits de consommation de manière rentable et qualitative. Dans le domaine de la technique médicale, les réducteurs de précision occupent une place porteuse d’avenir. Dans ce cadre, ils sont intégrés dans des dispositifs de thérapie et aident les malades à retrouver les capacités vitales telles que l’usage des jambes ou des mains. Parmi les domaines d’application des systèmes d’entraînement, l’on trouve par ailleurs la technique des semi-conducteurs, les machines du domaine du mesurage, du travail du verre ou du bois et la télécommunication.
Les types d’entraînement majeurs
Tous les entraînements ne se valent pas. Car le type d’entraînement dépend majoritairement de son utilisation optimale. Les types d’entraînement principaux sont notamment l’entraînement électrique assisté par moteurs électriques ou encore l’entraînement pneumatique ou hydraulique. Ces deux derniers appartiennent à ladite technique des fluides et permettent de transmettre l’énergie engendrée au moyen d’air comprimé ou de fluides hydrauliques.
Les systèmes d’entraînement électriques présentent en règle générale des avantages comme une manipulation simple, une précision dans les possibilités de commande et un coût de maintenance moindre. La transformation de l’énergie électrique en énergie mécanique est caractéristique, tout comme la régulation qui maintient à un niveau constant le mode de travail et la fonctionnalité d’un entraînement électrique, malgré un environnement dynamique. Le développement progressif des systèmes d’entraînement a permis de les utiliser aussi bien dans des petits appareils que dans de grandes structures. À l’avenir, les systèmes d’entraînement électriques trouveront vraisemblablement de nouvelles applications, car les énergies renouvelables leur offrent des perspectives extrêmement durables.
Les systèmes d’entraînement pneumatiques également apportent leur lot d’avantages. Un prix d’achat en majorité plus bas, une résistance plus élevée face aux conditions climatiques et une maniabilité de commande font des systèmes d’entraînement à air comprimé un outil très apprécié dans les systèmes de transport et les processus de nettoyage. Une fois l’air comprimé généré, celui-ci est habituellement libéré aux points déterminés au préalable au moyen de soupapes pour lancer à cet endroit un mouvement. Contrairement aux systèmes d’entraînement électriques, l’entraînement pneumatique présente un rendement relativement faible, généralement de moins de 30 %. En outre, les fortes modifications de volume des gaz induites par les fluctuations de pression et de températures représentent un inconvénient de taille, ce qui empêche tout mouvement de précision en cas de forces élevées. Le pendant du pneumatique est l’hydraulique. Les systèmes d’entraînement hydrauliques n’utilisent par conséquent pas de gaz, mais des fluides. De plus, ils sont capables de transférer des forces énormes, car lesdits fluides n’autorisent que peu de fluctuations de volume.
Les systèmes d’entraînement au fil du temps
Il y a des siècles de cela, des inventeurs habiles arrivaient déjà à concevoir de premières ébauches d’entraînements et à les appliquer dans des systèmes. Ces constructions n’étaient, certes, en aucun cas comparables, en termes d’efficacité et de qualité, avec les standards actuels des systèmes d’entraînement, néanmoins, ils facilitaient grandement le quotidien de leurs utilisateurs de l’époque. C’est ainsi que le physicien et ingénieur grec Archimède fabriqua en l’an 240 av. J.-C. un treuil à roue dentée à plusieurs vitesses. Celui-ci facilitait d’une part la transformation de l’énergie libérée et diminuait d’autre part la charge de travail.
Au fil du temps, les systèmes d’entraînement n’ont cessé de se développer, à l’instar des disciplines connexes et des domaines d’application. Encouragés par des processus techniques et économiques, il fut alors possible d’appliquer les systèmes à des fins industrielles dans le but d’apporter des solutions. L’entraînement collectif était ainsi pendant une grande partie du 20e siècle encore répandu et permettait, au moyen de transmissions, d’entraîner de nombreuses machines par le biais d’une machine centrale. Aujourd’hui, en revanche, l’entraînement unique s’est fait une place de choix. Les différents éléments qui composent un agrégat de machines sont alors alimentés séparément par leur propre entraînement. Ce principe permet d’agir de manière ciblée sur chaque mécanisme et de déterminer ainsi des méthodes de travail différenciées.
Les réducteurs elliptiques Harmonic Drive®
Parmi les avancées techniques porteuses d’avenir et les progrès relatifs aux systèmes d’entraînement, l’on compte également le réducteur elliptique Harmonic Drive® qui fut breveté par C. Walton Musser en 1955 et qui jusqu’à aujourd’hui n’a perdu en rien de son importance. En raison de ses excellentes qualités en matière de couple, de précision de position et de répétitivité, de poids et d’autres aspects encore, il dépasse parfois très nettement les systèmes similaires. Pourtant, Musser n’enrichit le monde des systèmes d’entraînement et des mécanismes de commande pas seulement dans ce contexte. Avec l’idée maîtresse qu’il ne s’agit pas de savoir si un projet était réalisable ou non, mais plutôt de savoir si l’on est prêt à y consacrer suffisamment de temps et d’efforts, l’inventeur américain stimula le génie inventif de toute la communauté scientifique.
Les avantages du réducteur elliptique Harmonic Drive®