Sin dalla loro invenzione, le innovazioni, i miglioramenti e gli adeguamenti costanti hanno reso i riduttori armonici di Harmonic Drive® interessanti per diversi settori. Oggi rappresentano la prima scelta per le applicazioni che richiedono un’elevata precisione di posizionamento e ripetibilità. Sia che vengano utilizzati nel corpo, come attuatore con motore ed encoder oppure nell’ambito di configurazioni specifiche per il cliente, compresi materiali speciali o elementi caratteristici – la capacità di adattamento dei riduttori armonici ne consente un impiego versatile. Nei decenni un aspetto è rimasto tuttavia sempre costante: il principio di funzionamento del riduttore armonico Harmonic Drive®. 

Riduttori armonici – Struttura e funzionamento 

Il riduttore armonico Harmonic Drive® si basa fondamentalmente su tre componenti. Da un lato, il cosiddetto Wave Generator, un disco in acciaio ellittico nel cuore del riduttore, dotato di un mozzo centrale e di un sottile cuscinetto a sfere speciale deformabile ellitticamente. Il Wave Generator è inoltre collegato all’albero motore. Dall’altro, il riduttore armonico è composto dal Flexspline, una “tazza” in acciaio cilindrica deformabile con una dentatura disposta radialmente intorno al lato esterno, e il Circular Spline. In quanto elemento esterno rigido e cilindrico quest’ultimo avvolge sia il Wave Generator sia anche il Flexspline ed è dotato di una dentatura interna. Significativo in questo caso è il numero di denti – la dentatura esterna del Flexspline conta meno denti della dentatura interna del Circular Spline. Spesso la differenza è di due denti. Generalmente il Wave Generator viene usato come elemento d’ingresso e il Flexspline come elemento d’uscita del meccanismo.

Il Wave Generator di forma ellittica, quale elemento movente, avvia il processo del riduttore armonico Harmonic Drive® e determina inizialmente la deformazione del Flexspline, i cui denti ingranano sui denti interni del Circular Spline in corrispondenza dell'asse maggiore dell'ellisse. Con la rotazione del Wave Generator l’asse maggiore dell’ellisse si sposta insieme alla zona d’ingranatura della dentatura. Il segreto della concezione e del funzionamento del riduttore armonico Harmonic Drive® è il fatto che il Flexspline ha meno denti del Circular Spline. Con una differenza di due denti, una rotazione di 180° del Wave Generator provoca un movimento relativo tra Flexspline e Circular Spline di un dente. Dopo una rotazione completa la differenza diventa già di due denti.

Caratteristiche e vantaggi del riduttore armonico Harmonic Drive®

Le caratteristiche e i vantaggi sostanziali del riduttore armonico, rispetto ai tipi di riduttori più convenzionali, si basano principalmente sull’interazione tra la sua struttura semplice e il principio unico della deformazione elastica di corone dentate in acciaio. I riduttori Harmonic Drive® presentano per la loro intera durata utile un’assenza di gioco assoluta e mantengono sull’intera gamma di valori di coppia un’elevata rigidità torsionale. Dimensioni esigue e un peso ridotto ne garantiscono l’impiego in applicazioni ovvero sistemi più compatti e leggeri rispetto ai tipi di riduttori tradizionali. Grazie agli elevati rapporti di coppia con soli tre componenti di base e un allineamento coassiale dei componenti citati, i riduttori armonici possono essere integrati senza problemi in applicazioni esistenti.

Le caratteristiche citate sono rese possibili anche dall’integrazione di un albero cavo centrale, che offre spazio per il passaggio di alberi, cavi o altri mezzi o componenti ed è parte integrante di un sistema costruttivo di facile utilizzo. I punti a favore dei riduttori armonici sono alti rapporti di riduzione in un singolo stadio, alta efficienza e ottimi valori per quanto riguarda la precisione di posizionamento e la ripetibilità.

I riduttori armonici a livello pratico Settori di applicazione

Quando Walton Musser concepì il principio Harmonic Drive® nel 1955 era destinato prevalentemente al settore aerospaziale e fu finanziato soprattutto dalla NASA. I riduttori armonici di Harmonic Drive AG sono stati sulla Luna e su Marte, sono usciti dal nostro sistema solare e probabilmente incontreranno, in un lontano futuro, pianeti finora sconosciuti. Ancora oggi i riduttori armonici sono impiegati nello spazio. La gamma di applicazioni si è tuttavia sensibilmente ampliata e accanto al motore, al regolatore, agli strumenti di misura e al freno rappresentano una componente estremamente importante nei sistemi di azionamento complessi.

Tra i settori di applicazione rientra fra l’altro la robotica, in cui i riduttori armonici fungono prevalentemente da azionamento degli assi per i robot più diversi. Il riduttore armonico è utilizzato anche come azionamento nella simulazione di volo, nell’ambito dell’orientamento di antenne paraboliche, nell’industria automobilistica e nelle macchine utensili.