Il campo di applicazione di azionamenti e riduttori si estende a molti sottosettori tecnici. La trasmissione, ad esempio, presente in ogni veicolo, rappresenta solo un sottosettore di applicazione esiguo, anche se importante. L’intera industria dell’automazione richiede continuamente nuove soluzioni individuali atte a risolvere determinate problematiche. Il punto essenziale è però sempre lo stesso, ovvero come trasmettere in modo mirato i movimenti che un determinato componente deve compiere, per ottenere un particolare risultato desiderato.
Azionamenti diretti – unità senza riduttore
Quando tra l’unità di azionamento e la trasmissione finale non vi è alcuna trasmissione meccanica nella forma di un riduttore, si parla di azionamento diretto. In tal caso, il motore, in quanto unità di azionamento, deve essere in grado di mettere a disposizione all’uscita una coppia richiesta ad una determinata velocità. Poiché nell’azionamento diretto viene meno il riduttore, anche in questo caso il momento dell’inerzia di massa di tutte le singole masse rotanti è inferiore rispetto ad analoghe unità di azionamento dotate di riduttori intermedi.
Un esempio calzante di applicazione di un azionamento diretto è il motore torque. Questo motore sincrono multipolare funziona con una velocità relativamente ridotta, ma produce al contempo un’elevata coppia.
Servoazionamenti come ausili della medicina
Il termine servoazionamento comprende azionamenti elettrici che possono essere progettati per alti regimi. Una caratteristica particolare di questo gruppo di azionamenti è la possibilità di scegliere una curva di coppia adeguata ad una determinata problematica. La struttura dei servomotori consente di scegliere i punti di lavoro o operativi idonei di una curva di coppia. Grazie a queste caratteristiche vantaggiose, i servoazionamenti sono impiegati di frequente per le impacchettatrici o nel settore della robotica. È proprio in questi settori problematici, che lo spostamento preciso di carichi lungo una traiettoria predeterminata riveste un’importanza fondamentale. Un altro campo di applicazione dei servomotori è quello della tecnica medicale. L’esoscheletro è un ausilio per le persone con disabilità. Determinate funzioni del corpo vengono supportate in modo mirato con movimenti di motricità fine dall’esoscheletro, chiamato anche scheletro esterno. Questo facilita nelle persone disabili i movimenti quotidiani ricorrenti, tanto che questa struttura sensibile diventa un ausilio prezioso per chi lo utilizza. Ciò vale in particolare per l’esoscheletro attivo, che necessita di un’alimentazione di energia autonoma per il funzionamento dei suoi servoazionamenti.
Riduttori basati sul principio dei riduttori armonici
Grazie alla sua speciale struttura, costituita unicamente da tre componenti essenziali, ovvero wave generator, flex spline e circular spline, questo particolare tipo di riduttore consente elevati rapporti di trasmissione da regimi elevati a regimi bassi. Un ulteriore criterio decisivo a favore dei riduttori armonici Harmonic Drive® è la completa assenza di gioco, offerta dal set componibile CPL-2A di Harmonic Drive AG.
L’azionamento del riduttore armonico Harmonic Drive® avviene tramite il wave generator posizionato al centro, i cui contorni esterni hanno forma ellittica. Su questo contorno ellittico è applicato un sottile cuscinetto a sfere speciale in grado di assorbire le deformazioni del contorno ellittico nel settore elastico durante la sua rotazione. Tali deformazioni elastiche vengono trasferite alla flex spline, dotata di dentatura esterna. La dentatura esterna della flex spline ingrana con la dentatura interna del terzo elemento essenziale, la circular spline. La circular spline ha generalmente due denti in più rispetto alla flex spline a dentatura esterna e quindi, ogniqualvolta il wave generator compie un giro completo, la circular-spline compie una rotazione parziale ridotta di due denti. Se tuttavia la circular spline è mantenuta fissa, una rotazione completa del wave generator determina una rotazione parziale della flex spline, tuttavia in direzione opposta.
Panoramica dei componenti del riduttore armonico Harmonic Drive®
Azionamenti per il settore aerospaziale
La particolare caratteristica del gioco zero del riduttore armonico rende l’azionamento particolarmente adatto per l’impiego in veicoli spaziali dell’industria aerospaziale. A titolo di esempio citiamo l’inclinazione automatica dei pannelli solari per l’alimentazione energetica nonché unità per la correzione della traiettoria di veicoli spaziali tramite ugelli di spinta. Anche il posizionamento preciso di antenne può essere ottenuto con il riduttore armonico. Poiché nel settore aerospaziale le unità di azionamento devono poter contare anche sulla ripetibilità, la caratteristica del gioco zero è un importantissimo garante per l’adempimento delle funzioni necessarie.
Azionamenti con riduttori planetari
Il nome del riduttore planetario, chiamato anche riduttore epicicloidale, deriva dal fatto che i singoli ingranaggi, chiamati ingranaggi planetari, oltre a ruotare su se stessi compiono anche una rotazione intorno a un ingranaggio centrale, l’ingranaggio solare. I riduttori planetari consentono di trasmettere coppie elevate. Si possono anche ottenere elevati rapporti di riduzione con pochi ingranaggi. Nei riduttori planetari azionamento e uscita si trovano sullo stesso asse. Nel modello base di un riduttore planetario i suoi ingranaggi sono disposti su tre alberi. Sul primo albero è collocato l’ingranaggio solare, attraverso il quale avviene generalmente l’azionamento del motore. Il secondo albero è concepito per accogliere il portasatelliti con gli ingranaggi planetari. Il terzo albero, coassiale con gli altri alberi, accoglie la corona con dentatura interna. È in questa dentatura interna che s’ingranano i denti degli ingranaggi planetari. Durante il funzionamento l’albero con la corona è spesso fissa, ma non è necessariamente così. Se l’albero con il portasatellite è fisso, si parla anche di riduttore ordinario.
Un’applicazione molto frequente del riduttore planetario si trova in ogni autoveicolo sotto forma di differenziale di trasmissione. Durante la guida in curva, questo riduttore assicura la necessaria compensazione dei numeri di giri tra le ruote interne alla curva rispetto a quelle esterne. Un’altra applicazione molto nota dei riduttori planetari è quella nel mozzo a cambio interno per ruote di bicicletta.
Azionamenti speciali in base alle specifiche individuali del cliente
In questo sottosettore degli azionamenti, che richiede un approccio individuale, rientra in particolare il settore della robotica. L’aspetto essenziale nel summenzionato settore, in quanto rappresentante dell’automazione, è eseguire movimenti mirati, non solo su determinate traiettorie nello spazio. Svolge un ruolo fondamentale anche la regolazione della velocità istantanea del componente da muovere. Vanno incluse in tutte le riflessioni le accelerazioni e le decelerazioni che si verificano, così come le forze di massa dinamiche correlate.
La tecnologia degli azionamenti quale pilastro portante dell’automazione
Il settore della tecnologia degli azionamenti è straordinariamente versatile e le problematiche spesso ramificate richiedono un elevato livello di esperienza e pragmatismo. Per tale motivo spesso è indispensabile sostituire sistemi standard con soluzioni personalizzate. In simili casi speciali è richiesta una combinazione di diversi componenti, che riguardano sia gli azionamenti che i riduttori. L’impiego di riduttori speciali, quali ad esempio i riduttori armonici, utilizzati anche nell’industria aerospaziale, rende questo tipo di azionamento estremamente attuale. A causa dei progressi dell’automazione, la tecnologia degli azionamenti rivestirà, anche in futuro, un’enorme rilevanza e influenzerà in misura determinante il mondo della tecnica.