Un accionamiento armónico es un reductor de alta precisión basado en un sistema de engranajes de onda de deformación. Utiliza un generador de onda, una estría flexible y una estría circular para lograr una elevada relación de reducción, un tamaño compacto y un juego mínimo. Es adecuado para ingenieros que necesitan un componente de transmisión flexible para sistemas de movimiento personalizados.
Un motor de engranaje armónico es una unidad de accionamiento completa que combina un motor con un reductor armónico. También puede incluir un codificador, un freno, rodamientos, una carcasa e incluso una electrónica de accionamiento integrada. Es adecuado para aplicaciones que requieren una estructura compacta, una instalación más sencilla, un par elevado y un control preciso del movimiento.
¿Qué es un accionamiento armónico?
Un accionamiento armónico es un tipo de reductor de engranajes de precisión basado en el sistema de engranajes de onda de deformación. Transfiere el movimiento mediante la flexión controlada de un componente metálico. A diferencia de los sistemas de engranajes tradicionales, que se basan en el acoplamiento rígido de los engranajes, un accionamiento armónico utiliza un componente de engranaje flexible que cambia de forma durante el funcionamiento.
Un accionamiento armónico típico consta de tres partes principales:
| Componente | Función |
| Generador de ondas | Crea una deformación elíptica y actúa como pieza de entrada |
| Espline flexible | Engranaje flexible que se deforma y suele actuar como salida |
| Espline circular | Engranaje interno rígido que engrana con la eslinte flexible |
Según la explicación técnica de Harmonic Drive, el generador de ondas suele estar conectado al eje del motor; la espline flexible es una copa cilíndrica delgada con dientes externos, y la espline circular es un anillo rígido con dientes internos. La espline circular suele tener dos dientes más que la espline flexible.
Las principales ventajas de un accionamiento armónico son su alta precisión, su tamaño compacto, su holgura baja o nula, su elevada relación de reducción y su excelente repetibilidad. Harmonic Drive también explica que el mecanismo de engranajes consta únicamente de tres piezas básicas y puede proporcionar elevadas relaciones de reducción en un diseño compacto y ligero.
¿Qué es un motor de engranaje armónico?
Un motor de engranaje armónico integra un motor eléctrico con un reductor armónico. El motor proporciona potencia y velocidad, mientras que el accionamiento armónico reduce la velocidad y aumenta el par de salida.
En muchas aplicaciones, un motor de engranaje armónico puede incluir:
- Motor de corriente continua sin escobillas o servomotor
- Reductor de transmisión armónica
- Codificador o sensor de retroalimentación
- Freno, opcional
- Cojinete de salida
- Carcasa
- Electrónica de accionamiento, opcional
Por ejemplo, los productos de actuadores integrados de Harmonic Drive combinan un engranaje armónico de alta precisión con un servomotor sin escobillas, un freno, encoders absolutos magnéticos y opciones de servoaccionamiento integrado. Esto demuestra que un motor de engranaje armónico no es solo un mecanismo de engranajes, sino una solución de accionamiento más completa.
Convierte la potencia del motor en un movimiento mecánico preciso y controlado. Está diseñado para aplicaciones que requieren un movimiento preciso, una instalación compacta, un par elevado y un funcionamiento estable.
Diferencia principal entre el accionamiento armónico y el motor de engranajes armónicos
La diferencia más importante es que un accionamiento armónico es un reductor de engranajes, mientras que un motor de engranajes armónicos es un sistema de accionamiento motorizado por engranajes.
| Elemento | Accionamiento armónico | Motor de engranajes armónicos |
| Significado básico | Reductor de engranajes de onda de deformación de precisión | Motor combinado con reductor armónico |
| Función principal | Reduce la velocidad y aumenta el par | Proporciona una salida motorizada de baja velocidad y alto par |
| ¿Incluye motor? | No, normalmente no | Sí |
| ¿Incluye caja de cambios? | Sí | Sí |
| Fuente de alimentación | Requiere un motor externo | Motor integrado |
| Capacidad de control | Depende del motor externo y del controlador | Se puede integrar con un codificador y un servocontrol |
| Instalación | Requiere la adaptación del motor y el montaje | Más fácil de instalar como una sola unidad |
| Ideal para | Fabricantes de maquinaria que buscan un diseño flexible | Usuarios que necesitan una solución de accionamiento lista para usar |
Un accionamiento armónico es como el núcleo de una transmisión de precisión. Un motor de engranajes armónicos es como un módulo actuador completo construido en torno a ese núcleo.
Comparación del principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento del accionamiento armónico se basa en la flexión controlada y la diferencia entre los dientes.
En primer lugar, el motor hace girar el generador de ondas. El generador de ondas tiene forma elíptica, por lo que obliga a la lengüeta flexible a deformarse hasta adoptar una forma elíptica.
En segundo lugar, la estría flexible engrana con la estría circular en dos puntos elípticos opuestos.
En tercer lugar, a medida que gira el generador de ondas, las zonas de engranaje se desplazan a lo largo de la circunferencia del engranaje. Dado que la estría flexible tiene menos dientes que la estría circular, la estría flexible se mueve lentamente en la dirección opuesta.
En cuarto lugar, esto genera una elevada relación de reducción. Harmonic Drive explica que cada vuelta completa del generador de ondas desplaza la eslabonadora flexible dos dientes con respecto a la eslabonadora circular, y los dientes permanecen engranados a lo largo del eje mayor, lo que confiere al reductor un comportamiento sin holgura.
Un motor de engranajes armónicos utiliza el mismo principio de reducción, pero añade el motor como fuente de potencia de entrada. Su funcionamiento puede resumirse así:
Rotación del motor → movimiento del generador de ondas → deformación de la eslabonadora flexible → reducción por engranajes → salida de baja velocidad y alto par
Así pues, el accionamiento armónico proporciona el mecanismo de reducción, mientras que el motor de engranajes armónicos proporciona el movimiento motorizado completo.
Diferencia de estructura
Estructura del accionamiento armónico
Un accionamiento armónico suele incluir únicamente las piezas del reductor de engranajes:
- Generador de ondas
- Eje flexible
- Espline circular
- Rodamientos
- Carcasa
- Brida de salida
Normalmente no incluye el motor, el codificador, el freno ni el controlador. Estos componentes deben seleccionarse en función de los requisitos específicos de la aplicación.
Estructura del motor de engranajes armónicos
Un motor de engranajes armónicos suele incluir:
- Motor
- Reductor armónico
- Eje de salida o brida
- Codificador
- Sistema de rodamientos
- Freno, opcional
- Carcasa
- Conector de cable
- Módulo de accionamiento, opcional
Harmonic Drive SE describe los servoactuadores como soluciones completas que combinan servomotores compactos, engranajes de precisión y rodamientos de salida, con retroalimentación de posición en bucle cerrado para un movimiento preciso. Esto se acerca mucho a lo que muchos usuarios entienden cuando hablan de un motor de engranajes armónicos o un actuador armónico.
Flexibilidad de diseño
Un accionamiento armónico ofrece a los ingenieros una mayor libertad de diseño. Pueden elegir por separado el motor, el codificador, el freno, el controlador, el método de montaje y la estructura de salida. Esto resulta útil para máquinas a medida en las que es necesario optimizar el espacio, el par, el método de control y la interfaz mecánica.
Un motor de engranajes armónicos resulta más práctico. Dado que el motor y el reductor ya están acoplados, los usuarios pueden reducir el tiempo de diseño y simplificar la instalación. Esto resulta especialmente útil para articulaciones de robots, módulos de automatización compactos y plataformas de movimiento estándar.
Si su equipo de ingeniería busca una personalización total, un accionamiento armónico puede ser la mejor opción. Si su proyecto requiere una integración rápida y una selección más sencilla, un motor de engranajes armónicos puede ser más adecuado.
Diferencia de rendimiento
En cuanto a la precisión de la transmisión, ambos ofrecen un rendimiento excelente, ya que utilizan el mismo principio de engranaje armónico. Sin embargo, el rendimiento final del sistema depende de diferentes factores.
En el caso de un accionamiento armónico, el rendimiento depende de:
- La precisión del reductor
- La calidad del motor
- La precisión del montaje
- La resolución del codificador
- Ajuste del controlador
- Condiciones de carga
En el caso de un motorreductor armónico, el rendimiento depende de:
- La adaptación entre el motor y el reductor
- Precisión del codificador integrado
- Rigidez de los rodamientos
- La calidad del servocontrol
- El diseño térmico
- Estructura integrada
Un motor de engranajes armónicos bien diseñado puede ofrecer una excelente precisión de posicionamiento, ya que el motor, el engranaje, el sistema de retroalimentación y los rodamientos están coordinados como una sola unidad.
Diferencia de coste
Un accionamiento armónico suele ser más barato que un motor de engranajes armónicos completo, ya que se trata únicamente del reductor. Sin embargo, el coste final del sistema puede aumentar tras añadir el motor, el codificador, el freno, el controlador, las piezas de montaje y la mano de obra de montaje.
Un motor de engranajes armónicos tiene un precio unitario más elevado, pero puede reducir el tiempo de ingeniería, el riesgo de instalación y los problemas de compatibilidad entre componentes. Para la producción en lotes pequeños o equipos de alta gama, esta comodidad puede resultar muy valiosa.
Por lo tanto, la opción más barata no siempre es la mejor. Evalúe el coste total del sistema, no solo el precio del reductor.
Diferencias en las aplicaciones
Aplicaciones habituales de los accionamientos armónicos
Los accionamientos armónicos se utilizan a menudo en sistemas en los que los ingenieros desean diseñar su propio conjunto motorizado. Entre las aplicaciones habituales se incluyen:
- Articulaciones de robots
- Mesas giratorias CNC
- Mecanismos de indexación de precisión
- Plataformas de posicionamiento óptico
- Actuadores aeroespaciales
- Equipos para semiconductores
- Máquinas de automatización a medida
Aplicaciones habituales de los motores de engranajes armónicos
Los motores de engranajes armónicos son más adecuados para módulos de movimiento completos. Entre sus aplicaciones habituales se incluyen:
- Articulaciones de robots colaborativos
- Robots médicos
- Módulos de dirección de vehículos guiados automáticamente (AGV)
- Pinzas eléctricas
- Actuadores rotativos servo
- Equipos de inspección
- Máquinas de embalaje
- Automatización de precisión para laboratorios
Harmonic Drive SE enumera aplicaciones como máquinas-herramienta, máquinas ópticas, robots industriales, automatización y manipulación, y máquinas de envasado para sus productos servo.
¿Cuál deberías elegir?
Deberías elegir un accionamiento armónico si:
- Ya tienes un motor seleccionado.
- Necesita un diseño mecánico a medida.
- Desea flexibilidad a la hora de elegir el codificador y el controlador.
- Tu equipo tiene requisitos de montaje especiales.
- Su equipo de ingeniería puede encargarse de la adaptación entre el motor y el reductor.
Deberías elegir un motorreductor armónico si:
- Necesita una unidad de accionamiento lista para usar.
- Desea una instalación más sencilla.
- Necesita una integración compacta de motor y reductor.
- Necesita retroalimentación del codificador y servocontrol.
- Desea reducir el tiempo de diseño y montaje.
- Estás fabricando articulaciones para robots o actuadores compactos.
Errores comunes en la selección
Un error habitual es comprar únicamente un accionamiento armónico cuando el proyecto realmente necesita un actuador motorizado completo. En este caso, el comprador aún tiene que seleccionar e instalar un motor, un codificador, un controlador y una estructura de montaje.
Otro error es elegir un motor de engranajes armónicos sin comprobar el par, la velocidad, el ciclo de trabajo, el juego y la compatibilidad de control. Aunque el motor de engranajes sea compacto y preciso, debe adaptarse a las condiciones reales de carga.
Un tercer error es centrarse únicamente en la relación de reducción. En las aplicaciones reales, también son importantes el par de salida, la velocidad nominal, la adaptación de la inercia, la carga de los rodamientos, la precisión de posicionamiento y la disipación del calor.
En términos sencillos, el accionamiento armónico es el núcleo de la reducción por engranajes, mientras que el motor de engranajes armónicos es la solución completa de movimiento motorizado. Para el diseño de máquinas a medida, un accionamiento armónico puede ser la mejor opción. Para una integración rápida y un movimiento de precisión compacto, un motor de engranajes armónicos suele ser más práctico.
