Un entraînement harmonique est un réducteur de haute précision basé sur un système d’engrenages à ondes de déformation. Il utilise un générateur d’ondes, une cannelure flexible et une cannelure circulaire pour offrir un rapport de réduction élevé, un encombrement réduit et un jeu minimal. Il convient aux ingénieurs qui ont besoin d’un composant de transmission flexible pour des systèmes de mouvement sur mesure.

Un motoréducteur harmonique est une unité d’entraînement complète qui combine un moteur et un réducteur harmonique. Il peut également inclure un codeur, un frein, des roulements, un boîtier et même une électronique d’entraînement intégrée. Il convient aux applications nécessitant une structure compacte, une installation simplifiée, un couple élevé et un contrôle précis du mouvement.

Qu’est-ce qu’un entraînement harmonique ?

Un entraînement harmonique est un type de réducteur de précision basé sur un engrenage à ondes de déformation. Il transmet le mouvement grâce à la flexion contrôlée d’un composant métallique. Contrairement aux systèmes d’engrenages traditionnels, qui reposent sur un engrènement rigide, un entraînement harmonique utilise un composant d’engrenage flexible qui change de forme pendant son fonctionnement.

Un entraînement harmonique typique comporte trois parties principales :

Composant	Fonction
Générateur d’ondes	Crée une déformation elliptique et sert de partie d’entrée
Cannelure flexible	Engrenage flexible qui se déforme et sert généralement de partie de sortie
Cannelure circulaire	Engrenage interne rigide qui s’engrène avec la cannelure flexible

Selon les explications techniques d’Harmonic Drive, le générateur d’ondes est généralement relié à l’arbre du moteur ; la cannelure flexible est une fine coupelle cylindrique à denture externe, tandis que la cannelure circulaire est un anneau rigide à denture interne. La cannelure circulaire comporte généralement deux dents de plus que la cannelure flexible.

Les principaux avantages d’un entraînement harmonique sont une grande précision, un encombrement réduit, un jeu faible voire nul, un rapport de réduction élevé et une excellente répétabilité. Harmonic Drive précise également que le mécanisme d’engrenage se compose de seulement trois pièces de base et permet d’obtenir des rapports de réduction élevés dans un ensemble compact et léger.

Qu’est-ce qu’un motoréducteur harmonique ?

Un moteur à engrenage harmonique intègre un moteur électrique et un réducteur harmonique. Le moteur fournit la puissance et la vitesse, tandis que l’entraînement harmonique réduit la vitesse et augmente le couple de sortie.

Dans de nombreuses applications, un moteur à engrenage harmonique peut inclure :

• Un moteur à courant continu sans balais ou un servomoteur
• Réducteur à entraînement harmonique
• Codeur ou capteur de rétroaction
• Frein, en option
• Roulement de sortie
• Carter
• Électronique d’entraînement, en option

Par exemple, les actionneurs intégrés de Harmonic Drive combinent un engrenage harmonique de haute précision avec un servomoteur sans balais, un frein, des codeurs absolus magnétiques et des options de servocommande intégrées. Cela montre qu’un motoréducteur harmonique n’est pas seulement un mécanisme d’engrenage, mais une solution d’entraînement plus complète.

Il convertit la puissance du moteur en un mouvement mécanique précis et contrôlé. Il est conçu pour les applications nécessitant un mouvement précis, un encombrement réduit, un couple élevé et un fonctionnement stable.

Principale différence entre un entraînement harmonique et un motoréducteur harmonique

La différence la plus importante réside dans le fait qu’un entraînement harmonique est un réducteur à engrenages, tandis qu’un moteur à engrenages harmoniques est un système d’entraînement motorisé à engrenages.

Élément	Entraînement harmonique	Moteur à engrenages harmoniques
Signification de base	Réducteur à engrenages à ondes de déformation de haute précision	Moteur combiné à un réducteur harmonique
Fonction principale	Réduit la vitesse et augmente le couple	Fournit une sortie motorisée à faible vitesse et couple élevé
Moteur inclus ?	Non, généralement pas	Oui
Comprend-il une boîte de vitesses ?	Oui	Oui
Source d’alimentation	Nécessite un moteur externe	Moteur intégré
Capacité de commande	Dépend du moteur externe et du contrôleur	Peut être intégré à un codeur et à une servocommande
Installation	Nécessite l’appariement du moteur et l’assemblage	Plus facile à installer en tant qu’unité unique
Idéal pour	Les constructeurs de machines qui recherchent une conception flexible	Aux utilisateurs qui ont besoin d’une solution d’entraînement prête à l’emploi

Un entraînement harmonique s’apparente au cœur d’une transmission de précision. Un motoréducteur harmonique s’apparente à un module d’actionnement complet construit autour de ce cœur.

Comparaison des principes de fonctionnement

Le principe de fonctionnement de l’entraînement harmonique repose sur une flexion contrôlée et une différence de denture.

Tout d’abord, le moteur fait tourner le générateur d’ondes. Ce dernier ayant une forme elliptique, il force la cannelure flexible à se déformer pour prendre une forme elliptique.

Ensuite, la cannelure flexible s’engrène avec la cannelure circulaire en deux points elliptiques opposés.

Troisièmement, à mesure que le générateur d’ondes tourne, les zones d’engrènement se déplacent sur la circonférence de l’engrenage. La cannelure flexible comportant moins de dents que la cannelure circulaire, elle se déplace lentement dans la direction opposée.

Quatrièmement, cela crée un rapport de réduction élevé. Harmonic Drive explique que chaque rotation complète du générateur d’ondes déplace la cannelure flexible de deux dents par rapport à la cannelure circulaire, et que les dents restent en prise le long de l’axe principal, ce qui confère au réducteur un comportement sans jeu.

Un motoréducteur harmonique utilise le même principe de réduction, mais intègre un moteur comme source d’énergie d’entrée. Son fonctionnement peut se résumer ainsi :

Rotation du moteur → mouvement du générateur d’ondes → déformation de la cannelure flexible → réduction par engrenage → sortie à faible vitesse et couple élevé

Ainsi, l’entraînement harmonique fournit le mécanisme de réduction, tandis que le motoréducteur harmonique assure le mouvement motorisé complet.

Différence de structure

Structure de l’entraînement harmonique

Un entraînement harmonique ne comprend généralement que les composants du réducteur à engrenages :

• Générateur d’ondes
• Arbre cannelé flexible
• Canelure circulaire
• Roulements
• Carter
• Bride de sortie

En règle générale, le moteur, le codeur, le frein et le variateur ne sont pas inclus. Ces composants doivent être choisis en fonction des exigences spécifiques de l’application.

Structure d’un motoréducteur harmonique

Un motoréducteur harmonique comprend généralement :

• Moteur
• Réducteur harmonique
• Arbre de sortie ou bride
• Codeur
• Système de roulements
• Frein, en option
• Carter
• Connecteur de câble
• Module d’entraînement, en option

Harmonic Drive SE définit les servo-actionneurs comme des solutions complètes combinant des servomoteurs compacts, des engrenages de précision et des roulements de sortie, avec un retour de position en boucle fermée pour un mouvement précis. Cela correspond très bien à ce que de nombreux utilisateurs entendent lorsqu’ils parlent d’un motoréducteur harmonique ou d’un actionneur harmonique.

Flexibilité de conception

Un entraînement harmonique offre aux ingénieurs une plus grande liberté de conception. Ils peuvent choisir séparément le moteur, le codeur, le frein, le contrôleur, le mode de montage et la structure de sortie. Cela s’avère utile pour les machines sur mesure où l’espace, le couple, la méthode de commande et l’interface mécanique doivent être optimisés.

Un moteur à engrenages harmoniques est plus pratique. Le moteur et le réducteur étant déjà appariés, les utilisateurs peuvent réduire le temps de conception et simplifier l’installation. Cela s’avère particulièrement utile pour les articulations de robots, les modules d’automatisation compacts et les plates-formes de mouvement standard.

Si votre équipe d’ingénieurs souhaite une personnalisation totale, un entraînement harmonique peut être préférable. Si votre projet nécessite une intégration rapide et une sélection plus aisée, un motoréducteur harmonique peut être plus adapté.

Différence de performances

En termes de précision de transmission, les deux solutions offrent d’excellentes performances car elles reposent sur le même principe d’engrenage harmonique. Cependant, les performances finales du système dépendent de différents facteurs.

Pour un entraînement harmonique, les performances dépendent :

• de la précision du réducteur
• De la qualité du moteur
• De la précision de l’assemblage
• de la résolution du codeur
• du réglage du contrôleur
• Conditions de charge

Pour un motoréducteur harmonique, les performances dépendent :

• de l’adéquation entre le moteur et le réducteur
• Précision du codeur intégré
• Rigidité des roulements
• La qualité de la servocommande
• Conception thermique
• Structure intégrée

Un motoréducteur harmonique bien conçu peut offrir une excellente précision de positionnement, car le moteur, l’engrenage, le système de rétroaction et les roulements sont parfaitement adaptés les uns aux autres pour former un ensemble homogène.

Différence de coût

Un entraînement harmonique est généralement moins cher qu’un motoréducteur harmonique complet, car il ne s’agit que du réducteur. Cependant, le coût final du système peut augmenter après l’ajout du moteur, du codeur, du frein, du contrôleur, des pièces de montage et de la main-d’œuvre nécessaire à l’assemblage.

Un motoréducteur harmonique présente un prix unitaire plus élevé, mais il permet de réduire le temps de conception, les risques liés à l’installation et les problèmes d’adaptation des composants. Pour la production en petites séries ou les équipements haut de gamme, cette facilité peut s’avérer précieuse.

Par conséquent, l’option la moins chère n’est pas toujours la meilleure. Évaluez le coût total du système, et pas seulement le prix du réducteur.

Différences d’application

Applications courantes des entraînements harmoniques

Les entraînements harmoniques sont souvent utilisés dans des systèmes où les ingénieurs souhaitent concevoir leur propre ensemble motorisé. Parmi les applications courantes, on peut citer :

• Articulations de robots
• Tables rotatives CNC
• Mécanismes d’indexation de précision
• Plateformes de positionnement optique
• Actionneurs aérospatiaux
• Équipements pour semi-conducteurs
• Machines d’automatisation sur mesure

Applications courantes des moteurs à engrenages harmoniques

Les moteurs à engrenages harmoniques sont particulièrement adaptés aux modules de mouvement complets. Parmi leurs applications courantes, on peut citer :

• Articulations de robots collaboratifs
• Robots médicaux
• Modules de direction pour véhicules à guidage automatique (AGV)
• Pinces électriques
• Actionneurs rotatifs servo
• Équipements d’inspection
• Machines d’emballage
• Automatisation de laboratoire de précision

Harmonic Drive SE cite parmi les applications de ses servoproduits les machines-outils, les machines optiques, les robots industriels, l’automatisation et la manutention, ainsi que les machines d’emballage.

Lequel choisir ?

Vous devriez opter pour un entraînement harmonique si :

• Vous avez déjà sélectionné un moteur.
• Vous avez besoin d’une conception mécanique sur mesure.
• Vous souhaitez bénéficier d’une grande flexibilité dans le choix du codeur et du contrôleur.
• Votre équipement présente des exigences de montage particulières.
• Votre équipe d’ingénieurs est en mesure de s’occuper de l’appariement moteur-réducteur.

Vous devriez opter pour un motoréducteur harmonique si :

• Vous avez besoin d’un groupe d’entraînement prêt à l’emploi.
• Vous souhaitez une installation plus simple.
• Vous avez besoin d’une intégration compacte du motoréducteur.
• Vous avez besoin d’un retour d’information par codeur et d’une servocommande.
• Vous souhaitez réduire le temps de conception et de montage.
• Vous construisez des articulations de robots ou des actionneurs compacts.

Erreurs courantes de sélection

Une erreur courante consiste à acheter uniquement un entraînement harmonique alors que le projet nécessite en réalité un actionneur motorisé complet. Dans ce cas, l’acheteur doit encore sélectionner et installer un moteur, un codeur, un contrôleur et une structure de montage.

Une autre erreur consiste à choisir un motoréducteur harmonique sans vérifier le couple, la vitesse, le cycle de service, le jeu et la compatibilité de commande. Même si le motoréducteur est compact et précis, il doit tout de même être adapté aux conditions de charge réelles.

Une troisième erreur consiste à se concentrer uniquement sur le rapport de réduction. Dans les applications concrètes, le couple de sortie, la vitesse nominale, l’adaptation de l’inertie, la charge sur les roulements, la précision de positionnement et la dissipation thermique sont également des facteurs importants.

En termes simples, l’entraînement harmonique constitue le cœur du système de réduction par engrenages, tandis que le motoréducteur harmonique représente la solution complète de mouvement motorisé. Pour la conception de machines sur mesure, un entraînement harmonique peut s’avérer le meilleur choix. Pour une intégration rapide et un mouvement de précision compact, un motoréducteur harmonique est souvent plus pratique.