Optez pour un moteur à entraînement harmonique à arbre creux lorsque l’équipement nécessite un acheminement interne des câbles, tubes, arbres, conduites de vide ou chemins optiques. Il est particulièrement adapté aux articulations de robots, aux systèmes d’automatisation multiaxes, aux équipements pour semi-conducteurs, à la robotique médicale et aux machines de précision qui exigent une gestion des câbles propre, compacte et protégée.

Optez pour un moteur à entraînement harmonique à arbre plein lorsque la structure de la machine est simple, qu’un acheminement traversant l’axe n’est pas nécessaire, que la maîtrise des coûts est importante et qu’un acheminement externe des câbles est acceptable. C’est un choix pratique pour les axes d’automatisation généraux, les tables d’indexage, les machines d’emballage, les systèmes de réglage de convoyeurs et les dispositifs de positionnement rotatifs simples.

Qu’est-ce qu’un moteur à entraînement harmonique à arbre creux ?

Un moteur à entraînement harmonique à arbre creux est conçu avec un alésage traversant au centre de l’axe de sortie. Cet alésage peut être utilisé pour acheminer des câbles électriques, des tuyaux d’air, des conduites de vide, le câblage de capteurs, des fibres optiques, des faisceaux laser, voire un arbre mécanique à travers le centre de rotation.

Cette structure est très utile lorsque le système d’automatisation nécessite une rotation continue ou lorsque les câbles doivent être protégés contre la torsion. Par exemple, dans l’articulation du poignet d’un robot, un arbre creux permet aux câbles de l’effecteur terminal, de la caméra, de la pince ou de la torche de soudage de passer par le centre de l’articulation. Dans une machine d’inspection, les composants optiques ou les conduites d’air peuvent traverser l’axe rotatif sans créer de boucles de câbles externes.

Les réducteurs à arbre creux Harmonic Drive sont conçus pour permettre aux arbres, fils, tubes ou autres composants de passer directement par le centre du réducteur tout en conservant précision et répétabilité.

Qu’est-ce qu’un moteur à entraînement harmonique à arbre plein ?

Un moteur à entraînement harmonique à arbre plein utilise un arbre ou une bride de sortie classique. Il ne comporte pas de grand trou traversant au centre. La sortie peut se raccorder directement à une poulie, un accouplement, un bras, une table, un dispositif de fixation ou toute autre pièce mécanique.

Les modèles à arbre plein sont courants dans de nombreuses machines d’automatisation car ils sont simples, compacts et faciles à installer. Si le système ne nécessite pas de passage de câbles à travers l’axe, un moteur à entraînement harmonique à arbre plein peut constituer un choix pratique et économique.

Par exemple, les moteurs à arbre plein sont souvent utilisés dans les petits plateaux de positionnement rotatifs, les tables d’indexage, les axes de machines d’emballage, les articulations simples de robots, les axes de réglage de convoyeurs et les équipements d’automatisation de laboratoire. Dans ces applications, les câbles peuvent être acheminés à l’extérieur du mécanisme rotatif, ce qui rend inutile la présence d’un centre creux.

Moteurs à entraînement harmonique à arbre creux vs moteurs à arbre plein

Élément	Moteur à entraînement harmonique à arbre creux	Moteur à entraînement harmonique à arbre plein
Structure de l’arbre	Trou central traversant	Arbre de sortie classique ou bride
Acheminement des câbles	Les câbles, tubes ou arbres peuvent passer par le centre	Les câbles sont généralement acheminés à l’extérieur de l’axe
Disposition mécanique	Plus épuré pour les systèmes rotatifs complexes	Plus simple pour les mécanismes standard
Idéal pour	Articulations de robots, tables rotatives, équipements optiques, systèmes multiaxiaux	Automatisation générale, indexation, conditionnement, mouvement rotatif simple
Encombrement	Permet de réduire les boucles de câbles externes	Souvent compact et simple
Coût	Généralement plus élevé	Généralement plus faible
Complexité de conception	Nécessite de prêter attention à la taille des trous traversants et à la protection des câbles	Conception et assemblage plus faciles
Maintenance	Protection des câbles plus aisée, mais l’acheminement interne doit être planifié	Accès plus aisé aux câbles externes
Avantage typique	Meilleure intégration et gestion des câbles	Structure plus simple et coût réduit
Risque lié au choix	Le trou traversant peut réduire l’espace disponible pour les roulements ou la structure, selon la conception	Les câbles externes peuvent s’entortiller ou gêner le mouvement

Quand choisir un moteur Harmonic Drive à arbre creux

Lorsque des câbles doivent passer par l’axe de rotation

La principale raison de choisir un moteur à arbre creux est l’acheminement des câbles. Si la machine comporte des fils électriques, des tubes pneumatiques, des conduites hydrauliques, des tubes à vide, des fibres optiques ou des câbles de capteurs qui doivent passer à travers un joint rotatif, une conception à arbre creux est généralement le meilleur choix.

C’est courant dans :

• Articulations de poignet de robot
• Articulations de robots collaboratifs
• Effecteurs terminaux de robots de soudage
• Systèmes d’inspection par caméra
• Équipements de traitement au laser
• Systèmes de manutention de plaquettes de semi-conducteurs
• Bras robotiques médicaux
• Tables rotatives avec fixations à vide

En l’absence d’arbre creux, les câbles peuvent être contraints de contourner l’extérieur du joint. Cela peut accroître l’usure, limiter l’angle de rotation et entraîner des problèmes d’entretien.

Lorsqu’une rotation continue est requise

Si un axe doit tourner en continu ou fréquemment sur un angle important, les câbles externes risquent de se tordre, de se plier ou de se rompre. Un arbre creux permet au concepteur d’acheminer les câbles par le centre et d’associer cette conception à une bague collectrice, un raccord rotatif ou un système de gestion des câbles.

Ceci est particulièrement utile pour les tables rotatives, les poignets robotiques et les systèmes d’inspection automatisés où l’axe peut tourner de manière répétée pendant la production.

Lorsque la machine nécessite un agencement plus épuré

Un moteur à arbre creux permet d’obtenir une configuration plus épurée de la machine. Au lieu d’avoir des câbles apparents à l’extérieur de l’axe, le concepteur peut les dissimuler à l’intérieur de celui-ci. Cela améliore l’esthétique et peut réduire le risque d’endommagement des câbles.

Pour les équipements d’automatisation haut de gamme, un acheminement soigné des câbles n’est pas seulement une question d’esthétique. Cela permet également de réduire les interférences avec les pièces mobiles, d’améliorer la sécurité et de faciliter l’intégration de l’équipement dans des espaces restreints.

Lorsque des lignes optiques ou des conduites de fluide doivent passer par le centre

Certains systèmes nécessitent plus que de simples câbles électriques. Par exemple, un système d’inspection laser peut nécessiter un trajet optique traversant le centre de rotation. Une table rotative à vide peut nécessiter un canal de vide traversant l’axe. Une machine pour semi-conducteurs peut nécessiter l’acheminement d’air, de vide ou de fluide à travers un mécanisme rotatif.

Dans ces cas, une conception à arbre creux peut simplifier l’ensemble de la structure de la machine.

Lorsque l’application concerne une articulation de robot

Les articulations de robots constituent l’une des applications les plus courantes des moteurs à entraînement harmonique à arbre creux. Dans les robots multiaxiaux, chaque articulation nécessite souvent des câbles d’alimentation du moteur, des câbles de codeur, des câbles de frein, des fils de capteurs et des conduites de l’effecteur terminal. Si tous ces câbles sont acheminés à l’extérieur, le robot devient encombrant et plus difficile à entretenir.

Une conception à arbre creux permet un acheminement interne des câbles, ce qui favorise une structure de robot plus compacte et plus professionnelle.

Quand choisir un moteur à entraînement harmonique à arbre plein

Lorsque l’acheminement à travers l’axe n’est pas nécessaire

Si votre équipement d’automatisation ne nécessite pas le passage de câbles, de tubes ou d’arbres par le centre, un moteur à entraînement harmonique à arbre plein suffit souvent. Il n’est pas nécessaire d’opter pour une structure à arbre creux si la machine fonctionne correctement avec un acheminement externe des câbles.

Par exemple, un simple axe de positionnement rotatif peut n’avoir besoin du moteur que pour faire tourner une table ou un dispositif de fixation. Dans ce cas, une conception à arbre plein est généralement la solution la plus pratique.

Lorsque la maîtrise des coûts est primordiale

Les conceptions à arbre creux sont généralement plus complexes. Elles peuvent nécessiter des roulements spéciaux, un boîtier plus spacieux, une étanchéité plus soignée et un assemblage plus précis. Par conséquent, elles coûtent généralement plus cher que les modèles standard à arbre plein.

Pour les équipements d’automatisation où le coût est un facteur déterminant, un moteur à arbre plein peut constituer la meilleure option s’il répond aux exigences en matière de couple, de vitesse, de précision et d’installation.

Lorsque la structure de la machine est simple

Pour de nombreuses machines d’emballage, systèmes de réglage de convoyeurs, petites tables d’indexage et dispositifs d’automatisation généraux, la structure mécanique est simple. L’axe tourne selon un angle limité, et les câbles peuvent être fixés à l’extérieur de la partie mobile.

Dans ces cas, un moteur à entraînement harmonique à arbre plein est plus facile à installer et à entretenir.

Lorsque l’on privilégie une plus grande simplicité et une meilleure robustesse

Une configuration à arbre plein peut être mécaniquement simple. Il n’est pas nécessaire de tenir compte du diamètre intérieur de l’alésage, du rayon de courbure du câble à l’intérieur de l’arbre ou de l’espace de passage interne. Pour les applications soumises à des charges d’impact, à des mouvements de démarrage-arrêt fréquents ou nécessitant une sortie rotative simple, cette simplicité peut s’avérer précieuse.

Toutefois, la résistance et la capacité de surcharge dépendent toujours de la série de produits spécifique, de la taille du réducteur, de la conception des roulements et de la structure de l’arbre. Par exemple, Nabtesco souligne que, dans les conceptions d’engrenages à ondes de déformation, les engrenages de type « chapeau » permettent d’obtenir un arbre creux de plus grand diamètre, tandis que les engrenages de type « coupelle » offrent une capacité de surcharge plus élevée. Cela montre pourquoi les ingénieurs doivent comparer les données réelles des catalogues plutôt que de supposer qu’une structure est systématiquement plus résistante qu’une autre.

Facteurs clés de sélection

Acheminement des câbles et des tubes

Voici la première question :

Des câbles, des tubes ou des composants passeront-ils par le centre de rotation ?

Si oui, optez pour un arbre creux. Si non, un arbre plein peut s’avérer plus économique et plus simple.

Couple requis

Les moteurs à entraînement harmonique à arbre creux comme à arbre plein peuvent fournir un couple élevé, mais le couple nominal dépend de la taille du châssis, du rapport de réduction, de la conception des roulements et de la puissance du moteur. La série de réducteurs à arbre creux FBS d’Harmonic Drive, par exemple, est conçue avec un grand arbre creux et un diamètre extérieur compact pour les robots et les machines nécessitant un câblage complexe à travers l’axe de rotation, tout en mettant l’accent sur le couple, la rigidité torsionnelle, la longue durée de vie et la rotation en douceur.

Lors du choix, comparez :

• Couple continu
• Couple de pointe
• Couple d’arrêt d’urgence
• Couple d’accélération admissible
• Vitesse de sortie nominale
• Cycle de service

Ne vous fiez pas uniquement au type d’arbre. Choisissez toujours en fonction des conditions de charge réelles.

Diamètre du trou traversant

Pour les moteurs à arbre creux, la taille du trou de passage est essentielle. Elle doit être suffisamment grande pour permettre le passage de tous les câbles, tubes ou arbres.

Vérifiez :

• Nombre de câbles
• Diamètre extérieur des câbles
• Rayon de courbure minimal
• Taille du connecteur
• Dimension du tuyau d’air ou du tuyau à vide
• Taille de la bague collectrice ou du raccord rotatif
• Espace disponible pour une extension future

Une erreur courante consiste à choisir un moteur à arbre creux offrant un couple suffisant, mais dont l’espace interne est insuffisant pour accueillir les câbles.

Charge sur le palier de sortie

De nombreux moteurs à entraînement harmonique sont directement reliés à des bras, des plateaux tournants, des dispositifs de fixation ou des articulations de robots. Le roulement de sortie doit supporter des forces latérales, de poussée et de basculement.

Vérifiez attentivement ces charges :

Type de charge	Signification	Exemple typique
Charge radiale	Charge latérale sur la sortie	Tension de la courroie, fixation latérale
Charge axiale	Poussée ou traction le long de l’arbre	Pression, levage, charge verticale
Charge de moment	Force de basculement sur la sortie	Bras de robot décalé, table en porte-à-faux

Pour les moteurs à arbre creux, l’alésage interne peut influencer la conception des roulements et du carter, selon le produit concerné. Pour les moteurs à arbre plein, l’arbre de sortie peut être plus facile à raccorder à des accouplements ou des poulies simples. Le choix final doit respecter les spécifications de charge nominale du fabricant.

Encombrement

Un moteur à arbre creux peut réduire l’espace nécessaire aux câbles externes, mais le corps du moteur peut présenter un diamètre plus important. Un moteur à arbre plein peut être plus compact et plus facile à monter, mais il peut nécessiter un espace supplémentaire pour le passage des câbles à l’extérieur de l’axe.

La comparaison ne porte donc pas uniquement sur la taille du moteur. Il convient de comparer l’encombrement total de la machine, notamment :

• Corps du moteur
• Le cheminement des câbles
• L’espace libre pour les connecteurs
• La protection des câbles
• Support de montage
• Accouplement
• Bague collectrice
• Raccord rotatif
• Accès pour la maintenance

Angle de rotation

Si l’axe ne tourne que de 90 ou 180 degrés, des câbles externes peuvent convenir. Si l’axe tourne de 360 degrés, effectue plusieurs tours ou tourne en continu, le passage par un arbre creux s’avère bien plus avantageux.

Tableau comparatif des applications

Application	Meilleur choix	Raison
Articulation du poignet d’un robot	Arbre creux	Acheminement interne des câbles pour les préhenseurs, les capteurs, les caméras ou les outils
Table d’indexage simple	Arbre plein	En général, aucun acheminement de câbles à travers l’axe n’est nécessaire
Manipulation de plaquettes de semi-conducteurs	Arbre creux	Acheminement propre des conduites de vide, d’air et des câbles de capteurs
Axe rotatif d’une machine d’emballage	Arbre plein	Mouvement simple et structure économique
Bras robotique médical	Arbre creux	Disposition interne compacte et soignée des câbles
Petit plateau tournant d’inspection	Arbre plein	Installation simple et coût réduit
Équipement d’usinage au laser	Arbre creux	Chemin optique ou acheminement des câbles par le centre
Axe de réglage du convoyeur	Arbre plein	Mouvement rotatif de base avec connexion mécanique simple
Articulation de robot collaboratif	Arbre creux	Meilleure protection des câbles et conception compacte de l’articulation
Rotation de dispositif de fixation à usage intensif	En fonction de la charge	Comparer le couple, la charge admissible des roulements et le moment nominal

En fin de compte, le choix optimal ne se résume pas à la seule question de l’arbre creux ou de l’arbre plein. Le moteur à entraînement harmonique approprié doit répondre aux exigences réelles du système d’automatisation en matière de couple, de vitesse, de précision, de cycle de service, d’inertie de charge, de charge admissible des roulements, d’espace d’installation et d’acheminement des câbles. Une conception à arbre creux résout les problèmes d’intégration et d’acheminement. Une conception à arbre plein offre simplicité et rentabilité. La solution idéale est celle qui répond à la fois aux exigences de la structure mécanique et aux performances de mouvement de votre équipement.