Um acionamento harmónico é um redutor de alta precisão baseado num sistema de engrenagens de onda de deformação. Utiliza um gerador de ondas, uma ranhura flexível e uma ranhura circular para alcançar uma elevada relação de redução, dimensões compactas e baixa folga. É adequado para engenheiros que necessitem de um componente de transmissão flexível para sistemas de movimento personalizados.

Um motor de engrenagem harmónica é uma unidade de acionamento completa que combina um motor com um redutor harmónico. Pode também incluir um codificador, travão, rolamentos, carcaça e até mesmo eletrónica de acionamento integrada. É adequado para aplicações que necessitem de uma estrutura compacta, instalação mais fácil, binário elevado e controlo preciso do movimento.

O que é um acionamento harmónico?

Um acionamento harmónico é um tipo de redutor de engrenagens de precisão baseado no sistema de engrenagens de onda de deformação. Transfere o movimento através da flexão controlada de um componente metálico. Ao contrário dos sistemas de engrenagens tradicionais, que dependem do engate rígido das engrenagens, um acionamento harmónico utiliza um componente de engrenagem flexível que altera a sua forma durante o funcionamento.

Um acionamento harmónico típico tem três partes principais:

Componente	Função
Gerador de Ondas	Cria uma deformação elíptica e funciona como a parte de entrada
Spline flexível	Engrenagem flexível que se deforma e, normalmente, atua como saída
Spline circular	Engrenagem interna rígida que engata com a spline flexível

De acordo com a explicação técnica da Harmonic Drive, o gerador de ondas é normalmente ligado ao eixo do motor, a spline flexível é uma copa cilíndrica fina com dentes externos e a spline circular é um anel rígido com dentes internos. A spline circular tem normalmente mais dois dentes do que a spline flexível.

As principais vantagens de um acionamento harmónico são a elevada precisão, o tamanho compacto, a folga reduzida ou nula, a elevada relação de redução e a excelente repetibilidade. A Harmonic Drive explica ainda que o mecanismo de engrenagens é composto por apenas três peças básicas e pode proporcionar elevadas relações de redução num conjunto compacto e leve.

O que é um motor de engrenagem harmónica?

Um motor de engrenagem harmónica integra um motor elétrico com um redutor harmónico. O motor fornece potência e velocidade, enquanto o acionamento harmónico reduz a velocidade e aumenta o binário de saída.

Em muitas aplicações, um motor de engrenagem harmónica pode incluir:

• Motor de corrente contínua sem escovas ou servomotor
• Redutor de transmissão harmónica
• Codificador ou sensor de feedback
• Travão, opcional
• Rolamento de saída
• Caixa
• Eletrónica de acionamento, opcional

Por exemplo, os produtos de atuadores integrados da Harmonic Drive combinam engrenagens harmónicas de alta precisão com um servomotor sem escovas, travão, encoders absolutos magnéticos e opções de servoacionamento integrado. Isto demonstra que um motor de engrenagem harmónica não é apenas um mecanismo de engrenagem, mas sim uma solução de acionamento mais completa.

Converte a potência do motor num movimento mecânico preciso e controlado. Foi concebido para aplicações que requerem movimento preciso, instalação compacta, binário elevado e funcionamento estável.

Principal diferença entre o acionamento harmónico e o motor de engrenagem harmónica

A diferença mais importante é que um acionamento harmónico é um redutor de engrenagens, enquanto um motor de engrenagem harmónica é um sistema de acionamento motorizado por engrenagens.

Item	Transmissão Harmónica	Motor de engrenagem harmónica
Significado básico	Redutor de engrenagens de onda de deformação de precisão	Motor combinado com redutor harmónico
Função principal	Reduz a velocidade e aumenta o binário	Proporciona uma saída motorizada de baixa velocidade e alto binário
Inclui motor?	Não, normalmente não	Sim
Inclui caixa de velocidades?	Sim	Sim
Fonte de alimentação	Requer motor externo	Motor integrado
Capacidade de controlo	Depende do motor externo e do controlador	Pode ser integrado com codificador e controlo servo
Instalação	Requer a adaptação do motor e a montagem	Mais fácil de instalar como uma única unidade
Ideal para	Fabricantes de máquinas que pretendem um design flexível	Utilizadores que necessitam de uma solução de acionamento pronta a utilizar

Um acionamento harmónico é como o núcleo de uma transmissão de precisão. Um motor de engrenagem harmónica é como um módulo de atuador completo construído em torno desse núcleo.

Comparação do princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento do acionamento harmónico baseia-se na flexão controlada e na diferença entre os dentes.

Em primeiro lugar, o motor faz girar o gerador de ondas. O gerador de ondas tem uma forma elíptica, pelo que força a ranhura flexível a deformar-se, assumindo a forma de uma elipse.

Em segundo lugar, a ranhura flexível engata com a ranhura circular em dois pontos elípticos opostos.

Em terceiro lugar, à medida que o gerador de ondas gira, as áreas de engate deslocam-se ao longo da circunferência da engrenagem. Como a ranhura flexível tem menos dentes do que a ranhura circular, a ranhura flexível move-se lentamente na direção oposta.

Em quarto lugar, isto cria uma elevada relação de redução. A Harmonic Drive explica que cada rotação completa do gerador de ondas desloca a spline flexível em dois dentes em relação à spline circular, e os dentes permanecem engatados ao longo do eixo principal, conferindo ao redutor um comportamento sem folga.

Um motor de engrenagem harmónica utiliza o mesmo princípio de redução, mas acrescenta o motor como fonte de potência de entrada. O seu funcionamento pode ser resumido da seguinte forma:

Rotação do motor → movimento do gerador de ondas → deformação da ranhura flexível → redução por engrenagens → saída de baixa velocidade e alto binário

Assim, o acionamento harmónico fornece o mecanismo de redução, enquanto o motor de engrenagem harmónica fornece o movimento motorizado completo.

Diferença de estrutura

Estrutura do acionamento harmónico

Um acionamento harmónico inclui normalmente apenas as peças do redutor de engrenagens:

• Gerador de ondas
• Spline flexível
• Espline circular
• Rolamentos
• Caixa
• Flange de saída

Normalmente, não inclui o motor, o codificador, o travão nem o controlador. Estes componentes devem ser escolhidos com base nos requisitos específicos da aplicação.

Estrutura do motor de engrenagens harmónicas

Um motor de engrenagem harmónica inclui normalmente:

• Motor
• Redutor harmónico
• Eixo de saída ou flange
• Codificador
• Sistema de rolamentos
• Travão, opcional
• Caixa
• Conector de cabo
• Módulo de acionamento, opcional

A Harmonic Drive SE descreve os servoatuadores como soluções completas que combinam servomotores compactos, engrenagens de precisão e rolamentos de saída, com feedback de posição em circuito fechado para um movimento preciso. Isto aproxima-se muito do que muitos utilizadores têm em mente quando falam de um motor de engrenagem harmónica ou de um atuador harmónico.

Flexibilidade de conceção

Um acionamento harmónico proporciona aos engenheiros maior liberdade de conceção. Podem escolher separadamente o motor, o codificador, o travão, o controlador, o método de montagem e a estrutura de saída. Isto é útil para máquinas personalizadas, nas quais o espaço, o binário, o método de controlo e a interface mecânica têm de ser otimizados.

Um motor de engrenagem harmónica é mais prático. Uma vez que o motor e o redutor já estão combinados, os utilizadores podem reduzir o tempo de conceção e simplificar a instalação. Isto é especialmente útil para articulações de robôs, módulos de automação compactos e plataformas de movimento padrão.

Se a sua equipa de engenharia pretender uma personalização total, um acionamento harmónico poderá ser a melhor opção. Se o seu projeto necessitar de uma integração rápida e de uma seleção mais fácil, um motor de engrenagem harmónica poderá ser mais adequado.

Diferença de desempenho

Em termos de precisão de transmissão, ambos podem oferecer um excelente desempenho, uma vez que utilizam o mesmo princípio de engrenagem harmónica. No entanto, o desempenho final do sistema depende de diferentes fatores.

No caso de um acionamento harmónico, o desempenho depende de:

• Precisão do redutor
• Qualidade do motor
• Precisão da montagem
• Resolução do codificador
• Ajuste do controlador
• Condições de carga

No caso de um motorredutor harmónico, o desempenho depende de:

• Compatibilidade entre motor e redutor
• Precisão do codificador integrado
• Rigidez dos rolamentos
• Qualidade do servocontrolo
• Concepção térmica
• Estrutura integrada

Um motor de engrenagem harmónica bem concebido pode proporcionar uma excelente precisão de posicionamento, uma vez que o motor, a engrenagem, o sistema de retroalimentação e os rolamentos estão combinados como uma única unidade.

Diferença de custo

Um acionamento harmónico é normalmente mais barato do que um motor de engrenagem harmónica completo, uma vez que se trata apenas do redutor. No entanto, o custo final do sistema pode aumentar após a adição do motor, do codificador, do travão, do controlador, das peças de montagem e da mão-de-obra de montagem.

Um motor de engrenagem harmónica tem um preço unitário mais elevado, mas pode reduzir o tempo de engenharia, o risco de instalação e os problemas de compatibilidade entre componentes. Para a produção em pequenos lotes ou para equipamento de gama alta, esta conveniência pode ser valiosa.

Por isso, a opção mais barata nem sempre é a melhor escolha. Avalie o custo total do sistema, e não apenas o preço do redutor.

Diferenças de aplicação

Aplicações comuns dos acionamentos harmónicos

Os acionamentos harmónicos são frequentemente utilizados em sistemas em que os engenheiros pretendem conceber o seu próprio conjunto motorizado. As aplicações comuns incluem:

• Articulações de robôs
• Mesas rotativas CNC
• Mecanismos de indexação de precisão
• Plataformas de posicionamento ótico
• Atuadores aeroespaciais
• Equipamento para semicondutores
• Máquinas de automação personalizadas

Aplicações comuns dos motores de engrenagem harmónica

Os motores de engrenagem harmónica são mais adequados para módulos de movimento completos. As aplicações comuns incluem:

• Articulações de robôs colaborativos
• Robôs médicos
• Módulos de direção de AGV
• Pinças elétricas
• Atuadores rotativos servo
• Equipamento de inspeção
• Máquinas de embalagem
• Automação de laboratório de precisão

A Harmonic Drive SE enumera aplicações como máquinas-ferramentas, máquinas óticas, robôs industriais, automação e manuseamento, e máquinas de embalagem para os seus produtos servo.

Qual deve escolher?

Deve optar por um acionamento harmónico se:

• Já tiver um motor selecionado.
• Precisa de um projeto mecânico personalizado.
• Pretender flexibilidade na seleção do codificador e do controlador.
• O seu equipamento tiver requisitos especiais de montagem.
• A sua equipa de engenharia for capaz de lidar com a combinação entre motor e redutor.

Deve optar por um motor de engrenagens harmónicas se:

• Precisa de uma unidade de acionamento pronta a utilizar.
• Pretende uma instalação mais fácil.
• Precisa de uma integração compacta entre motor e redutor.
• Necessitar de feedback do codificador e de controlo servo.
• Pretender reduzir o tempo de conceção e montagem.
• Está a construir articulações para robôs ou atuadores compactos.

Erros comuns na seleção

Um erro comum é adquirir apenas um acionamento harmónico quando o projeto necessita, na realidade, de um atuador motorizado completo. Neste caso, o comprador continua a ter de selecionar e instalar um motor, um encoder, um controlador e uma estrutura de montagem.

Outro erro é escolher um motor de engrenagem harmónica sem verificar o binário, a velocidade, o ciclo de trabalho, a folga e a compatibilidade de controlo. Mesmo que o motor de engrenagem seja compacto e preciso, tem de corresponder às condições reais de carga.

Um terceiro erro é concentrar-se apenas na relação de redução. Em aplicações reais, o binário de saída, a velocidade nominal, a correspondência de inércia, a carga nos rolamentos, a precisão de posicionamento e a dissipação de calor também são importantes.

Em termos simples, o acionamento harmónico é o núcleo da redução por engrenagens, enquanto o motor de engrenagens harmónicas é a solução completa de movimento motorizado. Para o projeto de máquinas personalizadas, um acionamento harmónico pode ser a melhor escolha. Para uma integração rápida e um movimento de precisão compacto, um motor de engrenagens harmónicas é frequentemente mais prático.