L'industrie mécanique utilise différents systèmes d'engrenages pour assurer une transmission précise du mouvement et de la puissance. Les engrenages à ondes de contrainte et les engrenages cycloïdaux sont deux de ces technologies, chacune dotée de caractéristiques uniques.
Cet article se penchera sur les principes de fonctionnement des engrenages à ondes de déformation et des engrenages cycloïdaux, en explorant leurs différences en termes de jeu, de capacité de couple et de précision. Nous comparerons leurs performances en termes de résistance aux chocs, de taille, d'efficacité et de coût. De plus, nous fournirons des applications typiques et discuterons de la rigidité en torsion de chacun pour faciliter votre compréhension.
Qu'est-ce qu'un engrenage à ondes de contrainte
L'engrenage à ondes de contrainte, également connu sous le nom d'engrenage harmonique, est un système d'engrenage mécanique qui utilise une cannelure flexible déformée par un bouchon elliptique rotatif, appelé générateur d'ondes, pour s'engager avec le engrenage interne dents d'une cannelure circulaire rigide. Cette méthode unique de transmission de puissance offre des avantages distincts, tels qu'un jeu nul, une grande rapports de démultiplication, et de taille compacte.
Les composants de base d'un engrenage à ondes de contrainte Il existe deux types d'engrenages : le générateur d'ondes, le flexspline et la cannelure circulaire. Le générateur d'ondes est un disque elliptique muni d'un roulement à billes qui s'insère dans le flexspline et provoque sa déformation elliptique. Le flexspline est un cylindre fin et flexible dont les dents externes s'engrènent avec la cannelure circulaire. La cannelure circulaire est un anneau rigide à dents internes. Le flexspline possède un nombre de dents légèrement inférieur à celui de la cannelure circulaire, ce qui permet à l'engrenage d'atteindre des rapports de réduction élevés.
Qu'est-ce qu'un engrenage cycloïdal
Un engrenage cycloïdal est un type de système d'engrenage qui utilise une came ou un disque excentrique rotatif pour entraîner une série de broches ou de rouleaux, produisant une réduction de la vitesse et une augmentation du couple. Le composant central de l'entraînement cycloïdal est un disque cycloïdal qui a une série de lobes. Ce disque est monté de manière excentrique sur un arbre d'entrée. Lorsque l'arbre d'entrée tourne, le disque cycloïdal oscille et ce mouvement est utilisé pour entraîner les rouleaux de sortie, qui sont reliés à l'arbre de sortie. Les rouleaux de sortie s'insèrent dans des trous sur le disque cycloïdal. Ces trous sont légèrement plus grands que les rouleaux, ce qui permet le mouvement nécessaire pour entraîner l'arbre de sortie. La conception unique des engrenages cycloïdaux se traduit par un rendement élevé, un faible jeu et la capacité de résister à des charges de choc élevées.
Différence entre un engrenage à ondes de contrainte et un engrenage cycloïdal
Principe de fonctionnement
Les engrenages à ondes de contrainte fonctionnent sur la base de la déformation élastique d'une cannelure flexible. Le générateur d'ondes provoque la déformation de la cannelure flexible en une forme elliptique, s'engageant avec la cannelure circulaire en deux points le long de l'axe principal. Lorsque le générateur d'ondes tourne, les points d'engagement se déplacent et la différence de dents entre la cannelure flexible et la cannelure circulaire produit une réduction de la vitesse de sortie et une augmentation du couple.
Les engrenages cycloïdaux, au contraire, utilisent un disque cycloïdal monté de manière excentrique sur un arbre d'entrée. Ce disque oscille lorsque l'arbre d'entrée tourne, entraînant des rouleaux de sortie à l'intérieur du disque qui, à leur tour, font tourner l'arbre de sortie. Le mouvement est caractérisé par un mouvement excentrique, convertissant l'entrée rotative en sortie rotative réduite.
Contrecoup
Les engrenages à ondes de contrainte sont connus pour avoir un jeu extrêmement faible, voire nul. Cela est dû au fait que les dents de l'engrenage sont toujours entièrement engagées dans une région le long de l'axe principal. Certains fabricants affirment que leurs engrenages à ondes de contrainte ont un jeu absolument nul.
Les engrenages cycloïdaux, bien qu'ils n'atteignent pas un jeu nul, offrent généralement un jeu très faible, bien que généralement plus élevé que les engrenages à ondes de contrainte.
Capacité de couple
Les engrenages à ondes de contrainte sont capables de transmettre des niveaux de couple élevés, notamment compte tenu de leur taille compacte et de leur poids. Ils offrent un rapport couple/poids élevé, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant des sorties de couple puissantes dans des petits boîtiers. Certains engrenages à ondes de contrainte de précision peuvent gérer un couple nominal allant de 10 Nm à plus de 7000 XNUMX Nm.
Les engrenages cycloïdaux sont également réputés pour leur capacité de couple élevée, souvent considérée comme supérieure aux engrenages à ondes de contrainte pour les applications à très forte charge. La conception robuste et la capacité du disque cycloïdal à répartir les contraintes sur plusieurs points leur permettent de gérer plus efficacement les charges lourdes et les forces de choc.
La précision
Les engrenages à ondes de contrainte sont connus pour leur haute précision et leur répétabilité en raison de l'engagement constant des dents de l'engrenage et de l'absence de jeu.
Les engrenages cycloïdaux offrent également une bonne précision, notamment en ce qui concerne la précision de positionnement grâce à un faible jeu. Cependant, leur précision est parfois considérée comme légèrement inférieure à celle des engrenages à ondes de déformation en raison de leur géométrie plus complexe et de leur système à rouleaux et axes.
Résistance aux chocs
Les engrenages à ondes de déformation ont une bonne résistance aux chocs grâce à l'engagement simultané de plusieurs dents et à la nature élastique du flexspline. Cependant, ils sont généralement moins adaptés aux applications impliquant des charges très élevées ou des forces de choc importantes par rapport aux engrenages cycloïdaux. Certains engrenages à ondes de déformation ont une résistance aux chocs de 300 m/s².
Les engrenages cycloïdaux sont connus pour leur excellente résistance aux chocs. La conception, avec son disque cycloïdal robuste et ses multiples points de contact, peut résister à des forces soudaines ou irrégulières. La structure à axe et engrenage maintient un contact de transmission de puissance continu et réparti, permettant à certaines variantes de supporter une exposition momentanée à quatre fois leur couple nominal.
Taille et poids
Les engrenages à ondes de contrainte sont très compacts et légers, grâce à leur conception qui permet des rapports de réduction élevés dans des formats réduits. La taille et le poids de l'engrenage ne varient pas en fonction du rapport de réduction. Ils sont donc adaptés aux applications où l'espace est limité.
Les engrenages cycloïdaux sont généralement plus robustes et peuvent être plus grands et plus lourds que les engrenages à ondes de contrainte pour une capacité de couple similaire, mais ils offrent toujours une empreinte compacte pour leurs performances.
Efficacité
Les engrenages à ondes de déformation se caractérisent par leur rendement élevé, atteignant souvent jusqu'à 85 % en fonctionnement nominal. Cela est principalement dû au mouvement de roulement fluide du flexspline, qui minimise l'usure. Les dents entrent en contact avec un mouvement presque purement radial et ont une vitesse de glissement pratiquement nulle, même à des vitesses d'entrée élevées.
Les engrenages cycloïdaux ont un bon rendement, avec un rendement à un étage approchant les 93 % et un rendement à deux étages autour de 86 %. Bien que leur rendement puisse être légèrement inférieur à celui des engrenages à ondes de contrainte en raison du mouvement excentrique et des multiples points de contact, cela est compensé par leur durabilité et leur capacité de couple exceptionnelles.
Prix
Les engrenages à ondes de déformation peuvent être plus coûteux en raison de leur processus de fabrication complexe et des composants précis impliqués, en particulier le flexspline et le générateur d'ondes. Les facteurs de coût incluent l'usinage de haute précision des composants et le matériau utilisé dans la construction.
Les engrenages cycloïdaux sont généralement plus rentables à fabriquer que les engrenages à ondes de contrainte, car leurs conceptions sont moins complexes et ne nécessitent pas le même niveau de précision.
Applications typiques
Les engrenages à ondes de contrainte sont couramment utilisés dans la robotique, l'aérospatiale, les équipements médicaux et les machines industrielles de haute précision. On les retrouve souvent dans les bras robotisés, où un positionnement précis est essentiel, dans les mécanismes satellites et dans d'autres applications où des rapports de réduction élevés, un jeu nul et une taille compacte sont essentiels.
Les engrenages cycloïdaux sont fréquemment utilisés dans les applications industrielles lourdes, telles que les systèmes de convoyage, et dans la robotique où un couple élevé et une résistance aux chocs sont nécessaires. Ils sont également utilisés dans les machines-outils, les systèmes d'automatisation et d'autres applications nécessitant une transmission de puissance fiable et robuste.
Rigidité torsionnelle
La rigidité à la torsion est déterminée en mesurant l'angle de torsion à la sortie lorsque l'entrée est bloquée et qu'un couple est appliqué. Les engrenages à ondes de contrainte offrent une rigidité à la torsion élevée, en particulier dans des conceptions spécifiques, ce qui est important pour maintenir la précision de positionnement sous charge. Certains engrenages à ondes de contrainte peuvent avoir une rigidité à la torsion deux fois supérieure à celle d'autres engrenages à ondes de contrainte.
Les engrenages cycloïdaux présentent également une bonne rigidité en torsion grâce à leur construction robuste et aux multiples points de contact. La conception du disque cycloïdal et des rouleaux assure une liaison stable et rigide entre l'entrée et la sortie, ce qui minimise la déformation en torsion.
