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Les premières idées pour le dispositif UP ont été générées dans le contexte du projet « ExoMars » de l'ESA pour Mars et du projet « Mars 2020 » de la NASA, où il était nécessaire d'assurer la plus grande disponibilité possible, même dans des conditions environnementales extrêmes.
Les avancées technologiques de pointe sont souvent réalisées en relation avec la Formule 1 et se retrouvent progressivement dans la motorisation quotidienne. Au maximum, ces avancées se produisent souvent dans le cadre de projets aérospatiaux et sont ensuite introduites dans le secteur industriel.
Fig.1 Image des roulements planétaires dans un réducteur Space-UP, Ø 22 mm
GPX UP, une nouvelle gamme puissante de réducteurs
Un grand avantage de cette nouvelle gamme de réducteurs réside dans leur efficacité. Soit la relation entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée. Une réduction significative du frottement, produit dans tout système mécanique, conduit naturellement à une optimisation directe de l'entraînement. Dans le nouveau réducteur planétaire GPX de la série UP, un repositionnement technique signifie que les roues planétaires, qui dans les réducteurs planétaires traditionnels sont sur des paliers lisses directement sur l'axe porteur, sont maintenant situées au-dessus des roulements à billes ou à aiguilles. Dans la construction mécanique, on parle de « transition du frottement de glissement au frottement de roulement ».
Fig.3 Courbe d'efficacité du couple en GPX32 UP et GPX32 (en pointillés)
Si l'on prend l'exemple d'un GPX32 UP en construction à trois étages, on peut atteindre une efficacité maximale d'environ 90%. Les réducteurs miniatures comparables atteignent environ 70 %. Par rapport à la conception conventionnelle, on peut dire que grâce aux progrès techniques mentionnés ci-dessus, on obtient une augmentation de l'efficacité d'un facteur 1,3 - soit 30% - (Fig. 3).
Cela impacte aussi directement d'autres paramètres du système d'entraînement : à puissance d'entrée égale, c'est-à-dire avec le même moteur et le même système de commande du moteur, le réducteur peut fournir un couple supérieur de 30%. En d'autres termes, à puissance de sortie identique, l'entraînement nécessite 23 % de puissance d'entrée en moins. Il en résulte un temps d'action potentiel beaucoup plus long jusqu'au prochain cycle de charge, en particulier pour les applications fonctionnant sur batterie.
Grâce à la réduction de la puissance d'entrée nécessaire, le moteur utilisé peut en outre fonctionner à un point de fonctionnement plus favorable. Ce facteur améliore également l'efficacité du moteur et, par conséquent, de l'ensemble du système d'entraînement.
Comme alternative, des moteurs plus petits et/ou plus légers et de l'électronique peuvent être utilisés, avec des avantages non seulement en termes de poids mais aussi en termes de coût.
Une durée de vie nettement plus longue des réducteurs : comme indiqué ci-dessus, le frottement dans le système roue planétaire - essieu pourrait être considérablement réduit. Dans le même temps, la production de chaleur due au fonctionnement de l'entraînement est sensiblement réduite, car la puissance de friction est moindre. En particulier dans les applications où les températures ne doivent pas dépasser un certain niveau (par exemple, les outils électriques médicaux), la puissance de sortie est améliorée.
La durabilité du lubrifiant joue un rôle important en termes d'usure des composants mécaniques du réducteur. Plus la contrainte thermique est importante, plus ses propriétés lubrifiantes se perdent rapidement, et plus les comportements abrasifs du système mécanique sont précoces et donc graves. Les particules métalliques abrasées provoquent également une agglutination du lubrifiant, ce qui peut entraîner une dégradation de son action lubrifiante.
Si l'apport de chaleur est contrôlé, alors dans des conditions de fonctionnement identiques, une durée de vie plus longue peut être obtenue. Cet effet est une caractéristique remarquable du GPX UP : la durée de vie est 5 fois plus élevée par rapport aux réducteurs maxon traditionnels similaires et par rapport aux modèles concurrents actuellement sur le marché, elle est 11 fois plus élevée.
En alternative à une durée de vie plus longue, grâce à des améliorations significatives du rapport couple/diamètre (densité de puissance), des réducteurs beaucoup plus petits et plus légers peuvent être utilisés.
Une fonction supplémentaire de réversibilité du réducteur
Les avantages de la nouvelle conception ne se limitent pas à l'amélioration des paramètres individuels de la spécification du réducteur. D'autres nouvelles applications pour les réducteurs GPX UP sont également visibles, en particulier les applications dites de Force-Feedback.
Les avantages de l'ingénierie de la version GPX UP entrent en jeu dans ces applications. L'utilisation de roues planétaires montées permet une rotation inverse en douceur des réducteurs en fonctionnement normal et, si nécessaire, peut fournir un retour d'information à l'opérateur. Un retour d'information mécanique quantifiable et tangible est en fait transmis aux éléments de force et de couple. Pour ce faire, le réducteur doit être réversible, c'est-à-dire que le couple et les variations de couple qui sont en contact avec le côté sortie doivent être transmis proportionnellement au côté entraînement.
L'exemple suivant illustre cette application : dans les commandes de vol électroniques (Fly-by-Wire), les mouvements de direction du pilote ne sont pas transmis aux actionneurs mécaniquement ou hydrauliquement, comme dans les systèmes classiques, mais électroniquement. Mais l'opérateur perd ainsi, dans un premier temps, tout retour d'information tangible sur ses mouvements de direction. Avec le déploiement d'un entraînement dans la colonne de commande, le feedback transmis électroniquement est transmis mécaniquement à la main du pilote. La rotation inverse est particulièrement nécessaire en fonctionnement normal, car l'entraînement supplémentaire installé ne doit pas gêner les mouvements du manche.
Un processus similaire s'applique aux robots chirurgicaux innovants dans le domaine de la micro- et de la téléchirurgie (Fig. 5). Ici aussi, il est crucial que l'opérateur reçoive un retour d'information direct et tangible sur les mouvements qu'il a effectués ou sur les tissus sains qui doivent rester intacts. Les entraînements réversibles sont également très demandés dans la construction d'installations. En mode de réglage, les axes doivent pouvoir être déplacés du côté de la sortie, sans courant.
Des réducteurs ultra-performants et personnalisables
Les nouveaux modèles GPX UP combinent toute une série d'avantages importants : plus de puissance, plus de couple, un meilleur rendement, une durée de vie nettement plus longue, une réduction de la production de chaleur, un poids réduit dans le système d'entraînement ainsi que la fonction de réversibilité supplémentaire dans les réducteurs à plusieurs états.
En ne tenant compte que des deux premiers facteurs, on pourrait les qualifier de réducteurs ultra-puissants. Mais avec les autres propriétés énumérées ici, nous pouvons facilement inventer un nouveau titre : Ultra Performance.
Les réducteurs GPX Ultra Performance de maxon sont déjà disponibles dans les diamètres GPX22 UP et GPX32 UP, et comme toutes les séries X, ils sont personnalisables et peuvent être commandés en ligne. La version GPX42 UP suivra au printemps 2020. En outre, les réducteurs personnalisables de la série Ultra Performance sont désormais disponibles dans les tailles Ø 8 - 58 mm.
