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Guide de sélection pour les systèmes linéaires

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4 Principaux paramètres d'application : course, charge, vitesse et précision

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Fini le temps où les concepteurs et les constructeurs de machines devaient choisir entre construire leur propre système linéaire à partir de zéro ou se contenter d'une gamme limitée de systèmes pré-assemblés qui, dans la plupart des cas, n'étaient pas parfaitement adaptés à leur application. Les fabricants proposent aujourd'hui des systèmes basés sur une gamme de mécanismes d'entraînement - vis à billes, courroies, crémaillères et pignons, moteurs linéaires et pneumatiques - avec des options de guidage et de boîtier pour s'adapter à pratiquement toute application, environnement ou contrainte d'espace. Le dilemme pour les ingénieurs aujourd'hui est moins de trouver un système qui fonctionnera pour leur application, que de choisir la meilleure solution parmi la large gamme de configurations disponibles.

De nombreux assistants ont été créés pour faciliter ce processus de sélection. Celles-ci prennent généralement la forme d'un tableau montrant les principaux paramètres d'application par rapport au type de système, avec des symboles pour évaluer la pertinence de chaque système pour chaque paramètre. Bien que cette disposition fournisse une référence visuelle rapide, elle ne tient pas compte des points les plus fins des capacités et des faiblesses de chaque système. Pour tenter d'aller un peu plus loin, le schéma suivant examine les forces et les limites spécifiques des types les plus courants de systèmes linéaires pré-assemblés.

【Belt driven systems】

Les systèmes d'entraînement par courroie sont probablement mieux reconnus pour leur capacité à se déplacer sur de longues distances. Ils sont également capables d'atteindre des vitesses élevées, car les mécanismes d'entraînement par courroie n'utilisent pas d'éléments de recirculation. Lorsqu'elles sont jumelées à des guides sans recirculation, tels que des galets à cames ou des roues, les courroies peuvent généralement atteindre des vitesses allant jusqu'à 10 m/s. Les systèmes d'entraînement par courroie sont également bien adaptés aux environnements difficiles, puisqu'il n'y a pas d'éléments roulants pouvant être endommagés par des débris et que le matériau de la courroie en polyuréthane peut résister à la plupart des types courants de contamination chimique.

Le principal inconvénient des systèmes entraînés par courroie est que les courroies s'étirent. Même les courroies renforcées d'acier, qui sont utilisées par la plupart des fabricants de systèmes, finissent par subir un certain étirement, ce qui nuit à la répétabilité et à la précision de déplacement. Les systèmes d'entraînement par courroie ont également plus de résonance que les autres types d'entraînement, en raison de l'élasticité de la courroie. Bien qu'un réglage approprié de l'entraînement puisse compenser cela, les applications avec des taux d'accélération et de décélération élevés et/ou des charges lourdes peuvent subir des temps de décantation non souhaitables.

【Ball vissée systems】

Pour des charges de poussée élevées et une grande précision de positionnement, les systèmes à vis à billes sont généralement le premier choix. Et pour une bonne raison. Avec des écrous préchargés, les vis à billes assurent un mouvement sans jeu et permettent d'obtenir une précision de positionnement et une répétabilité très élevées. Des pas de vis de 2 mm à plus de 40 mm permettent également aux systèmes de vis à billes de répondre à une large gamme d'exigences de vitesse et peuvent empêcher le rétroécoulement dans les applications verticales.

La longueur de course est la limite fondamentale des systèmes à vis à billes. Lorsque la longueur de la vis augmente, la vitesse de rotation admissible diminue en raison de la tendance de la vis à s'affaisser sous son propre poids et à se fouetter.

【Rack et entraînement par pignon systems】

Les systèmes à crémaillère produisent des forces de poussée élevées et peuvent le faire avec des longueurs de course pratiquement illimitées. Leur conception permet également d'utiliser plusieurs chariots sur le même système, ce qui est utile pour les applications qui nécessitent des chariots pour se déplacer indépendamment, comme les grands portiques dans les industries de l'emballage et de l'automobile.

Bien qu'il existe des systèmes à crémaillère et pignon de haute qualité et à faible jeu, leur précision de positionnement est généralement inférieure à celle des autres options d'entraînement. Et selon le profil de la dent et la qualité de l'usinage, les systèmes entraînés par crémaillère et pignon peuvent produire un niveau sonore élevé par rapport aux autres systèmes linéaires.

【Linear motor driven systems】

Traditionnellement considérés comme trop chers pour la plupart des applications, les moteurs linéaires sont maintenant utilisés pour des tâches de positionnement et de manutention dans des industries telles que l'emballage et l'assemblage. La baisse des coûts a contribué à cette tendance, mais pour les ingénieurs, les caractéristiques attrayantes des moteurs linéaires sont leur capacité de haute vitesse, leur grande précision de positionnement et leur faible maintenance. Les moteurs linéaires offrent également la possibilité, comme les systèmes à crémaillère, d'intégrer plusieurs chariots indépendants sur un même système.

Comme ils ne comportent aucun composant mécanique empêchant la chute de la charge en cas de perte de puissance, les moteurs linéaires ne sont généralement pas recommandés pour une utilisation dans des applications verticales. Leur conception ouverte, associée à la présence d'aimants puissants, les rend également sensibles à la contamination et aux débris, en particulier les copeaux et les copeaux métalliques.

【Pneumatic piloté par 【Pneumatic systems】

Lorsque la source de transmission d'énergie privilégiée est l'air, les systèmes linéaires pneumatiques sont à la hauteur. Pour un mouvement simple, point à point, les systèmes à entraînement pneumatique peuvent être l'option la plus économique et la plus simple à intégrer. La plupart des systèmes linéaires pneumatiques sont enfermés dans un boîtier en aluminium, ce qui permet d'incorporer des amortisseurs d'extrémité et des couvercles de protection.

Les systèmes pneumatiques ont la précision et la rigidité les plus faibles des types examinés ici, mais leur principale limite est l'incapacité de s'arrêter aux positions intermédiaires.

【Important tips】 tips】

Quelle que soit votre application, lorsque vous considérez les options parmi les systèmes linéaires pré-assemblés, commencez par les quatre principaux paramètres de l'application : course, charge, vitesse et précision. Une fois l'ampleur et l'importance de ces critères déterminées, d'autres paramètres, comme le bruit, la rigidité et les facteurs environnementaux, peuvent aider à réduire le champ et à rendre le dimensionnement final et la sélection moins longs.