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Un guide de sélection pour les systèmes linéaires

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Entraînement par courroie, par vis à billes, par crémaillère, par moteur linéaire, par système pneumatique.

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L'époque 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 préassemblés qui, dans la plupart des cas, ne convenaient pas parfaitement à leur application est révolue. Aujourd'hui, les fabricants proposent des systèmes basés sur une gamme de mécanismes d'entraînement - vis à billes, courroies, crémaillère et pignons, moteurs linéaires et pneumatiques - avec des options de guidage et de boîtier qui s'adaptent à pratiquement toutes les applications, tous les environnements et toutes les contraintes d'espace. Le dilemme des ingénieurs consiste moins à trouver un système qui conviendra à leur application qu'à choisir la meilleure solution parmi le large éventail de configurations disponibles.

De nombreuses aides ont été créées pour aider à ce processus de sélection. Elles prennent généralement la forme d'un tableau présentant les principaux paramètres de l'application par rapport au type de système, avec des symboles permettant d'évaluer l'adéquation de chaque système pour chaque paramètre. Bien que cette présentation fournisse une référence visuelle rapide, elle ne présente pas tous les points précis des capacités et des faiblesses de chaque système. Pour tenter de creuser un peu plus, le schéma suivant examine les forces et les limites spécifiques des types de systèmes linéaires préassemblés les plus courants.

Systèmes entraînés par courroie

Les systèmes d'entraînement par courroie sont probablement les mieux reconnus pour leur capacité à parcourir de grandes 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 associées à des guides sans recirculation, tels que des galets de came 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, car il n'y a pas d'éléments roulants pouvant être endommagés par des débris, et le matériau de la courroie en polyuréthane peut résister à la plupart des types de contamination chimique courants.

Le principal inconvénient des systèmes à entraînement 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 dégrade la répétabilité et la précision des déplacements. Les systèmes à entraînement par courroie ont également une plus grande 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 ce phénomène, les applications présentant des taux d'accélération et de décélération élevés et/ou des charges lourdes peuvent connaître des temps de stabilisation indésirables.

Systèmes à vis à billes

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 cause. Avec des écrous préchargés, les vis à billes permettent un mouvement sans jeu et peuvent atteindre une précision de positionnement et une répétabilité très élevées. Les pas de vis allant de 2 mm à 40 mm et plus permettent également aux systèmes à vis à billes de répondre à une large gamme d'exigences en matière de vitesse et peuvent empêcher le recul dans les applications verticales.

La longueur de la course est la limitation fondamentale des systèmes à vis à billes. Plus la longueur de la vis augmente, plus la vitesse autorisée diminue, en raison de la tendance de la vis à s'affaisser sous son propre poids et à subir un fouettement. Les supports de vis à billes peuvent aider à contrer cet effet, mais au détriment de l'espace et du coût global du système.

Systèmes à crémaillère

Les systèmes à pignon et 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 un même système, ce qui est utile pour les applications qui exigent que les chariots se déplacent indépendamment, comme les grands systèmes à portique dans les industries de l'emballage et de l'automobile.

Bien que des systèmes à crémaillère de haute qualité et à faible jeu soient disponibles, ils ont en général une précision de positionnement inférieure à celle des autres options d'entraînement. Et selon le profil des dents et la qualité de l'usinage, les systèmes à crémaillère peuvent produire un niveau de bruit élevé par rapport à d'autres systèmes linéaires.

Systèmes à moteur linéaire

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 vitesse élevée, leur grande précision de positionnement et leurs faibles besoins de maintenance. Les moteurs linéaires offrent également la possibilité, comme les systèmes à crémaillère, d'intégrer plusieurs chariots indépendants sur un seul système.

Comme ils ne comportent aucun composant mécanique pour empêcher la charge de tomber en cas de perte de puissance, les moteurs linéaires sont généralement déconseillés pour les applications verticales. Leur conception ouverte, ainsi que la présence d'aimants puissants, les rendent également sensibles à la contamination et aux débris, en particulier aux copeaux et aux rognures de métal.

Systèmes à entraînement pneumatique

Lorsque la source de transmission d'énergie privilégiée est l'air, les systèmes linéaires pneumatiques font l'affaire. Pour un mouvement simple, point à point, les systèmes pneumatiques 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 de fin de course 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 à des positions intermédiaires.

Quelle que soit votre application, lorsque vous examinez les options parmi les systèmes linéaires préassemblés, 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, tels que le bruit, la rigidité et les facteurs environnementaux, peuvent contribuer à réduire le champ d'application et à rendre le dimensionnement et la sélection finale moins fastidieux.