Quelle est la différence entre le jeu et l'hystérésis dans les systèmes linéaires ?

Leurs causes et leurs modes de fonctionnement.

Backlash : L'ennemi des systèmes linéaires

Le jeu est causé par l'espace, ou le jeu, entre les pièces qui s'accouplent, ce qui introduit une zone morte lorsque le sens de déplacement est inversé. Dans la zone morte, aucun mouvement ne se produit tant que le jeu entre les pièces n'est pas éliminé.

Les composants qui présentent généralement un jeu sont les vis à billes, les vis sans fin, les systèmes de courroie et de poulie, et les engrenages. Dans les systèmes à recirculation de billes, l'application d'une précharge peut réduire ou éliminer le jeu en supprimant le jeu entre les billes (ou les rouleaux) et les chemins de roulement. Certains systèmes sans recirculation utilisent des méthodes alternatives, telles que des ressorts ou des écrous de vis-mère spécialement conçus, pour réduire ou éliminer le jeu.

Ou est-ce le cas ?

Bien que le jeu soit généralement considéré comme une caractéristique négative des systèmes mécaniques, il n'est pas toujours néfaste. Tout d'abord, la production de composants totalement sans jeu est coûteuse et, dans la plupart des cas, irréalisable. De plus, les méthodes de réduction du jeu augmentent inévitablement la friction et l'usure. Si un certain jeu peut être toléré dans l'application, les composants disponibles seront moins chers, plus facilement disponibles et, dans de nombreux cas, auront une durée de vie plus longue. Dans les engrenages et les boîtes de vitesses, un certain jeu est nécessaire pour permettre aux engrenages de s'engrener sans trop solliciter les dents de l'engrenage et augmenter le frottement.

Qu'est-ce que l'hystérésis ?

L'hystérésis est le plus souvent associée aux systèmes magnétiques et se manifeste dans les moteurs électriques par une perte d'hystérésis. En termes simples, l'hystérésis est la relation entre la réaction d'un matériau à une charge initiale (ou force magnétisante) et la récupération du matériau une fois la charge (ou force magnétisante) supprimée. Par exemple, lorsque le fer est magnétisé par un champ externe, la magnétisation du fer est en retard sur la force de magnétisation. Lorsque la force magnétisante est supprimée, le fer conserve une certaine quantité de magnétisme. En d'autres termes, le fer ne revient pas complètement à son état non magnétisé à moins qu'une force magnétisante opposée ne soit appliquée.

Dans les systèmes mécaniques, l'hystérésis est liée à l'élasticité d'un matériau. Par exemple, lorsque les billes d'acier d'un écrou à billes passent de la zone non portante à la zone portante, les forces qu'elles subissent augmentent, ce qui entraîne une légère déformation. Mais en raison des propriétés élastiques de l'acier, les billes ne reprennent pas complètement leur forme initiale lorsqu'elles retournent dans la zone non portante de l'écrou. Cette déformation persistante et microscopique est due à l'hystérésis.

L'hystérésis affecte également le comportement des arbres d'entraînement dans les systèmes mécaniques. Lorsqu'un couple (une force de torsion) est appliqué à un arbre, il produit une contrainte interne et entraîne un changement de forme de l'arbre. Ce changement de forme est appelé déformation (ou déformation de torsion, dans le cas d'une charge de torsion). Dans les matériaux parfaitement élastiques, la relation entre la contrainte et la déformation est linéaire. Mais peu de matériaux sont parfaitement élastiques, et l'inélasticité des matériaux leur donne une courbe contrainte-déformation non linéaire. Ce comportement non linéaire lorsque les forces augmentent et diminuent est appelé hystérésis.

Quand l'hystérésis est-elle importante dans les systèmes linéaires ?

Dans toutes les étapes mécaniques, à l'exception des plus précises, l'hystérésis a un effet négligeable sur la précision et la répétabilité du positionnement et, dans la plupart des cas, les effets du jeu sont bien supérieurs à ceux de l'hystérésis. Cependant, les actionneurs piézoélectriques, qui dépendent de la déformation du matériau pour produire un mouvement, peuvent subir une hystérésis de 10 à 15 % du mouvement commandé. Le fonctionnement des actionneurs piézoélectriques dans un système en boucle fermée peut réduire ou éliminer les effets d'hystérésis.