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Quels sont les facteurs qui contribuent au frottement dans les systèmes de mouvement linéaire ?

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Type de contact, Recirculation, Précharge, Joints, Lubrification et Roulements radiaux.

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Les concepteurs et les ingénieurs essaient généralement d'éviter ou de réduire la friction dans les systèmes de mouvement linéaire. Bien que le frottement ne soit pas toujours mauvais - dans certaines applications, il peut fournir un effet d'amortissement et contribuer à améliorer le réglage des servomoteurs - lorsqu'il s'agit de systèmes de mouvement linéaire, il augmente la quantité de force nécessaire pour déplacer une charge, crée de la chaleur, augmente l'usure et réduit la durée de vie.

Les systèmes de mouvement linéaire subissent des frottements provenant d'un certain nombre de sources, dont certaines peuvent être atténuées par la conception et une maintenance appropriée. Nous allons examiner les facteurs qui contribuent à la friction dans les systèmes de mouvement linéaire et discuter des moyens de réduire la friction par la sélection des composants et la conception du système.

Contact glissant ou roulant

L'une des principales façons de réduire le frottement dans les systèmes de mouvement linéaire est d'utiliser des composants avec un contact par roulement, plutôt que par glissement. Par exemple, les vis sans fin et les guides à palier lisse - qui reposent sur un mouvement de glissement - subissent naturellement un frottement plus important que les éléments roulants, en raison de la plus grande surface de contact entre les surfaces porteuses.

Les roulements à contact glissant connaissent également une plus grande différence entre le frottement statique (démarrage) et le frottement dynamique (cinétique), ce qui entraîne un effet connu sous le nom de stick-slip (glissement) ou stiction. Le stick-slip peut amener un système à dépasser sa position cible au début du mouvement, en raison de la transition entre un frottement statique (élevé) et un frottement dynamique (faible).

Géométrie des pistes de course

Bien que les roulements présentent un frottement beaucoup plus faible que les roulements à glissement, ils ne sont pas totalement exempts de frottement. Un certain nombre de facteurs - dont beaucoup sont inhérents à la conception du roulement - contribuent au frottement dans un roulement. L'un de ces facteurs est la géométrie du chemin de roulement, c'est-à-dire le type et la surface de contact entre l'élément roulant et le chemin de roulement.

Les roulements utilisent généralement l'une des deux géométries de chemin de roulement suivantes : géométrie en arc de cercle à deux points ou géométrie en arc gothique à quatre points (bien qu'il existe des variantes de ces deux conceptions). Pour les applications à faible frottement, la géométrie en arc de cercle à deux points est généralement préférée, car elle présente moins de glissement différentiel, et donc moins de frottement, que la géométrie en arc de cercle à quatre points.

Recirculation

Dans les roulements à recirculation de billes et de rouleaux, le nombre d'éléments supportant la charge fluctue continuellement lorsque les éléments roulants entrent et sortent de la zone de charge. Cela entraîne des variations de la force de frottement, qui peuvent être préjudiciables aux applications très sensibles telles que le micro-usinage et la métrologie. Pour réduire ces variations de frottement, les fabricants de guides linéaires à recirculation (et de vis à billes) ont déployé d'importants efforts de recherche et développement pour optimiser les composants et le processus de recirculation. En général, les roulements des classes de précision supérieures présentent des profils de frottement plus lisses et plus réguliers.

Précharge

La précharge élimine le jeu entre le roulement et le guide (ou l'écrou et la vis) en augmentant la surface de contact entre les composants. Cela confère au roulement une plus grande rigidité et réduit la déflexion, mais cela entraîne également un frottement plus important. C'est pourquoi il est conseillé d'utiliser le niveau de précharge le plus bas qui puisse fournir la rigidité et la précision requises.

Joints

De toutes les caractéristiques de conception et de fonctionnement des guides linéaires et des vis, celle qui contribue souvent le plus à la friction est l'utilisation de joints. Dans la plupart des applications, les roulements linéaires qui reposent sur des billes ou des rouleaux (qu'ils soient à recirculation ou non) nécessitent des joints pour maintenir la lubrification à l'intérieur et empêcher les contaminants d'entrer. Et dans les environnements hautement contaminés, des joints latéraux et des joints d'extrémité sont généralement nécessaires.

Bien que les fabricants proposent une grande variété de matériaux et de types de joints - allant des joints avec un léger jeu à ceux avec des profils à double face et à contact total - les joints les plus efficaces sont, bien sûr, ceux qui ont le plus de contact avec le guide ou le composant de la vis. Mais plus de contact signifie plus de friction. Comme pour la précharge, en matière d'étanchéité, utilisez les options qui conviennent à l'application et à l'environnement, mais n'en faites pas trop.

Lubrification

L'une des principales fonctions de la lubrification est de réduire le frottement entre les éléments roulants ou coulissants. Mais l'utilisation d'une trop grande quantité de lubrifiant, ou d'un lubrifiant à viscosité élevée, peut en fait augmenter la friction. Il est donc important de suivre les instructions du fabricant et d'utiliser à la fois le bon type et la bonne quantité de lubrifiant.

Roulements radiaux

Les roulements radiaux sont présents dans pratiquement tous les systèmes de mouvement linéaire, supportant des composants rotatifs tels que les arbres à billes ou à vis sans fin ou les poulies des systèmes de transmission par courroie. Bien que relativement petits par rapport à un guide linéaire ou à une vis, ces roulements radiaux introduisent également un frottement dont il faut tenir compte lors de la conception et du dimensionnement du système.