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Facteurs clés pour les applications de vis à billes

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Précision, exactitude, orientation, vitesse, accélération, cycles de travail, capacité de déplacement et de charge.

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Pourquoi des vis à billes ?

Ces dernières années, le besoin d'une mini-vis à billes est devenu plus évident grâce aux conversations avec nos clients et au retour d'information du marché. Plus précisément, la demande croissante concerne des vis à billes de haute qualité, fabriquées aux Etats-Unis et disponibles en stock. FUYU Linear a répondu à cette demande en proposant une gamme de vis à billes de six, huit et dix millimètres de diamètre.

FUYU Linear vise des applications dans les secteurs de la médecine, de l'automatisation des laboratoires et des semi-conducteurs. Ce sont là quelques-unes des industries qui, selon nous, vont connaître un grand essor, car de nombreux robots qui facilitent l'automatisation nécessitent des vis à billes miniatures.

Précision et exactitude des vis à billes

Au sein de l'industrie, il peut y avoir une certaine confusion terminologique lorsque l'on parle d'exactitude et de précision. Souvent, les clients les considèrent comme interchangeables, mais ce n'est pas le cas. Il s'agit en fait de deux termes distincts utilisés pour définir les vis à billes et la manière dont elles sont utilisées dans une application.

La précision est définie par la vis et peut refléter la façon dont elle a été fabriquée. Par exemple, a-t-elle été roulée ou rectifiée ? La précision est comparable au fait de lancer une fléchette vers le centre et de faire mouche. En revanche, la précision définit l'écrou et correspond à la répétabilité ou à la fréquence à laquelle le système atteint la cible prévue.

Orientation de la vis à billes

Un autre facteur que les ingénieurs ont tendance à oublier est l'orientation de la vis à billes. Les vis à billes sont conçues pour fonctionner au mieux lorsque leurs charges sont en position axiale. En effet, un rail profilé, un roulement linéaire ou un rail supporte généralement la charge tandis que la vis à billes effectue elle-même le mouvement.

Une fois que ce système est mis à la verticale, la direction de la charge devient unidirectionnelle, les forces étant entièrement dirigées vers le bas. Cela a de multiples effets sur la conception du système, notamment sur la façon dont la vis à billes s'use pendant le mouvement, tant en vitesse qu'en accélération. Lorsque le dispositif se déplace vers le haut et vers le bas, la vitesse et la décélération ajoutent une charge supplémentaire au système. Il peut en résulter une charge d'impact implicite en bas, de sorte que l'inversion de la charge devient essentielle pour la conception du système.

Vitesse et accélération des vis à billes

La vitesse est un autre facteur critique, mais il est préférable de la diviser en deux parties : la vitesse de l'écrou à billes et la vitesse de la vis. La première partie s'applique à la vis elle-même et se réfère à la vitesse de rotation de la vis. La longueur de la vis définit souvent les limites de la vitesse de la vis. Par exemple, plus une vis est longue, plus elle peut vibrer. Les vibrations dans le système entraînent la corrosion et réduisent la durée de vie. De nombreux concepteurs souhaitent que les charges se déplacent aussi vite que possible afin d'atteindre la position souhaitée le plus rapidement possible. Malheureusement, la vis présente des limites qui doivent être prises en compte.

La deuxième partie de la vitesse critique s'applique à l'écrou. Ici, la vitesse critique fait référence à la vitesse à laquelle l'écrou peut tourner dans les limites du système de retour, et reflète la vitesse de recirculation des roulements à billes internes. Les assemblages de vis métriques miniatures de FUYU Linear ont un retour interne très doux, silencieux et capable de vitesses d'écrou plus élevées.

Cycles d'utilisation des vis à billes

Un cycle de travail en soi n'est pas trop critique. En général, il se prête davantage à une discussion sur la durée de vie de la vis, qui peut devenir extrêmement compliquée lorsque l'on considère un profil de déplacement. Un profil de mouvement est typiquement un mouvement trapézoïdal avec une accélération initiale, un mouvement constant et enfin une décélération. Bien que ces éléments soient tous très importants, l'accélération est l'un de ceux que l'on néglige le plus souvent. En fait, il est extrêmement difficile de trouver les limites de l'accélération des vis à billes dans les documents de référence, si bien qu'elle est souvent limitée à un G et demi. Ce chiffre est plutôt une ligne directrice, car les vitesses maximales réelles, l'accélération et la décélération sont vraiment basées sur l'application et doivent souvent être définies par l'expérimentation.

L'un des grands avantages des vis à billes est leur durée de vie définie. Les normes internationales précisent comment nous définissons la durée de vie d'une vis à billes. Pour les métriques, il s'agit généralement d'une fonction d'un million de tours, ce qui correspond à notre durée de vie L10 et où, statistiquement, 90 % des vis à billes atteignent cette durée de vie. En réalité, elles peuvent atteindre beaucoup plus, mais il existe désormais une valeur minimale établie.

Course de la vis à billes

Avec les vis à billes miniatures, il y a deux facteurs différents liés à la course. Dans les cas de courses courtes d'un ou deux millimètres, des difficultés surviennent parce que les billes ne circulent pas complètement à l'intérieur de l'écrou. La définition de la durée de vie de la vis à billes dans ces circonstances, ainsi que la conception et la fonction du système de retour, joueront un rôle essentiel dans son fonctionnement. Par exemple, une pompe à fluide nécessite une course extrêmement courte de 10 à 100 millimètres. Le dernier millimètre de course subit la force la plus importante, ce qui peut poser des problèmes lorsqu'il s'agit de définir la durée de vie d'une vis à billes.

Les applications à long débattement peuvent également poser des problèmes. Par exemple, lorsqu'une vis à billes de six millimètres parcourt un mètre, la vitesse critique et la prévention de l'affaissement deviennent des facteurs importants. Ainsi, entre la course courte et la course longue extrêmes se trouve le milieu de la course, ou le point idéal où une course de 100 à 200 millimètres est idéale pour que ces types de vis fonctionnent au mieux.

Capacité de charge des vis à billes

Les vis à billes sont conçues pour être chargées axialement à 100 %. Si cela est fait correctement, la vis à billes durera toute sa vie L10. Souvent, lorsque les vis à billes tombent en panne, il y a une déformation de la vis et de l'écrou résultant d'une charge qui n'a pas été correctement alignée. Une charge radiale ou un moment de charge sur une vis à billes peut avoir un impact sur la durée de vie L10 en réduisant la capacité de charge de plus de 90 %. La leçon à retenir est la suivante : si les calculs de conception d'un catalogue recommandent une structure de support parallèle dans le cadre d'un paramètre spécifique, il est essentiel d'adhérer à cette directive.