Alors que les exigences en matière de précision de conception et d'efficacité des équipements d'automatisation ne cessent d'augmenter, le choix des systèmes de mouvement linéaire ne se résume plus à une simple mise en commun des caractéristiques techniques. Un système de mouvement linéaire complet comprend des dizaines de composants, notamment des vis sans fin, des rails de guidage, des coulisseaux, des roulements, des accouplements, des unités de support et même des moteurs d'entraînement. En fin de compte, c'est le concept d“” adéquation à l'usage prévu » qui détermine le fonctionnement stable à long terme de l'équipement.
Le principe fondamental de la conversion du mouvement rotatif en mouvement linéaire : les vis à billes
La vis à billes est le composant de transmission le plus essentiel d'un module linéaire ; elle se compose de trois éléments principaux : l'arbre fileté, l'écrou et les roulements à billes. Sa fonction principale est de convertir le mouvement rotatif du moteur en mouvement linéaire de la table de travail.
Caractéristiques techniques : Les billes roulant entre l'arbre fileté et l'écrou, la résistance au frottement est extrêmement faible (environ un tiers seulement de celle des vis à billes à glissement), ce qui permet un mouvement linéaire de haute précision, même sous des charges importantes. Cependant, les vis à billes ne possèdent pas la capacité d'autoblocage des vis trapézoïdales. Par conséquent, lorsqu’elles sont installées à la verticale, elles doivent être associées à un moteur-frein ou à un mécanisme d’équilibrage.
Guides linéaires : la base d'un guidage et d'un support de charge à haute rigidité
Les guidages linéaires (également appelés rails de guidage linéaire ou guidages à rail profilé) sont utilisés dans les applications impliquant un mouvement linéaire alternatif. Ils présentent une capacité de charge nominale bien supérieure à celle des roulements linéaires et peuvent simultanément supporter certaines charges de couple, ce qui en fait la “ voie ” idéale pour obtenir un mouvement linéaire de haute précision sous des charges importantes.
Avantages structurels : Le contact entre le rail de guidage et le chariot s'effectue par l'intermédiaire d'éléments roulants — billes ou rouleaux —, ce qui se traduit par un faible coefficient de frottement et une grande rigidité. Par rapport à la configuration “ arbre + roulement linéaire ”, les guidages linéaires offrent des avantages significatifs en termes de résistance au couple et de durée de vie.
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Le curseur – L'élément mobile qui fonctionne en association avec le rail de guidage
Le chariot est le composant qui se déplace en coordination avec le rail de guidage ; il supporte directement la table de travail ou la charge et effectue un mouvement de va-et-vient le long du rail. Dans les modules à vis, la plaque de fixation du coulisseau abrite également le support de fixation de l'écrou de la vis à billes. L'écrou de la vis est relié à la plaque de fixation du coulisseau, et lorsque la vis tourne, l'écrou entraîne le coulisseau et la table de travail pour qu'ils se déplacent le long du rail de guidage.
Actuellement, les types les plus courants sont les modèles carrés et à bride. La gamme de modèles s'étend du HG15 au HG65, ce qui permet de choisir le type de coulisseau adapté en fonction des différentes capacités de charge.
Puisqu'on parle de glissières, je me dois d'évoquer les roulements. Contrairement aux paliers lisses, ceux-ci sont principalement utilisés dans le mouvement linéaire alternatif des billes ; ils supportent à la fois les charges axiales et radiales afin d'assurer une rotation fluide de la vis.
Unités de support pour vis à billes – Comment fixer la vis à billes
Dans la description ci-dessus, nous avons évoqué les vis à billes. Comment la vis à billes est-elle donc fixée ? Cela nous amène à un autre composant : le support de vis à billes.
Les unités de support sont des éléments structurels qui relient les deux extrémités de l'arbre à vis à la base de montage. Elles se composent d'un côté fixe et d'un côté de support, et servent essentiellement de “ palier ” pour la vis.
Unité de support à flancs fixes : Comprend des roulements à billes à contact oblique préchargés, reliés au côté moteur, qui assurent le positionnement axial et la transmission des efforts de poussée. Des roulements à haute rigidité et haute précision sont sélectionnés pour garantir un fonctionnement rotatif stable.
Unité de support côté support : Il contient des roulements à billes à gorge profonde qui soutiennent l'extrémité arrière de l'arbre à vis. Cela permet un jeu axial lorsque la vis se dilate sous l'effet de la chaleur, évitant ainsi les contraintes dues à la déformation thermique.
Parmi les modèles les plus courants, on trouve actuellement les séries BK/BF, EK/EF et FK/FF. Le choix du type de fixation approprié dépend de la méthode d'installation.
Raccords – Compensation des écarts d'installation
Dans le cadre d'un mouvement alternatif linéaire à grande vitesse, les accouplements sont des composants qui transmettent le couple tout en compensant les écarts de montage radiaux, angulaires et axiaux.
Types courants :
Accouplement à membrane : Transmission sans jeu, à couple élevé, adaptée aux applications de haute précision entraînées par des servomoteurs.
Accouplement à fentes (à soufflet) : Sans jeu, adapté aux moteurs pas à pas de couple faible à moyen.
Accouplement à mâchoires (type « araignée ») : Assure un amortissement et une atténuation des vibrations.
Accouplement Oldham : Structure simple, adaptée aux applications présentant des exigences de précision moindres, telles que les moteurs à cylindres ou à bobinage filaire.
Le choix doit tenir compte de manière exhaustive des exigences en matière de couple, de la capacité de compensation des écarts, de la vitesse de rotation et du type de moteur.
Résumé
En résumé, les six catégories de composants jouent chacune un rôle bien distinct dans un système de mouvement linéaire : la vis fournit la force motrice ; le rail de guidage et le chariot assurent le guidage et le support de la charge ; les roulements et les unités de support garantissent la précision de rotation ; et l’accouplement assure la transmission de la puissance. Lors du choix des composants, il convient de prendre en compte de manière exhaustive quatre paramètres clés — la charge, la course, la vitesse et la précision — afin que les performances de chaque composant correspondent aux exigences globales du système, garantissant ainsi un fonctionnement stable et durable de l'équipement.
