Un actionneur linéaire déplace une charge (assemblage, composants ou produit fini) en ligne droite. Il convertit l'énergie en mouvement ou en force et peut être alimenté par un fluide ou de l'air comprimé, ou encore par l'électricité. Voici une présentation des actionneurs linéaires courants, de leurs avantages et de leurs inconvénients.

Comment ça marche ?

Les actionneurs linéaires pneumatiques sont constitués d'un piston à l'intérieur d'un cylindre creux. La pression d'un compresseur externe ou d'une pompe manuelle déplace le piston dans le cylindre. Lorsque la pression augmente, le cylindre se déplace le long de l'axe du piston, créant ainsi une force linéaire. Le piston revient à sa position initiale soit par la force de rappel d'un ressort, soit par l'apport de fluide de l'autre côté du piston.

• Les actionneurs linéaires hydrauliques fonctionnent de manière similaire aux actionneurs pneumatiques, mais c'est un liquide incompressible provenant d'une pompe, et non de l'air comprimé, qui déplace le cylindre.

Un actionneur linéaire électrique convertit l'énergie électrique en couple. Un moteur électrique, relié mécaniquement à une vis sans fin, entraîne cette dernière. Un écrou fileté, ou un écrou à billes, dont le filetage correspond à celui de la vis, est empêché de tourner avec celle-ci. Lorsque la vis tourne, l'écrou se déplace le long du filetage. Le sens de déplacement de l'écrou dépend du sens de rotation de la vis et permet également de ramener l'actionneur à sa position initiale.

【Actionneurs pneumatiques】

Avantages

Les actionneurs pneumatiques présentent l'avantage d'être simples. La plupart des actionneurs pneumatiques en aluminium ont une pression maximale de 150 psi et des diamètres d'alésage allant de 1/2 à 8 pouces, ce qui correspond à une force d'environ 30 à 7 500 livres-pieds. Les actionneurs en acier ont une pression maximale de 250 psi et des diamètres d'alésage allant de 1/2 à 14 pouces, et génèrent des forces allant de 50 à 38 465 livres-pieds.

• Les actionneurs pneumatiques génèrent un mouvement linéaire précis en offrant une exactitude, par exemple, de l'ordre de 0,1 pouce et une répétabilité de l'ordre de 0,001 pouce.

Les actionneurs pneumatiques sont généralement utilisés dans des environnements à températures extrêmes, allant de -40 °C à 121 °C. Fonctionnant à l'air comprimé, ils offrent une sécurité et une facilité de contrôle optimales, évitant ainsi l'emploi de matières dangereuses. L'absence de moteur garantit l'absence d'interférences magnétiques et leur conformité aux normes de protection contre les explosions et de sécurité des machines.

Ces dernières années, la pneumatique a connu de nombreuses avancées en matière de miniaturisation, de matériaux et d'intégration avec l'électronique et la surveillance de l'état. Le coût des actionneurs pneumatiques est faible comparé à celui d'autres types d'actionneurs. Selon Bimba Manufacturing, par exemple, un actionneur pneumatique coûte en moyenne entre 50 et 150 dollars. Légers, nécessitant peu d'entretien et dotés de composants durables, les actionneurs pneumatiques constituent une solution économique pour la mise en œuvre de mouvements linéaires.

Inconvénients

Les pertes de charge et la compressibilité de l'air rendent les systèmes pneumatiques moins efficaces que d'autres méthodes de transmission de mouvement linéaire. Les limitations des compresseurs et du débit d'air impliquent qu'à basse pression, les forces et les vitesses seront moindres. Un compresseur doit fonctionner en continu sous pression, même à l'arrêt.

Pour être véritablement efficaces, les actionneurs pneumatiques doivent être dimensionnés pour une application spécifique. Ils ne peuvent donc pas être utilisés pour d'autres applications. Un contrôle précis et une efficacité optimale nécessitent des régulateurs et des vannes proportionnels, ce qui augmente les coûts et la complexité.

Bien que l'air comprimé soit facilement disponible, il peut être contaminé par de l'huile ou des lubrifiants, entraînant des arrêts de production et des opérations de maintenance. Les entreprises doivent néanmoins payer l'air comprimé, ce qui en fait un consommable, et le compresseur et les canalisations représentent un autre poste de dépense en matière de maintenance.

【Actionneurs hydrauliques】

Avantages

Les actionneurs hydrauliques sont robustes et adaptés aux applications exigeant une force importante. Ils peuvent générer des forces 25 fois supérieures à celles des vérins pneumatiques de même dimension. Ils fonctionnent également à des pressions allant jusqu'à 4 000 psi.

• Les moteurs hydrauliques ont un rapport puissance/poids élevé, de 1 à 2 ch/lb supérieur à celui d'un moteur pneumatique.

• Un actionneur hydraulique peut maintenir une force et un couple constants sans que la pompe fournisse plus de fluide ou de pression grâce à l'incompressibilité des fluides.

• Les actionneurs hydrauliques peuvent avoir leurs pompes et leurs moteurs situés à une distance considérable avec une perte de puissance minimale.

Inconvénients

Les systèmes hydrauliques peuvent présenter des fuites de fluide. À l'instar des actionneurs pneumatiques, une perte de fluide entraîne une baisse d'efficacité. Cependant, les fuites de fluide hydraulique posent des problèmes de propreté et peuvent endommager les composants et les zones environnantes.

Les actionneurs hydrauliques nécessitent de nombreux composants, notamment un réservoir de fluide, des moteurs, des pompes, des soupapes de décharge et des échangeurs de chaleur, ainsi que des dispositifs de réduction du bruit. Il en résulte des systèmes de mouvement linéaire volumineux et difficiles à intégrer.

【Actionneurs électriques】

Avantages

Les actionneurs électriques offrent un positionnement d'une précision inégalée. À titre d'exemple, leur précision est de ± 0,000315 pouce et leur répétabilité inférieure à 0,0000394 pouce. Leur conception est adaptable à tous les besoins et à toutes les forces requises ; ils sont silencieux, fluides et offrent une excellente répétabilité.

• Les actionneurs électriques peuvent être mis en réseau et reprogrammés rapidement. Ils offrent un retour d'information immédiat pour le diagnostic et la maintenance.

• Ils permettent un contrôle complet des profils de mouvement et peuvent inclure des codeurs pour contrôler la vitesse, la position, le couple et la force appliquée.

• En termes de bruit, ils sont plus silencieux que les actionneurs pneumatiques et hydrauliques.

• L’absence de fuites de fluides élimine les risques environnementaux.

Inconvénients

Le coût unitaire initial d'un actionneur électrique est supérieur à celui des actionneurs pneumatiques et hydrauliques. Selon l'exemple de Bimba Manufacturing, le prix d'un actionneur électrique peut varier de 150 $ à plus de 2 000 $ en fonction de sa conception et de son électronique.

• Contrairement aux actionneurs pneumatiques, qui sont sûrs dans les zones dangereuses et inflammables, les actionneurs électriques ne conviennent pas à tous les environnements.

Un moteur fonctionnant en continu surchauffe, ce qui accroît l'usure du réducteur. De plus, sa taille peut poser des problèmes d'installation.

Le moteur choisi fixe les limites de force, de poussée et de vitesse de l'actionneur. Pour modifier ces valeurs, il est nécessaire de changer de moteur.