Les chercheurs continuent de rechercher des moyens d'améliorer la précision des systèmes de positionnement linéaire, de réduire ou d'éliminer le jeu, ainsi que de rendre ces dispositifs plus faciles à utiliser. Voici un aperçu des développements récents

Que le mouvement linéaire nécessaire soit faible ou important, la précision et la fiabilité du positionnement font partie des attributs nécessaires dans les systèmes linéaires. Deux centres de recherche qui développent souvent des produits destinés à être utilisés dans l'espace, le Marshall Space Flight Center, en Alabama, et le Lewis Research Center, à Cleveland, ont développé des dispositifs de positionnement linéaire qui présentent des améliorations dans ces attributs. L’un de ces appareils a été initialement développé pour être utilisé dans l’espace, l’autre pour des applications plus terrestres. Cependant, les deux ont des avantages à offrir à l’industrie du transport d’énergie.

Les ingénieurs du Marshall Space Flight Center avaient besoin d'un actionneur linéaire pour les véhicules spatiaux. L'actionneur déplacera l'ensemble de buses du moteur principal d'un véhicule spatial. En combinaison avec un autre actionneur situé dans le même plan horizontal mais tourné à 90 degrés, les actionneurs contrôleront les mouvements de tangage, de roulis et de lacet du véhicule. Les tolérances de ces mouvements sont de ±0,050 po.

Sur le plan fonctionnel, l'actionneur doit fournir avec précision des mouvements linéaires incrémentiels à ces gros objets et maintenir sa position face à des charges lourdes. La solution était un actionneur linéaire électromécanique. Il fournit un mouvement incrémentiel jusqu'à un maximum de 6 po. Sa course minimale est inférieure à 0,00050 po. Il peut supporter des charges allant jusqu'à 45 000 lb.

Convertissant le mouvement rotatif en mouvement linéaire, cet actionneur est un dispositif propre et simple qui peut remplacer les actionneurs hydrauliques dans les applications nécessitant un mouvement aussi puissant mais contrôlé. Ce dispositif nécessite également peu de temps de maintenance pour le nettoyage et l’inspection, et permet de réduire le temps nécessaire à la qualification du système de vol.

Cette conception utilise un résolveur et une fonctionnalité relativement nouvelle, un système d'engrenage anti-jeu. Le résolveur mesure le mouvement angulaire incrémentiel, qui contrôle le mouvement linéaire incrémentiel. Sa précision est de 6 arc/min. La relation entre rotation et translation est connue grâce aux rapports d'engrenage et au pas du filetage.

La deuxième caractéristique est un système d'engrenage anti-jeu. Il garantit que les dents de l'engrenage sont en contact constant dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse.

Pour obtenir ce contact, les centres des arbres doivent être alignés avec précision. Lors de la fabrication, les arbres sont usinés sur chaque assemblage.

Composants de l'actionneur
L'actionneur électromécanique se compose de quatre sections d'assemblage : 1) deux moteurs à courant continu de 25 CV, 2) un train d'engrenages, 3) un piston linéaire et 4) un boîtier d'accompagnement. Les moteurs à courant continu font tourner le train d'engrenages, transmettant le mouvement de rotation à une vis à rouleaux, qui traduit ce mouvement en mouvement linéaire à travers le piston de sortie. Les moteurs fournissent un couple constant de 34,6 oz-in./A. Les moteurs fonctionnent à 125 A. Au niveau de la vis, l'unité développe un couple de 31 000 oz-in, soit environ 162 lb-pi.

Deux moteurs à courant continu sans balais sont fixés sur une plaque de montage. La plaque de montage s'interface avec le système d'engrenage. Une petite plaque de réglage permet un usinage sur assemblage, ce qui facilite un alignement précis des arbres. Cet agencement permet également d'éliminer le jeu au sein du système d'engrenage.

Le pignon est claveté sur l'arbre du moteur et soutenu par des roulements à l'intérieur du moteur. Le pignon s'accouple à l'ensemble d'arbre intermédiaire, qui comprend deux engrenages. L'arbre intermédiaire réduit la vitesse et transmet des couples élevés au pignon de sortie. Comme mentionné précédemment, l’un des pignons fous est usiné directement dans l’arbre.

Le premier pignon fou se compose de deux pièces qui permettent de petits ajustements pour supprimer le jeu de rotation dans le système.

Lors de l'assemblage, le moteur inférieur se monte sur la plaque de montage du moteur, accouplant son pignon aux pignons fous réglables sur les arbres fous. Le moteur supérieur est ensuite monté à l'aide de la plaque de réglage du moteur. Ensuite, les ingénieurs font tourner manuellement les arbres du moteur, déplaçant les pignons fous par rapport à leurs arbres pour éliminer le jeu de rotation. Le moteur supérieur est ensuite retiré et une nouvelle plaque de réglage usinée exactement au centre. Ce processus d'assemblage élimine le jeu.

Des roulements soutiennent chaque arbre intermédiaire aux deux extrémités. L'engrenage de sortie est claveté sur un arbre à vis à rouleaux filetés. L'arbre, l'écrou et le piston de sortie produisent des mouvements linéaires. Le désalignement est évité grâce à un roulement linéaire qui stabilise le piston de sortie.

Les ensembles de roulements sphériques, à l'extrémité de la tige et dans la contre-pointe, comprennent des fixations de montage pour se connecter au moteur et aux composants structurels.

Possibilités
Pour obtenir un tour du rotor du résolveur par course de piston et éliminer le besoin de compter les tours de l'arbre, les ingénieurs de la NASA racontent qu'ils peuvent utiliser un entraînement harmonique avec un résolveur. Un tel entraînement doit avoir un rapport de réduction permettant au rotor du résolveur de parcourir un tour par course complète du piston.

Une version de vol plus récente de cet actionneur utilise quatre moteurs de 15 ch. Les moteurs plus petits réduisent le poids ainsi que l'inertie du moteur. La constante de couple de ces moteurs est de 16,8 oz-po/A, fonctionnant à 100 A et 270 V pour fournir la force nécessaire pour déplacer une charge de 45 000 lb.

Une autre conception de positionnement
Bien que ce positionneur à vis triple à trois groupes n'ait pas été développé pour une utilisation dans l'espace, il démontre des améliorations en termes de précision et de fiabilité. Il réduit le temps nécessaire pour positionner avec précision les pièces dans les machines, élever ou abaisser les plates-formes, équerrer avec précision les emballages et garantir que les plates-formes restent de niveau pour les équipements laser et les télescopes optiques-pyrométrie.

Un système de positionnement de vis typique peut utiliser une commande manuelle à entraînement central, guidée sur trois ou quatre tiges fixes, pour déplacer une plaque. Cette conception utilise un triple ensemble vis-mère comme mécanisme de positionnement principal. Il entraîne une plaque vers ou loin d'une plaque fixe tout en gardant les plaques parallèles les unes aux autres.

L'assemblage se compose de 27 pièces fabriquées en atelier, de neuf pièces achetées, telles que des engrenages et des roulements, et de 65 boulons, rainures de clavette, écrous, rondelles, etc. assortis. Tous les composants sont assemblés sur le support de commande à trois points et sur l'entraînement à un point. support. Ces ensembles se montent dans une position précise de commande d'entraînement sur la plaque d'extrémité de base de la cavité.

Le positionneur fonctionne soit par une manivelle manuelle sur l'un des axes d'entraînement, soit par un accessoire d'entraînement servomoteur à distance. La position de déplacement est lue sur une échelle, sur un pointeur ou avec un affichage LED. Le réglage de la position peut être contrôlé jusqu'à 0,1 mm.