Les chercheurs continuent de chercher des moyens d'améliorer la précision des systèmes de positionnement linéaire, de réduire ou d'éliminer le jeu et de simplifier l'utilisation de ces dispositifs. Voici un aperçu des développements récents.

Que le mouvement linéaire requis soit faible ou important, la précision et la fiabilité du positionnement sont des attributs essentiels des systèmes linéaires. Deux centres de recherche, souvent spécialisés dans le développement de produits destinés à l'espace, le Marshall Space Flight Center (Alabama) et le Lewis Research Center (Cleveland), ont développé des dispositifs de positionnement linéaire présentant des améliorations sur ces points. L'un de ces dispositifs a été initialement conçu pour une utilisation spatiale, l'autre pour des applications terrestres. Cependant, tous deux présentent des avantages pour le secteur de la transmission de puissance.

Les ingénieurs du Centre spatial Marshall avaient besoin d'un actionneur linéaire pour véhicules spatiaux. Cet actionneur actionnera la tuyère du moteur principal d'un véhicule spatial. Associé à un autre actionneur placé dans le même plan horizontal, mais tourné à 90 degrés, il contrôlera les mouvements de tangage, de roulis et de lacet du véhicule. Les tolérances de ces mouvements sont de ± 0,050 pouce.

D'un point de vue fonctionnel, l'actionneur doit fournir des mouvements linéaires incrémentaux précis à ces objets volumineux et maintenir sa position malgré de lourdes charges. La solution était un actionneur linéaire électromécanique. Il assure un mouvement incrémental jusqu'à 15 cm (6 po). Sa course minimale est inférieure à 1,27 cm (0,00050 po). Il peut supporter des charges allant jusqu'à 20 400 kg (45 000 lb).

Transformant un mouvement rotatif en mouvement linéaire, cet actionneur est un dispositif simple et épuré qui peut remplacer les actionneurs hydrauliques dans les applications exigeant un mouvement puissant et contrôlé. Il nécessite également peu de maintenance (nettoyage et inspection) et contribue à réduire le temps nécessaire à la qualification du système de vol.

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

La deuxième caractéristique est un système d'engrenage anti-jeu. Il garantit un contact constant des dents de l'engrenage dans le sens horaire et antihoraire.

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

Composants de l'actionneur
L'actionneur électromécanique se compose de quatre sections : 1) deux moteurs à courant continu de 25 ch, 2) un train d'engrenages, 3) un piston linéaire et 4) un carter. Les moteurs à courant continu entraînent le train d'engrenages, transmettant le mouvement de rotation à une vis à rouleaux, qui convertit ce mouvement en mouvement linéaire par l'intermédiaire du piston de sortie. Les moteurs fournissent un couple constant de 34,6 oz-po/A. Ils fonctionnent à 125 A. Au niveau de la vis, l'unité développe un couple de 31 000 oz-po, soit environ 162 lb-pi.

Deux moteurs à courant continu sans balais sont fixés sur une plaque de montage. Cette plaque assure l'interface avec le système d'engrenages. Une petite plaque de réglage permet l'usinage lors de l'assemblage, ce qui facilite l'alignement précis des arbres. Cette disposition permet également d'éliminer le jeu au sein du système d'engrenages.

Le pignon est calé sur l'arbre moteur et supporté par des roulements à l'intérieur du moteur. Il s'accouple à l'arbre intermédiaire, qui comprend deux pignons. L'arbre intermédiaire réduit la vitesse et transmet des couples élevés au pignon de sortie. Comme mentionné précédemment, l'un des pignons intermédiaires est usiné directement dans l'arbre.

Le premier pignon fou est composé de deux pièces qui permettent de petits ajustements pour éliminer le jeu de rotation dans le système.

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

Des roulements soutiennent chaque arbre intermédiaire à ses deux extrémités. Le pignon de sortie est claveté sur un arbre à vis à rouleaux filetés. L'arbre, l'écrou et le piston de sortie assurent des mouvements linéaires. Un roulement linéaire stabilise le piston de sortie et prévient tout désalignement.

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.

Options
Pour obtenir un tour du rotor du résolveur par course de piston et éliminer le comptage des tours de l'arbre, les ingénieurs de la NASA expliquent qu'ils peuvent utiliser un système d'entraînement harmonique avec résolveur. Ce système doit avoir un rapport de réduction permettant au rotor du résolveur d'effectuer un tour par course complète du piston.

Une version plus récente, destinée au vol, de cet actionneur utilise quatre moteurs de 15 ch. Ces moteurs plus petits réduisent le poids et 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 au déplacement d'une charge de 45 000 lb.

Une autre conception de positionnement
Bien que ce positionneur à vis-mère triple n'ait pas été développé pour une utilisation spatiale, il présente des améliorations en termes de précision et de fiabilité. Il réduit le temps nécessaire pour positionner précisément les pièces dans les machines, lever ou abaisser les plateformes, équarrir précisément les colis et garantir le maintien à niveau des plateformes pour les équipements laser et les télescopes de pyrométrie optique.

Un système de positionnement à vis classique utilise une commande manuelle à entraînement central, guidée par trois ou quatre tiges fixes, pour déplacer une plaque. Ce système utilise un assemblage à triple vis-mère comme mécanisme de positionnement principal. Il déplace une plaque vers ou depuis une plaque fixe, tout en maintenant le parallélisme des plaques.

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

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