Course, vitesse, précision, montage, entretien.

Vous travaillez sur une application nécessitant un mouvement linéaire – un système d'assemblage de type pick-and-place, une ligne de conditionnement ou un portique de transfert de matériaux, par exemple – mais concevoir votre propre actionneur, trouver les pièces détachées, monter et aligner les composants et mettre en place un système de maintenance représente une perte de temps. Vous vous tournez alors vers des actionneurs linéaires préconçus et préassemblés, mais face à la multitude d'options disponibles (type, taille, principe de fonctionnement), il est difficile de savoir par où commencer.

La première étape pour affiner votre choix consiste à sélectionner le mécanisme d'entraînement le mieux adapté à votre application. La plupart des fabricants proposent au moins deux options, les entraînements par courroie crantée et par vis à billes étant les plus courants, tandis que les entraînements pneumatiques et par moteur linéaire sont destinés à des applications spécifiques. Voici cinq facteurs qui vous aideront à choisir entre les deux types d'actionneurs les plus répandus : l'entraînement par courroie crantée et l'entraînement par vis à billes.

1. Longueur de la course

La distance que l'actionneur doit parcourir dans une direction, appelée course, est le premier critère à prendre en compte pour choisir entre une transmission par vis à billes et une transmission par courroie. Les actionneurs à vis à billes sont généralement utilisés pour des longueurs inférieures ou égales à 1 000 mm, bien que des vis à billes de plus grand diamètre puissent atteindre 3 000 mm. Cette limite est déterminée par la vitesse critique de la vis. Plus la longueur de la vis augmente, plus sa vitesse critique, c'est-à-dire la vitesse à laquelle elle commence à subir des vibrations de flexion, diminue. En d'autres termes, plus une vis est longue et tourne vite, plus elle se met à « fouetter » comme une corde à sauter.

Pour les actionneurs à entraînement par courroie crantée, la tension de la courroie limite la longueur maximale. Grâce à l'utilisation de courroies plus larges (surface de contact accrue) et à un pas de dent plus important, les actionneurs à entraînement par courroie sont couramment utilisés dans des applications nécessitant une course de 10 à 12 mètres.

2. Vitesse

Le deuxième facteur critique dans le choix d'un actionneur est la vitesse. La vitesse maximale de la plupart des actionneurs à courroie est de 5 m/s. Cette limite est déterminée par le système de guidage, généralement composé de paliers à recirculation. Pour les applications nécessitant des vitesses plus élevées, jusqu'à 10 m/s, un entraînement par courroie peut être utilisé avec des galets préchargés ou des galets à cames, en remplacement des paliers à recirculation.

Comme indiqué précédemment, dans un actionneur à vis à billes, la vitesse critique diminue à mesure que la longueur de la vis augmente. En général, les actionneurs à vis à billes peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à 1,5 m/s pour des courses inférieures à 1 mètre. Les supports de vis à billes permettent d'accroître la rigidité en réduisant la longueur non supportée de la vis, ce qui autorise l'actionneur à atteindre des vitesses plus élevées et des courses plus longues. Lors du choix de supports de vis à billes, il est conseillé de consulter le fabricant pour obtenir de l'aide concernant les calculs de vitesse et de longueur nécessaires.

3. Précision

Le terme « précision » désigne généralement la précision de déplacement (position du chariot ou de la selle dans l'espace pendant le mouvement), la précision de positionnement (précision avec laquelle l'actionneur atteint la position cible) ou la répétabilité (précision avec laquelle l'actionneur atteint la même position à chaque course). Si la précision de déplacement dépend fortement de la structure, du socle et du montage de l'actionneur, la précision de positionnement et la répétabilité sont principalement fonction du mécanisme d'entraînement.

Les vis à billes, surtout si elles sont précontraintes, offrent une meilleure précision de positionnement que les transmissions par courroie grâce à leur rigidité. Cependant, cette imprécision peut être mesurée et compensée par le système de commande de l'actionneur. C'est pourquoi la répétabilité (la capacité à atteindre la même position à chaque course) est souvent le facteur le plus important dans les applications de haute précision. Pour une répétabilité élevée, la rigidité du mécanisme d'entraînement est essentielle, ce qui fait d'un ensemble vis à billes et écrou précontraint le meilleur choix.

4. Montage

Dans certains cas, l'orientation de montage de l'actionneur détermine le mécanisme d'entraînement le plus approprié. Les entraînements par courroie et par vis à billes conviennent aux montages horizontaux et inclinés, mais les applications nécessitant un montage vertical requièrent une évaluation plus approfondie.

Bien que tout système de déplacement vertical de charge nécessite des mécanismes de sécurité intégrés, les entraînements à vis à billes sont souvent considérés comme plus sûrs que les entraînements par courroie pour le transport de charges verticales. En effet, les vis à billes, en fonction de la charge, du pas de vis et du frottement dans le système, résistent au retour en arrière, ou « chute libre », en cas de défaillance du frein ou de dommage important. Lorsqu'un actionneur à courroie est requis pour une application verticale, l'ajout d'un frein externe ou d'un contrepoids doit être sérieusement envisagé.

5. Maintenance

La principale cause de défaillance des actionneurs linéaires est le manque de lubrification. Les actionneurs à vis à billes et à courroie nécessitent une lubrification périodique du système de guidage, mais les vis à billes introduisent un composant supplémentaire dont la lubrification doit être surveillée. Certains fabricants proposent des systèmes lubrifiés à vie (la durée de vie étant définie comme une distance de déplacement ou un nombre de tours prédéfini, sous une charge, une vitesse et un environnement donnés), mais de nombreuses applications ne répondent pas à ces critères et nécessiteront une lubrification à un moment donné de leur durée de vie prévue.

Bien que les actionneurs à courroie présentent l'avantage d'avoir moins de pièces à entretenir, en présence de poussière ou de copeaux, privilégiez un modèle conçu pour minimiser les risques de contamination des paliers de poulie. Ceci garantira une durée de vie plus longue aux roulements et réduira l'usure de la courroie.

Les entraînements par courroie et par vis à billes présentent chacun des avantages en termes de performances. Lors d'une première sélection, il est important de noter que les entraînements par courroie sont généralement plus adaptés aux grandes courses et aux vitesses élevées, tandis que les entraînements par vis à billes conviennent mieux aux applications exigeant une grande répétabilité ou un montage vertical. Dans certains cas, les deux mécanismes d'entraînement répondent aux critères mentionnés ci-dessus. Le fabricant peut alors vous guider dans le choix de l'actionneur le plus approprié en fonction de facteurs plus avancés, tels que l'accélération, le temps de stabilisation ou les conditions environnementales.