Lors de la conception d'un système linéaire, tenez compte des supports, des guides, des entraînements et des joints d'étanchéité. Avant de commencer la conception, définissez vos exigences en matière de précision, de répétabilité, de charge et d'environnement.

Les guides à billes à faible friction et haute rigidité offrent un support sur un rail (supérieur) ou deux (inférieur). Ce type de performance se traduit par un coût plus élevé et un niveau sonore accru.

Le chemin le plus court entre deux points est la ligne droite. Cependant, pour concevoir un système de mouvement linéaire, il faut prendre en compte le support structurel, les guides, les actionneurs, les joints d'étanchéité, la lubrification et les accessoires entre les points A et B.

Que vous décidiez de concevoir et de construire votre système de A à Z en utilisant des pièces standard ou d'en acheter un conçu sur mesure, faire les bons choix dès le départ devrait contribuer à assurer son bon fonctionnement à long terme.

Soutien et conseils

Construire un système linéaire signifie littéralement partir de la base, avec un système de support structurel. Le composant principal de ce système est généralement un profilé en aluminium.

Pour les applications exigeant un positionnement précis, il est possible d'usiner la surface de montage du profilé de base et la surface sur laquelle se fixe le guide linéaire. Pour les applications de transport, de moindre précision, il convient plutôt d'optimiser les bases afin qu'elles résistent à la flexion sous charge et qu'elles évitent toute déformation lors de l'extrusion.

Une base robuste permet au système de reposer uniquement sur des supports d'extrémité. Les profilés plus légers peuvent nécessiter des supports intermittents sur toute leur longueur.
Des guides se fixent à la base pour faciliter le mouvement. Les principaux types sont les guides à billes, les guides à roues et les guides à glissières ou prismatiques.
Les guides à billes supportent les charges les plus lourdes et offrent la plus grande rigidité. Leurs configurations à un ou deux rails permettent un mouvement avec un minimum de friction. Leurs inconvénients sont un coût plus élevé et le niveau sonore qu'ils génèrent.

Les guides de roues fonctionnent jusqu'à 10 m/s avec un faible frottement et une grande rigidité. Cependant, les chocs peuvent les endommager.
Dans les guidages à glissières, des bagues en polymère de forme prismatique frottent sur la surface du profil. Le polymère leur confère un fonctionnement silencieux et une grande résistance aux chocs. Ils tolèrent les environnements contaminés par la saleté, le sable, la poussière, l'huile et les produits chimiques, mais fonctionnent plus lentement et sous des charges plus faibles que les guidages à billes ou à roues, comme l'indique leur indice PV (produit de la pression et de la vitesse admissibles).

Les vis à billes et les courroies font partie des technologies d'entraînement disponibles pour les systèmes linéaires. Les entraînements par courroie sont silencieux et conviennent aux applications à haut débit et à faible précision. Les entraînements par vis à billes, plus onéreux, offrent un rendement, une précision et une rigidité élevés.

Force motrice

Les mécanismes d'entraînement déplacent le chariot vers les positions souhaitées. Les technologies d'entraînement les plus courantes sont les entraînements à vis à billes, les entraînements à vis-mère et les entraînements par courroie.

Dans un système à vis à billes, les billes se déplacent dans les rainures d'une tige filetée (la vis à billes) et recirculent à travers un écrou à billes. Grâce à la répartition de la charge par les billes, les systèmes à vis à billes présentent une capacité de poussée relativement élevée.

Il en résulte une précision absolue, définie comme l'erreur maximale entre la position attendue et la position réelle, jusqu'à 0,005 mm. Les systèmes à vis à billes rectifiées et précontraintes sont les plus précis.

Ces systèmes présentent une poussée admissible jusqu'à 40 kN et une rigidité élevée. Leur vitesse critique est déterminée par le diamètre à l'embase de la vis, la longueur libre et la configuration des supports d'extrémité. Grâce à un nouveau type de support de vis, les unités à vis peuvent se déplacer jusqu'à 12 m et accepter des vitesses d'entrée de 3 000 tr/min. Les entraînements à vis à billes offrent un rendement mécanique de 90 %, ce qui compense souvent leur coût plus élevé par une consommation d'énergie moindre.

Les supports des systèmes linéaires sont généralement des profilés en aluminium extrudé qui peuvent être usinés pour une précision accrue.

Les entraînements à vis-mère ne peuvent égaler la précision de positionnement absolue des entraînements à vis à billes, mais leur répétabilité — la capacité à revenir à une position en cours de fonctionnement en s'approchant de la même direction à la même vitesse et au même taux de décélération — est de 0,005 mm. Ils sont utilisés pour le positionnement à faible ou moyen cycle de service et fonctionnent silencieusement.

Les transmissions par courroie fonctionnent dans des applications de transport à haut débit avec des vitesses allant jusqu'à 10 m/s et une accélération allant jusqu'à 40 m/s2.

Lubrification et joint d'étanchéités pour les dispositifs linéaires

La plupart des systèmes de guidage et d'entraînement nécessitent une lubrification. Vous pouvez simplifier la maintenance préventive future en assurant un accès facile aux graisseurs. Par exemple, des graisseurs Zerk installés sur le chariot peuvent alimenter un réseau de lubrification qui dessert à la fois la vis à billes et le système de roulements linéaires lors de l'installation et lors des opérations de maintenance périodiques.

L'unité d'entraînement linéaire est dotée d'un joint magnétique. La bande en acier inoxydable se soulève juste devant le chariot et se referme juste derrière grâce à des aimants et des ancrages à ressort situés sur les embouts.

Les guides prismatiques ne nécessitent aucun entretien. Le matériau polymère du coulisseau possède des propriétés lubrifiantes intrinsèques, et des racleurs en feutre lubrifiés renouvellent le lubrifiant à chaque course.

Les joints assurent l'étanchéité et empêchent la pénétration de contaminants. Parmi eux, les joints à bande magnétique sont constitués de bandes magnétiques en acier inoxydable qui s'étendent d'une extrémité à l'autre du canal. Fixées aux embouts, ces bandes sont maintenues sous tension par un ressort. Elles passent dans une cavité du chariot, de sorte que la bande est légèrement surélevée par rapport aux aimants, juste devant et derrière le chariot lors de son déplacement dans le système.
Une autre technologie d'étanchéité, les bandes de recouvrement en plastique, utilise des bandes de caoutchouc souples qui s'emboîtent dans l'extrusion de base, à la manière d'un sac de congélation à fermeture zip. L'assemblage par rainure et languette crée un joint labyrinthe qui empêche les particules de pénétrer.

Il faut également tenir compte du mode de montage du moteur. Le carter et l'accouplement du moteur doivent correspondre au diamètre des boulons et au diamètre du cercle de boulonnage de la bride du moteur, au diamètre du trou pilote du moteur, ainsi qu'au diamètre et à la longueur de l'arbre moteur.

De nombreux moteurs ont des dimensions conformes aux normes NEMA, mais d'autres sont spécifiques au fabricant et au modèle. Dans tous les cas, les supports moteur flexibles usinés à partir d'ébauches standard permettent un montage aisé sur quasiment n'importe quel moteur, avec un alignement garanti.

Des joints en caoutchouc conformes maintiennent les bandes de recouvrement en plastique en place et empêchent les particules de pénétrer.

Mélangez et assortissez

Toutes les combinaisons d'entraînement et de guidage ne sont pas pertinentes. En pratique, on rencontre le plus souvent des vis-mères entraînant des guidages à billes ou à glissières ; des vis à billes associées à des guidages à billes ou à glissières ; et des courroies entraînant des guidages à billes, à glissières ou à roues.

Un système à vis à billes, associé à un guide à billes, assure un mouvement répétable et une grande rigidité, permettant de supporter des forces et des moments élevés. Ce type de système est particulièrement adapté aux applications de positionnement de précision avec des charges et des cycles de service importants, comme le chargement et le déchargement d'ébauches d'engrenages sur des machines-outils.

Les unités à entraînement par courroie et guidage par billes sont conçues pour les applications à haute vitesse et forte accélération, avec des charges utiles importantes et des moments de force élevés. Ces unités fonctionnent sur des socles qui enjambent un espace et sont supportées soit à leurs extrémités, soit de manière intermittente. La palettisation de boîtes de conserve en est un exemple d'application.
Les systèmes linéaires à entraînement par courroie et guidage par glissières sont des unités économiques, silencieuses et nécessitant peu d'entretien. Ils fonctionnent à des vitesses et accélérations modérées et excellent dans la gestion des charges d'impact. L'ajout d'une bande de recouvrement magnétique rend ce type de système adapté aux environnements à forte concentration de particules et aux exigences de nettoyage fréquent, comme le traitement par projection thermique de la tôle.

Les guidages par galets nécessitent moins d'entretien que les guidages à billes, mais plus que les glissières ; les galets entraînés par courroie constituent donc une autre option économique, silencieuse et nécessitant peu d'entretien. Ces systèmes atteignent des vitesses linéaires et des accélérations élevées et sont fréquemment utilisés dans les machines d'emballage et de remplissage.