La conception d'un système de mouvement linéaire performant commence par le choix de l'actionneur approprié. Entre les différentes tailles, technologies et qualités, des centaines d'options existent. La difficulté réside dans la sélection de l'actionneur qui offrira les meilleurs résultats. Heureusement, c'est plus simple qu'il n'y paraît. Les exigences de l'application permettront de restreindre le nombre de solutions possibles et les contraintes du projet détermineront la solution optimale.

Le processus commence par l'examen de la série de facteurs clés énumérés ici.

Vitesse

La vitesse est un facteur important à prendre en compte lors du choix d'un actionneur. Bien que les actionneurs à vis soient des composants efficaces et économiques, à très haute vitesse, ils souffrent d'un phénomène appelé fouettement de la vis, au cours duquel la vis se courbe vers l'extérieur en tournant. Ce fouettement provoque des vibrations et une usure prématurée.

Le seuil de fouettement de la vis, appelé vitesse critique, dépend de ses dimensions et de son matériau. La vitesse critique peut être calculée analytiquement à l'aide d'équations bien connues. Si cette vitesse est trop élevée pour l'utilisation d'un actionneur à vis, il convient d'envisager un moteur linéaire ou un actionneur à courroie.

Charger

Il est essentiel que l'actionneur soit correctement dimensionné en fonction de la charge. Plusieurs facteurs doivent être pris en compte pour le dimensionnement : la capacité de charge radiale des paliers de guidage, la capacité de moment du chariot de support et la capacité de charge axiale des paliers de support et de la vis à billes. Il est important de choisir un actionneur conçu pour supporter les charges de l'application.

On croit souvent, à tort, que seule la capacité de charge importe. Or, cette capacité permet effectivement de calculer la durée de vie d'un actionneur sous une charge donnée. Cependant, d'autres facteurs doivent être pris en compte, comme la rigidité de l'actionneur dans différentes directions de charge. L'équipe de conception peut effectuer des calculs de charge-déformation pour déterminer si l'actionneur fonctionnera correctement dans l'application prévue.

Un autre facteur à prendre en compte est le positionnement de la charge. Une masse reposant sur un chariot se déplaçant dans l'axe de l'actionneur génère des forces très différentes de celles d'une charge en porte-à-faux qui exerce un moment de renversement. Assurez-vous que l'actionneur est correctement dimensionné et supporté.

Les applications verticales exigent une attention particulière pour préserver la position de la charge. Pour certains paramètres de conception, les vis-mères sont autobloquantes. Cela signifie qu'elles ne peuvent pas être desserrées, même en cas de panne moteur. Pour qu'une vis soit autobloquante, son rendement doit être inférieur à 50 %, ce rendement étant fonction de l'angle d'hélice et du coefficient de frottement entre l'écrou et la vis. Des actionneurs à crémaillère peuvent également être utilisés.

Les courroies ont connu des progrès considérables ces dernières années. Robustes et de conception sophistiquée, elles ne nécessitent plus les réglages de tension réguliers d'antan. Les transmissions par courroie sont particulièrement adaptées aux applications où la vitesse et la course requises dépassent les capacités des vis à billes ou des vis-mères. Une attention particulière doit être portée à leur utilisation dans des applications verticales. Il est recommandé d'utiliser un contrepoids ou un frein, selon les besoins, pour ralentir, arrêter et supporter la charge en toute sécurité.

Longueur de la course

Le facteur suivant à prendre en compte est la course. Les actionneurs à vis sont efficaces et peuvent, dans certains cas, être utilisés pour des courses allant jusqu'à 1,5 m, voire plus. Il convient de veiller à ne pas dépasser la vitesse critique pour les actionneurs à vis à très grande course. Pour les grandes courses, les transmissions par courroie sont préférables. Les courroies actuelles sont fabriquées à partir de matériaux de haute technologie qui nécessitent peu d'entretien. Elles peuvent être utilisées sur des distances allant jusqu'à 15 m.

Une autre option pour les grandes courses est le moteur linéaire. Composé essentiellement de servomoteurs déroulés, le moteur linéaire génère une force se déplaçant le long d'un rail magnétique fixe. En théorie, la longueur du rail est illimitée. En pratique, son utilisation est limitée par la nécessité d'un rail magnétique parfaitement horizontal et aligné, ainsi que par le coût des aimants. La gestion des câbles du moteur sur de très grandes courses peut également s'avérer complexe.

Répétabilité

Chaque application requiert une répétabilité précise. Le choix judicieux d'un actionneur permet de concevoir un système qui non seulement répond à ces exigences, mais contribue également au respect du budget et des délais d'assemblage. Les actionneurs à vis offrent une répétabilité de l'ordre de ±0,0001 à ±0,003 pouce, contre ±0,002 à ±0,010 pouce pour un entraînement par courroie.

Le choix optimal dépend des besoins de l'application. Les transmissions par courroie sont moins performantes que les actionneurs à vis, mais pour une application aux tolérances plus larges, elles peuvent permettre des économies substantielles. Pour les applications plus exigeantes, les actionneurs à moteur linéaire offrent une répétabilité submicronique.

Cycle de service

Le facteur de marche influe considérablement sur la durée de vie d'un équipement. Il est donc essentiel de choisir un actionneur linéaire adapté aux exigences de l'application. Les vis à billes, par exemple, fonctionnent par glissement (généralement entre l'acier inoxydable et le plastique, avec de nombreuses options disponibles selon l'application). Ce type de glissement engendre une usure importante au fil du temps. Par conséquent, les vis à billes sont à éviter pour les applications combinant charges élevées et facteur de marche élevé.

Optez plutôt pour un actionneur à vis à billes à recirculation. Ces dispositifs fonctionnent par frottement de roulement et non par frottement de glissement, ce qui leur confère une durée de vie plus longue et plus prévisible.Les billes peuvent toutefois s'endommager, surtout sous fortes charges. Pour les applications où toute défaillance est inacceptable, privilégiez une vis à rouleaux planétaires. Ces dispositifs répartissent le poids afin de minimiser l'usure, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications militaires et aérospatiales, entre autres. Pour les applications plus économiques, une transmission par courroie peut également convenir.

Environnement

L'environnement d'exploitation d'une application influe également sur le choix de l'actionneur. En salle blanche, il convient d'éviter les actionneurs à vis sans fin. Le contact métal-plastique génère des particules susceptibles de compromettre la conformité aux normes de salle blanche.

À l'inverse, les environnements extrêmement sales peuvent endommager les actionneurs. Dans les actionneurs à tige, la vis est scellée dans le boîtier. De ce fait, ces actionneurs sont relativement sûrs dans les environnements contaminés et liquides. Dans les actionneurs sans tige, la charge repose sur un chariot qui doit être relié à la vis, ce qui peut exposer l'actionneur à la contamination..

Par conséquent, les actionneurs sans tige nécessitent des précautions particulières, qu'ils soient basés sur un actionneur à vis ou un moteur linéaire. Privilégiez les composants avec un indice de protection IP. Envisagez un montage avec la fente orientée vers le bas afin de limiter les infiltrations. Attention : la lubrification peut retenir des particules et endommager les surfaces à la longue.

Un autre facteur environnemental à prendre en compte est l'espace disponible. Même le meilleur actionneur au monde est inutile s'il ne peut être intégré à l'espace disponible. Spécifiez les actionneurs dès les premières étapes de la conception afin de garantir un espace suffisant. Collaborez étroitement avec votre fournisseur pour tirer parti de toutes les solutions permettant d'obtenir les caractéristiques requises dans un format compact.

Budget

Il est essentiel de toujours tenir compte des objectifs de prix. Les moteurs linéaires sont les plus chers, suivis des actionneurs à vis (vis planétaire, vis à billes et vis-mère). Les transmissions par courroie sont les plus économiques.

En ingénierie, il faut toujours faire des compromis. La liste ci-dessus constitue une première approche pour la sélection d'un actionneur. Pour une application donnée, des contraintes spécifiques peuvent faire en sorte que le budget prime sur la performance, par exemple, ou que le cycle de service soit plus important que la vitesse. Il est conseillé d'entamer le processus de spécification d'un actionneur le plus tôt possible dans la phase de conception. Privilégiez l'utilisation de composants standard. Si aucun ne répond à vos besoins, discutez avec votre fournisseur de la possibilité de développer un produit sur mesure.