La construction d'un système de mouvement linéaire réussi commence par le choix de l'actionneur approprié. Entre les différentes tailles, technologies et qualités, des centaines d'options existent. L’astuce consiste à sélectionner l’actionneur qui fournira les meilleurs résultats. Heureusement, ce n’est pas aussi difficile qu’il y paraît. Les exigences de l'application réduiront l'ensemble des solutions d'actionneurs possibles et les contraintes du projet détermineront la meilleure solution.

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 de la sélection d'un actionneur. Bien que les actionneurs à vis soient des composants efficaces et économiques, à des vitesses très élevées, ils souffrent d'un phénomène connu sous le nom de fouet de vis, dans lequel la vis s'incline lorsqu'elle tourne. Le fouet à vis provoque des vibrations et une usure prématurée.

Le seuil de fouettage de la vis, appelé vitesse critique, dépend des dimensions et du matériau de la vis. La vitesse critique peut être calculée analytiquement à l’aide d’équations bien connues. Si la vitesse est trop élevée pour l'utilisation d'un actionneur à vis, envisagez un moteur linéaire ou un actionneur à entraînement par courroie.

Charger

Il est essentiel que l'actionneur soit dimensionné de manière appropriée pour la charge. Plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors du dimensionnement de la capacité de charge : la capacité de charge radiale des roulements de guidage, la capacité de moment du chariot de support et la capacité de charge axiale des roulements de support et de la vis à billes. Il est important de choisir un actionneur conçu pour répondre aux charges présentées par l'application.

Une idée fausse courante est que seule la capacité de charge compte, et que la capacité de charge permet effectivement de calculer la durée de vie d'un actionneur sous une charge donnée. Cependant, d'autres facteurs doivent être pris en compte, tels que la rigidité de l'actionneur dans différentes directions de charge. L'équipe de conception peut exécuter des calculs de charge-déformation pour déterminer si l'actionneur fonctionnera correctement dans l'application.

Un autre facteur à considérer est le positionnement de la charge. Une masse reposant sur un chariot qui s'étend le long de l'axe de l'actionneur introduit des forces très différentes d'une charge suspendue qui applique un moment de renversement. Assurez-vous que l'actionneur est correctement dimensionné et supporté.

Les applications verticales nécessitent un soin particulier pour préserver la position de la charge. Pour certains paramètres de conception, les vis-mères sont autobloquantes. Cela signifie qu'ils ne peuvent pas être rétrogradés, même en cas de panne du moteur. Pour être assuré qu'une vis est autobloquante, son efficacité doit être inférieure à 50 %, l'efficacité étant fonction de l'angle d'attaque et du coefficient de frottement entre l'écrou et la vis. Alternativement, des actionneurs à crémaillère et pignon peuvent également fonctionner.

Les ceintures se sont nettement améliorées ces dernières années. Ils sont robustes et hautement conçus de sorte qu'ils ne nécessitent plus de tension régulière comme autrefois. Les entraînements par courroie sont de bons choix si les exigences de vitesse et de course sont en dehors de ce qu'une vis à billes ou une vis mère peut fournir. Des précautions particulières doivent être prises si un entraînement par courroie est utilisé dans une application verticale. Il est recommandé d'utiliser un contrepoids ou un frein, le cas échéant, pour ralentir, arrêter et soutenir la charge pour des raisons de sécurité.

Longueur de course

Le prochain facteur à considérer est la longueur de course. Les actionneurs à vis sont efficaces et peuvent, dans certains cas, être utilisés pour des courses allant jusqu'à 5 pieds ou plus. Il faut veiller à ce que les actionneurs à vis à très longue course ne dépassent pas la vitesse critique. Pour les courses longues, les entraînements par courroie sont de meilleures options. Les courroies d'aujourd'hui sont constituées de matériaux de haute technologie qui nécessitent peu d'entretien. Ils peuvent être utilisés sur des distances allant jusqu'à 50 pieds.

Une autre option pour les courses longues est un moteur linéaire. Essentiellement des servomoteurs déroulés, les moteurs linéaires sont constitués d’une force qui se déplace le long d’une piste magnétique fixe. En théorie, la piste peut être aussi longue que souhaité. D'un point de vue pratique, les moteurs linéaires sont limités à la fois par la nécessité de fournir une piste magnétique de niveau et soigneusement alignée, et par le coût des aimants. La gestion des câbles moteur sur de très longues courses peut également constituer un défi.

Répétabilité

Chaque application a une exigence de répétabilité. Le bon choix d'actionneur permet d'obtenir un système qui non seulement répondra à ces exigences, mais aidera également le projet à atteindre les objectifs en matière de budget et de temps d'assemblage. Les actionneurs à vis offrent une répétabilité de l'ordre de ±0,0001 à ±0,003 po. Cela se compare à ±0,002 à ±0,010 po pour un entraînement par courroie.

Le choix optimal dépend des besoins de l'application. Les entraînements par courroie ne fonctionnent pas aussi bien que les actionneurs à vis, mais pour une application avec des tolérances plus indulgentes, les entraînements par courroie peuvent offrir des économies significatives. Pour les applications plus exigeantes, les actionneurs à moteur linéaire offrent une répétabilité qui peut être inférieure au micron.

Cycle de service

Le cycle de service a un effet important sur la durée de vie de l'équipement. Il est important de choisir un actionneur linéaire capable de répondre aux exigences de l'application. Les vis-mères, par exemple, sont basées sur un contact glissant, généralement de l'acier inoxydable sur du plastique (il existe de nombreux choix disponibles en fonction de l'application). Cela introduit une usure importante sur la durée de vie du dispositif. Par conséquent, les vis mères doivent être évitées si vous avez une application combinée à charge élevée et à cycle de service élevé.

Choisissez plutôt un actionneur à vis à billes à recirculation. Ces appareils ont une friction de roulement et non une friction de glissement, ils durent donc plus longtemps et leur durée de vie est plus prévisible.. Les billes peuvent toutefois être endommagées, surtout en cas de charges élevées. Pour les applications qui ne peuvent pas tolérer les pannes, essayez une vis à rouleaux planétaires. Ces dispositifs répartissent le poids pour minimiser l'usure, ce qui les rend parfaitement adaptés aux applications militaires et aérospatiales, entre autres. Pour les applications économiques, un entraînement par courroie peut également fonctionner.

Environnement

L'environnement d'exploitation d'une application a également une incidence sur le choix de l'actionneur. Dans un environnement de salle blanche, évitez les actionneurs à vis. Le contact métal-plastique génère des particules qui compromettront la qualité de la salle blanche.

A l’inverse, des environnements extrêmement sales peuvent endommager les actionneurs. Dans les actionneurs à tige, la vis est scellée dans le boîtier. En conséquence, les actionneurs à tige sont raisonnablement sûrs dans les environnements contaminés et liquides. Dans les actionneurs sans tige, la charge repose sur un chariot qui doit se connecter à la vis, ce qui peut exposer l'actionneur à une contamination..

Par conséquent, les actionneurs sans tige nécessitent des dispositions spéciales, que la technologie de base soit un actionneur à vis ou un moteur linéaire. Recherchez des composants avec des indices IP. Pensez à monter la fente vers le bas pour réduire la pénétration. Sachez que la lubrification peut piéger et retenir des particules qui endommageront les surfaces au fil du temps.

Un autre facteur à considérer concernant l’environnement est la quantité d’espace disponible. Le meilleur actionneur au monde est inutile s’il ne rentre pas dans l’enveloppe disponible. Spécifiez les actionneurs dès le début de la phase de conception pour garantir qu'il y a suffisamment d'espace. Travaillez en étroite collaboration avec votre fournisseur pour tirer parti de tous les facteurs susceptibles de vous offrir les caractéristiques dont vous avez besoin dans un format compact.

Budget

Il est toujours important de garder à l’esprit les objectifs de prix. Les moteurs linéaires sont les plus chers, suivis des actionneurs à vis (vis planétaire, vis à billes et vis mère). Les entraînements par courroie sont les plus économiques.

L'ingénierie implique toujours des compromis. La liste ci-dessus est une première étape lors de la sélection de l'actionneur. Pour une application donnée, des contraintes particulières peuvent signifier que le budget est une priorité plus importante que les performances, par exemple, ou que le cycle de service est plus important que la vitesse. Commencez le processus de spécification d’un actionneur le plus tôt possible dans la phase de conception. Essayez de travailler avec des composants standard. Si aucun de ces éléments ne répond à vos besoins, discutez avec votre fournisseur du développement d'un produit personnalisé qui fera le travail.