La construction 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. L'astuce consiste à sélectionner l'actionneur qui offrira les meilleurs résultats. Heureusement, ce n'est pas aussi difficile qu'il y paraît. Les exigences de l'application réduiront le nombre de solutions d'actionneurs possibles, tandis que les contraintes du projet détermineront la solution la plus adaptée.

Le processus commence par la prise en compte 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 « fouettage » : la vis se courbe en tournant. Ce phénomène provoque des vibrations et une usure prématurée.

Le seuil de fouettement 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 connues. Si la vitesse est trop élevée pour l'utilisation d'un actionneur à vis, envisagez un moteur linéaire ou un actionneur à courroie.

Charger

Il est essentiel que l'actionneur soit dimensionné de manière appropriée à la charge. Plusieurs facteurs sont à prendre en compte lors du dimensionnement de la capacité de charge : 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 pense souvent à tort que seule la capacité de charge compte, et que celle-ci permet 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.

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

Les applications verticales nécessitent 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 entraînées en arrière, même en cas de panne du moteur. Pour garantir l'autoblocage d'une vis, son rendement doit être inférieur à 50 %, ce rendement étant fonction de l'angle d'attaque et du coefficient de frottement entre l'écrou et la vis. Des actionneurs à crémaillère peuvent également être utilisés.

Les courroies se sont considérablement améliorées ces dernières années. Robustes et hautement techniques, elles ne nécessitent plus de tension régulière comme autrefois. Les transmissions par courroie sont un bon choix si les exigences de vitesse et de course dépassent les capacités d'une vis à billes ou d'une vis-mère. Une attention particulière doit être portée à l'utilisation d'une transmission par courroie dans une application verticale. Il est recommandé d'utiliser un contrepoids ou un frein, selon le cas, pour ralentir, arrêter et soutenir la charge, par souci de sécurité.

Longueur de course

Le facteur suivant à prendre en compte est la longueur de course. Les actionneurs à vis sont efficaces et peuvent, dans certains cas, être utilisés pour des courses allant jusqu'à 1,5 m ou plus. Pour les actionneurs à vis à très longue course, il faut veiller à ne pas dépasser la vitesse critique. Pour les courses longues, les entraînements par courroie sont plus adaptés. Les courroies actuelles sont fabriquées à partir de matériaux de haute technicité et nécessitent peu d'entretien. Elles peuvent être utilisées sur des distances allant jusqu'à 15 m.

Une autre option pour les courses longues est le moteur linéaire. Essentiellement des servomoteurs déroulés, les moteurs linéaires utilisent une force se déplaçant le long d'une piste magnétique fixe. En théorie, la piste peut être aussi longue que souhaitée. En pratique, les moteurs linéaires sont limités par la nécessité de fournir une piste magnétique plane et parfaitement alignée, ainsi que par le coût des aimants. La gestion des câbles moteur sur de très longues courses peut également s'avérer complexe.

Répétabilité

Chaque application a des exigences de répétabilité. Un bon choix d'actionneur permet d'obtenir un système qui répondra non seulement à ces exigences, mais permettra également au projet de respecter les objectifs de budget et de temps 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 une transmission par courroie.

Le choix optimal dépend des besoins de l'application. Les entraînements par courroie ne sont pas aussi performants que les actionneurs à vis, mais pour les applications aux tolérances plus souples, ils peuvent permettre des économies significatives. Pour les applications plus exigeantes, les actionneurs à moteur linéaire offrent une répétabilité pouvant atteindre le micron.

Cycle de service

Le cycle de service a un impact 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, reposent sur un contact glissant, généralement en acier inoxydable et en plastique (de nombreuses options sont disponibles selon l'application). Cela entraîne une usure importante du dispositif tout au long de sa durée de vie. Par conséquent, les vis mères sont à éviter si vous travaillez dans une application combinant charge élevée et cycle de service élevé.

Optez plutôt pour un actionneur à vis à billes. Ces dispositifs présentent un frottement de roulement, et non de glissement, ce qui leur confère une durée de vie plus longue et plus prévisible.Les billes peuvent toutefois être endommagées, surtout sous des charges élevées. Pour les applications qui ne tolèrent pas les pannes, essayez une vis à rouleaux planétaires. Ces dispositifs répartissent le poids pour minimiser l'usure, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications militaires et aérospatiales, entre autres. Pour les applications économiques, une transmission par courroie peut également convenir.

Environnement

L'environnement d'exploitation d'une application influence également le choix de l'actionneur. En salle blanche, évitez les actionneurs à vis sans fin. Le contact métal-plastique génère des particules qui compromettent la performance de la salle blanche.

À l'inverse, des environnements extrêmement sales peuvent endommager les actionneurs. Dans les actionneurs à tige, la vis est scellée dans le boîtier. Par conséquent, les actionneurs à tige 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 dispositions particulières, qu'ils soient à vis ou à moteur linéaire. Privilégiez les composants avec un indice de protection IP. Envisagez de monter la fente vers le bas pour réduire les infiltrations. Gardez à l'esprit que la lubrification peut piéger et retenir des particules qui, à terme, endommageraient les surfaces.

Un autre facteur à prendre en compte concernant l'environnement est l'espace disponible. Le meilleur actionneur au monde est inutile s'il ne rentre pas dans l'espace disponible. Spécifiez les actionneurs dès la phase de conception afin de garantir un espace suffisant. Travaillez en étroite collaboration avec votre fournisseur pour exploiter tous les atouts permettant d'obtenir 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 transmissions par courroie sont les plus économiques.

L'ingénierie implique toujours des compromis. La liste ci-dessus constitue un premier pas dans la sélection d'un actionneur. Pour une application donnée, des contraintes particulières peuvent impliquer que le budget prime sur les performances, par exemple, ou que le cycle de service prime sur la vitesse. Commencez le processus de spécification d'un actionneur le plus tôt possible dès la phase de conception. Privilégiez les composants standard. Si aucun de ceux-ci ne répond à vos besoins, discutez avec votre fournisseur du développement d'un produit sur mesure capable de répondre à vos besoins.