Cet article explique les bases de la conception d'un système linéaire, notamment le système de support structurel, la technologie de guidage, la technologie d'entraînement, l'étanchéité, la lubrification et les accessoires. Tout d'abord, il abordera les avantages et les inconvénients des différentes technologies telles que les entraînements à vis mère, les entraînements à vis à billes, les entraînements par courroie, les guides à billes, les guides coulissants et les guides à roues. L'article examinera ensuite les avantages et les inconvénients de la conception et de la construction de votre propre système linéaire par rapport à la configuration d'un système à partir de blocs de construction standard. Enfin, l'article décrira un processus Web étape par étape pour dimensionner et sélectionner un système linéaire basé sur des composants standards économiques.

Les éléments constitutifs d'un système linéaire sont le système de support structurel, le système d'entraînement, le système de guidage, l'étanchéité, la lubrification et les accessoires. Le composant principal du système de support structurel est généralement une extrusion d’aluminium disponible dans des longueurs allant jusqu’à 12 mètres. La surface de montage de la base peut être usinée pour les applications nécessitant un positionnement précis. Les extrusions de base destinées aux applications de transport de moindre précision ne sont généralement pas usinées. Les bases utilisées dans les applications de transport sont optimisées pour la résistance à la flexion sous charge et à la déformation pendant le processus d'extrusion, permettant au système d'être soutenu uniquement aux extrémités.

Les principaux types de guides sont les guides à billes, les guides à roues et les guides à glissière ou à prisme. Les guides à billes supportent des charges utiles élevées jusqu'à 38 000 Newtons (N) et des moments de charge élevés jusqu'à 27,60 Newton mètres (Nm). Les autres avantages des guidages à billes incluent un faible frottement et une rigidité élevée. Les guides à billes sont disponibles dans des configurations à simple ou double rail. Les faiblesses des guides à billes incluent un coût relativement élevé et des niveaux de bruit élevés. Un avantage clé des guides de roue est leur capacité à fonctionner à des vitesses exceptionnellement élevées, jusqu'à 10 mètres par seconde (m/s). Les guides de roue offrent également un faible frottement et une très grande rigidité. D’un autre côté, les guides de roue ont une résistance relativement faible aux chocs. Les guides coulissants utilisent des bagues en polymère en forme de prisme fonctionnant directement sur la surface du profilé pour offrir un fonctionnement très silencieux et résister à des charges de choc élevées. Un avantage clé des guides coulissants est leur capacité à fonctionner dans des environnements contaminés. Les guides coulissants ont une vitesse et une capacité de charge inférieures à celles des guides à billes ou à roues.

Les technologies d'entraînement les plus populaires sont les entraînements à vis à billes, les entraînements à vis et les entraînements par courroie. L'entraînement par vis à billes se compose d'une vis à billes et d'un écrou à billes avec roulements à recirculation de billes. Les vis à billes rectifiées et préchargées offrent une précision de positionnement exceptionnellement élevée. La charge sur la vis à billes est répartie sur un grand nombre de roulements à billes, de sorte que chaque bille est soumise à une charge relativement faible. Le résultat est une précision absolue élevée jusqu'à 0,005 mm, une capacité de poussée élevée jusqu'à 40 KN et une rigidité élevée. La précision absolue est définie comme l'erreur maximale entre la position attendue et réelle. Les entraînements à vis à billes offrent généralement un rendement mécanique de 90 %, de sorte que leur coût plus élevé est souvent compensé par une consommation d'énergie réduite. La vitesse critique d'une vis à billes est déterminée par le diamètre de la racine de la vis, la longueur non supportée et la configuration du support d'extrémité. Les supports de vis à billes permettent l'utilisation d'unités à vis jusqu'à 12 mètres de course et une vitesse d'entrée de 3 000 tr/min. Les entraînements à vis-mère ne peuvent pas égaler la précision de positionnement absolue des entraînements à vis à billes, mais ils offrent une excellente répétabilité de 0,005 mm. La répétabilité est définie comme la capacité d'un système de positionnement à revenir à un emplacement pendant le fonctionnement lors d'une approche dans la même direction à la même vitesse et taux de décélération. Les entraînements à vis mère sont utilisés dans les applications de positionnement à cycle de service faible à moyen et fonctionnent à de faibles niveaux de bruit. Les entraînements par courroie sont utilisés dans les applications de transport à grande vitesse et à haut débit avec des vitesses allant jusqu'à 10 m/s et une accélération jusqu'à 40 m/s2. Le système de guidage et le système d’entraînement nécessitent généralement une lubrification. Un accès facile aux raccords de lubrification simplifie la maintenance préventive. Une approche efficace consiste à utiliser des raccords Zerk sur le chariot qui alimentent un réseau à travers lequel la vis à billes et le système de roulements linéaires sont lubrifiés pendant l'installation et à des intervalles de maintenance périodiques. Le système de guidage par prisme ne nécessite aucun entretien. En plus du pouvoir lubrifiant inhérent du polymère, il existe des racleurs en feutre lubrifiés qui reconstituent le lubrifiant à chaque passage. La technologie d’étanchéité est importante dans de nombreuses applications. Un joint à bande magnétique se compose d’une bande magnétique en acier inoxydable qui est chargée par ressort pour maintenir la tension. Les deux extrémités sont fixées aux plaques d'extrémité du système et la bande de couverture ou bande d'étanchéité est acheminée à travers une cavité du chariot. Au fur et à mesure que les chariots parcourent le système, la bande se soulève des aimants pour permettre au chariot de passer.

Une technologie d'étanchéité alternative, les bandes de couverture en plastique utilisent une bande de caoutchouc conforme qui s'emboîte avec l'extrusion de base, agissant un peu comme un sac Ziploc. Les profils d'accouplement « languette et rainure » ​​créent un joint labyrinthe extrêmement efficace pour empêcher la pénétration de particules. Les supports de moteur flexibles simplifient l'intégration de systèmes linéaires dans des assemblages automatisés. Les utilisateurs peuvent simplement demander un support de moteur NEMA standard ou fournir des informations de montage spécifiques à leur moteur ou fournir le nom et le numéro de pièce du fabricant du moteur. Le boîtier et l'accouplement sont usinés à partir d'ébauches communes pour s'adapter aux caractéristiques clés du moteur du client : taille des boulons et diamètre du cercle de boulons sur la bride du moteur ; diamètre du pilote du moteur ; et le diamètre et la longueur de l'arbre du moteur. Cela permet de monter facilement les glissières, horizontalement, verticalement, inclinées ou inversées, sur presque n'importe quel moteur, avec un alignement garanti.

Toutes les combinaisons de types d’entraînement et de types de guidage n’ont pas de sens. Les sept groupes technologiques utilisés dans des applications pratiques comprennent l'entraînement par vis mère et le guidage à billes, l'entraînement par vis mère et le guidage coulissant, l'entraînement par vis à billes et le guidage à billes, l'entraînement par vis à billes et le guidage coulissant, l'entraînement par courroie et le guidage par billes, l'entraînement par courroie et le guidage coulissant. , et entraînement par courroie et guide de roue. Les diagrammes en étoile illustrent les forces et les faiblesses relatives de chacune de ces technologies. La technologie d'entraînement par vis à billes et de guidage à billes offre une répétabilité élevée, une rigidité élevée et une capacité à gérer des forces et des moments élevés. Il est utilisé dans les applications de positionnement de précision avec des charges et des cycles de service élevés, comme le système linéaire utilisé pour charger et décharger des ébauches d'engrenages sur une machine-outil. Les unités entraînées par courroie et guidées par billes sont conçues pour les applications à vitesse et accélération élevées avec des charges utiles et des moments de charge élevés. Ce groupe technologique convient aux applications qui couvrent un espace et sont prises en charge soit aux extrémités, soit par intermittence. Une application typique implique la palettisation de canettes. Les systèmes linéaires entraînés par courroie et guidés par coulissement offrent une vitesse et une capacité d'accélération modérées. Les guides coulissants peuvent gérer les charges d'impact mais sont quelque peu limités dans leurs vitesses linéaires. Cette combinaison offre une solution rentable et silencieuse qui nécessite peu de maintenance. L'ajout d'une bande de couverture magnétique rend cette solution idéale pour les environnements à forte teneur en particules et aux exigences de lavage telles qu'une application de traitement par pulvérisation de tôle. Les unités entraînées par courroie et guidées par roues offrent des capacités de vitesse et d'accélération linéaires élevées ainsi qu'un coût modéré, un faible bruit et des besoins de maintenance relativement faibles. Une application typique est la machine d’emballage et de remplissage.

Fabriquer ou acheter ? Lorsque vous envisagez de fabriquer ou d'acheter un système linéaire, il est important de prendre en compte le temps d'ingénierie et l'expertise requis pour concevoir un système linéaire. La conception d'un système comprend des calculs techniques tels que la durée de vie des roulements linéaires et radiaux, la durée de vie de la vis à billes, la vitesse critique de la vis à billes, la déflexion du profil de support, la sélection de la lubrification, la conception du couvercle, etc. L'approche consistant à surdimensionner le système linéaire pour réduire le temps de conception présente l'inconvénient que le coût et l'enveloppe augmentent et qu'une ingénierie de base est toujours nécessaire pour s'assurer que rien de fondamental n'a été oublié. Lors de l’achat de systèmes linéaires, il y aura des moments où les produits standard du catalogue ne répondront pas aux exigences de l’application. Dans ce cas, des modifications significatives des produits standards ou des conceptions en feuilles blanches sont des alternatives viables. Un partenaire disposant d'une large gamme de produits et de capacités d'ingénierie peut travailler avec vous pour résoudre votre problème tout en économisant du temps et de l'argent et en accélérant le cycle de développement.