Cet article explique les bases de la conception d'un système linéaire, incluant le support structurel, les technologies de guidage et d'entraînement, ainsi que l'étanchéité, la lubrification et les accessoires. Il aborde d'abord les avantages et les inconvénients des différentes technologies, telles que les entraînements par vis-mère, les entraînements par vis à billes, les entraînements par courroie, les guidages à billes, les guidages à glissière et les guidages à galets. Il examine ensuite les avantages et les inconvénients de la conception et de la construction de son propre système linéaire par rapport à la configuration d'un système à partir de composants standard. Enfin, il décrit une procédure en ligne étape par étape pour dimensionner et sélectionner un système linéaire à partir de composants standard économiques.

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

Les principaux types de guidages sont les guidages à billes, les guidages à galets et les guidages à glissière ou à prisme. Les guidages 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). Parmi les autres avantages des guidages à billes, on peut citer leur faible frottement et leur grande rigidité. Les guidages à billes sont disponibles en configuration simple ou double rail. Leurs faiblesses sont leur coût relativement élevé et leur niveau sonore élevé. L'un des principaux avantages des guidages à galets réside dans leur capacité à fonctionner à des vitesses exceptionnellement élevées, jusqu'à 10 mètres par seconde (m/s). Les guidages à galets offrent également un faible frottement et une très grande rigidité. En revanche, ils présentent une résistance relativement faible aux chocs. Les guidages à glissière utilisent des bagues en polymère prismatiques, directement appliquées sur la surface du profilé, pour un fonctionnement très silencieux et une résistance aux chocs importants. L'un des principaux avantages des guidages à glissière est leur capacité à fonctionner en environnements contaminés. Leur vitesse et leur capacité de charge sont inférieures à celles des guidages à billes ou à galets.

Les technologies d'entraînement les plus courantes sont les vis à billes, les vis-mères et les courroies. La vis à billes est composée d'une vis et d'un écrou à billes avec roulements à recirculation de billes. Les vis à billes rectifiées et préchargées offrent une précision de positionnement exceptionnelle. 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. Il en résulte une précision absolue élevée de 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 la position réelle. Les vis à billes offrent généralement un rendement mécanique de 90 %, leur coût plus élevé étant souvent compensé par une consommation d'énergie réduite. La vitesse critique d'une vis à billes est déterminée par le diamètre du pied de vis, la longueur libre et la configuration du support d'extrémité. Les supports de vis à billes permettent d'utiliser des unités entraînées par vis jusqu'à 12 mètres de course et 3 000 tr/min de vitesse d'entrée. Les vis-mères ne peuvent pas égaler la précision de positionnement absolue des vis à billes, mais elles 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 en cours de fonctionnement, en s'approchant de la même direction, à la même vitesse et au même taux de décélération. Les entraînements à vis-mère sont utilisés dans les applications de positionnement à cycle de service faible à moyen et fonctionnent avec un faible niveau sonore. 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 des accélérations allant jusqu'à 40 m/s². Le système de guidage et le système d'entraînement nécessitent généralement une lubrification. L'accès facile aux graisseurs simplifie la maintenance préventive. Une approche efficace consiste à utiliser des graisseurs Zerk sur le chariot, qui alimentent un réseau par lequel la vis à billes et le système de roulement linéaire sont lubrifiés lors de l'installation et lors des intervalles de maintenance périodiques. Le système de guidage à prisme ne nécessite aucun entretien. Outre le pouvoir lubrifiant inhérent au polymère, des racleurs en feutre lubrifiés renouvellent le lubrifiant à chaque course. L'étanchéité est importante dans de nombreuses applications. Un joint à bande magnétique est constitué d'une bande magnétique en acier inoxydable, montée sur ressort pour maintenir la tension. Les deux extrémités sont fixées aux plaques d'extrémité du système et la bande de recouvrement ou d'étanchéité est acheminée à travers une cavité du chariot. À mesure que les chariots parcourent le système, la bande se soulève des aimants pour permettre le passage du chariot.

Technologie d'étanchéité alternative, les bandes de recouvrement en plastique utilisent une bande de caoutchouc souple qui s'imbrique dans l'extrusion de base, agissant comme un sac Ziploc. Les profils à rainure et languette créent un joint labyrinthe extrêmement efficace pour empêcher la pénétration de particules. Les supports moteur flexibles simplifient l'intégration des systèmes linéaires dans les assemblages automatisés. Les utilisateurs peuvent simplement demander un support moteur NEMA standard, fournir les informations de montage spécifiques à leur moteur ou indiquer le nom et la référence du fabricant du moteur. Le boîtier et l'accouplement sont usinés à partir de pièces brutes courantes pour correspondre aux caractéristiques clés du moteur du client : taille et diamètre du cercle de perçage sur la bride du moteur ; diamètre du pilote moteur ; diamètre et longueur de l'arbre moteur. Cela permet un montage facile des glissières, horizontalement, verticalement, inclinées ou inversées, sur presque tous les moteurs, avec un alignement garanti.

Toutes les combinaisons de types d'entraînement et de types de guidage ne sont pas judicieuses. Les sept groupes technologiques utilisés dans les applications pratiques comprennent l'entraînement par vis-mère et guidage à billes, l'entraînement par vis-mère et guidage à glissière, l'entraînement par vis à billes et guidage à billes, l'entraînement par vis à billes et guidage à glissière, l'entraînement par courroie et guidage à billes, l'entraînement par courroie et guidage à glissière, et l'entraînement par courroie et guidage à galet. Des diagrammes en toile d'araignée illustrent les forces et les faiblesses relatives de chacune de ces technologies. La technologie de l'entraînement par vis à billes et guidage à billes offre une répétabilité élevée, une grande rigidité et la capacité de supporter des forces et des moments importants. Elle est utilisée dans les applications de positionnement de précision avec des charges et des cycles de service élevés, comme le système linéaire utilisé pour le chargement et le déchargement d'ébauches d'engrenages sur une machine-outil. Les unités à entraînement par courroie et guidage à billes sont conçues pour les applications à grande vitesse et accélération, avec des charges utiles et des moments élevés. Ce groupe technologique convient aux applications qui couvrent un espace et sont soutenues aux extrémités ou de manière intermittente. Une application typique concerne la palettisation de boîtes de conserve. Les systèmes linéaires à entraînement par courroie et guidage à glissière offrent une vitesse et une accélération modérées. Les guidages à glissière peuvent supporter des charges d'impact, mais leurs vitesses linéaires sont quelque peu limitées. Cette combinaison offre une solution économique, silencieuse et nécessitant peu d'entretien. L'ajout d'une bande de protection magnétique rend cette solution idéale pour les environnements à forte teneur en particules et nécessitant un lavage intensif, comme le traitement par pulvérisation de tôles. Les unités à entraînement par courroie et guidage par roues offrent une vitesse linéaire et une accélération élevées, tout en étant économiques, silencieuses et nécessitant peu d'entretien. Les machines d'emballage et de remplissage sont une application typique.

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 nécessaires à sa conception. 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, le choix 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 d'augmenter les coûts et l'enveloppe, et de nécessiter une ingénierie de base pour garantir l'absence de tout élément essentiel. Lors de l'achat de systèmes linéaires, il peut arriver que les produits standard du catalogue ne répondent pas aux exigences de l'application. Dans ce cas, des modifications importantes des produits standard ou des conceptions en feuille blanche constituent des alternatives viables. Un partenaire disposant d'une large gamme de produits et de capacités d'ingénierie peut vous aider à résoudre votre problème tout en économisant du temps et de l'argent et en accélérant le cycle de développement.