Pour la plupart des applications de mouvement linéaire, les systèmes classiques à courroie ou à vis conviennent parfaitement. Cependant, des problèmes peuvent survenir lorsque des distances linéaires plus importantes sont nécessaires.

Les systèmes à courroie sont un choix évident lorsque de longs mouvements linéaires sont nécessaires. Ces systèmes relativement simples utilisent des poulies pour tendre la courroie et peuvent atteindre rapidement des vitesses élevées. Cependant, lorsque ces systèmes atteignent de grandes courses, des problèmes d'affaissement de la courroie peuvent survenir. La tension ne peut alors plus être maintenue sur toute la longueur du système.

Le système présente également une certaine souplesse inhérente aux courroies en caoutchouc ou en plastique. Cette flexibilité sur toute la longueur du système peut engendrer des vibrations ou un effet de ressort, créant ainsi un mouvement de fouet sur le chariot. Si un processus donné ne supporte pas ce phénomène, un système à vis sans fin peut s'avérer plus approprié. Les systèmes à vis sans fin possèdent un élément mécanique fixe qui garantit un contrôle total du chariot en toutes circonstances, avec un arrêt et un positionnement précis.

La sécurité est un autre avantage des systèmes à vis. Les systèmes à courroie sont moins sûrs en raison du risque de rupture de la courroie. Une telle défaillance serait incontrôlable et, dans les applications verticales, la charge pourrait tomber et endommager les machines, voire blesser du personnel. Un système à vis ne présente pas ce problème. Même en cas de défaillance, il empêcherait la chute de la charge et garantirait la sécurité.

Historiquement, la difficulté à atteindre de grandes courses constituait le principal problème des systèmes à vis. Ces systèmes peuvent généralement être utilisés jusqu'à 6 mètres de longueur grâce à des paires de paliers qui supportent la vis et empêchent tout effet de fouettement à haute vitesse de rotation. Même à basse vitesse, les vis longues nécessitent un support pour éviter la flexion due à leur propre poids. Ce système de support par paliers est traditionnellement constitué de paires de paliers reliés par une tige ou un fil. Ces paires se déplacent ensemble le long du système de mouvement linéaire.

Lorsqu'un système requiert une course plus longue, on peut ajouter des paires de paliers pour soutenir la vis à intervalles réguliers. L'utilisation simultanée de trois ou quatre paires est envisageable, mais au-delà, le raccordement des tiges ou des câbles entre les paliers devient complexe.

Courses plus longues

Le premier défi pour obtenir une course plus longue est de concevoir un système offrant davantage de points d'appui à la vis plus longue. Une solution consiste à abandonner le système de blocs solidaires et à utiliser un système où les blocs s'emboîtent et se séparent au besoin. Une fois en position, les blocs restent immobiles pour guider et soutenir la vis. Un tel système permet de réaliser 10, 12 voire 13 points d'appui grâce à des paires de blocs de roulement. Ce système de support pour vis à billes ou vis-mère autorise de longues courses sans flexion ni fouettement.

Pour dépasser les 6 mètres de longueur, le prochain défi consiste à créer une vis plus longue. Cependant, en raison des contraintes liées à la disponibilité des matières premières, les vis ne sont généralement produites que jusqu'à 6 mètres de longueur. Comment, dès lors, atteindre une course de plus de 10 mètres ? La solution réside dans l'assemblage de deux vis et l'utilisation de techniques de fabrication de précision.

Les vis-mères et les vis à billes sont fabriquées en continu, et chaque pièce peut présenter un léger écart de pas. Pour assembler deux pièces, il est donc nécessaire de compenser ces différences. Afin de réussir l'assemblage de deux vis, il est impératif d'utiliser des vis à billes de la plus haute précision, présentant l'écart le plus faible possible. Ces vis à billes doivent être usinées avec une grande précision, en veillant à ce que la chaleur ne pénètre pas dans la pièce et n'altère ni son diamètre ni la géométrie de son pas. Un écart aussi infime que 0,01 ou 0,001 millimètre peut engendrer des problèmes pour le système final.

Après usinage, les vis sont assemblées par taraudage et perçage, avec un écart minimal entre les deux brins. Elles sont finalement fixées à l'aide d'un adhésif haute résistance. (Le soudage des vis modifierait la géométrie et engendrerait des problèmes.)

Les systèmes à vis, dotés de supports repliables et de vis de précision, peuvent atteindre des longueurs de 10,8 mètres, voire plus. Un système avec une course de 2 à 3 mètres peut atteindre une vitesse maximale d'environ 4 000 tr/min. Normalement, pour un système plus long, la vitesse de rotation doit être considérablement réduite afin d'éviter le fouettement. Cependant, grâce à des supports supplémentaires, un système à vis d'une longueur maximale de 10 mètres peut fonctionner à 4 000 tr/min.

Applications de longue durée

Les systèmes à vis sans fin à grande course sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels pour assurer un positionnement linéaire précis. Un bon exemple est un système de soudage automatisé pour tubes métalliques. Un positionnement précis de la buse de soudage sur de longues courses est indispensable. Dans les applications où des matériaux de haute qualité, comme le titane, sont soudés, l'opération est réalisée sous vide afin d'éviter l'oxydation du métal.

De nombreuses applications dans l'industrie automobile nécessitent des déplacements importants. Par exemple, les robots à six axes sont souvent montés sur des actionneurs linéaires à grande course pour les opérations de soudage ou d'alimentation de machines. Bien que la vitesse ne soit pas un facteur critique pour le transport des bras robotisés, une grande longueur de déplacement et un positionnement très précis sont indispensables.

La fabrication de câbles optiques est une opération continue à grande vitesse qui ne peut être interrompue sans compromettre la qualité des fibres produites. Les câbles sont enroulés sur de grandes bobines. Lorsqu'une bobine est pleine, elle doit être remplacée rapidement afin de minimiser les pertes de produit. Précision et rapidité sont essentielles à l'efficacité du processus. Les systèmes à vis sans fin offrent ces deux avantages pour cette application, tout en étant capables de supporter le poids important des bobines.

Toute application nécessitant le déplacement vertical d'équipements lourds bénéficie de la rigidité et de la fiabilité d'une vis linéaire. Dans l'aéronautique, par exemple, des caméras de haute précision sont déplacées verticalement. Les vis supportent ce poids important avec sécurité et précision. Dans ce type d'applications, des systèmes de guidage à billes spéciaux, avec des billes de grand diamètre, sont utilisés pour absorber le moment de charge dynamique.

Améliorations apportées aux systèmes existants

Dans de nombreuses applications de mouvement linéaire de grande longueur, la vis à billes est laissée complètement ouverte. Ces systèmes présentent deux problèmes courants : soit ils ne fonctionnent pas à la vitesse souhaitée, soit leur maintenance est difficile, car la vis ouverte attire la poussière et les débris, nécessitant un nettoyage régulier pour éviter une défaillance prématurée de l’écrou à billes.

Dans ce type d'applications, le support supplémentaire offert par la configuration à paliers empilés permet à la vis de fonctionner à une vitesse bien plus élevée. Les problèmes de nettoyage et de fiabilité sont résolus grâce à un système étanche et protégé qui préserve la vis et réduit considérablement les besoins de maintenance. La vis, ainsi protégée de la poussière et des débris, conserve des performances et une fiabilité optimales sans nettoyage régulier.

Dans un tel système, le chariot peut être équipé de canaux percés et relié à un graisseur. Ceci permet une lubrification centralisée sans avoir à ouvrir le carter. L'unité n'ayant jamais besoin d'être ouverte, seules de faibles quantités de poussière ou d'eau peuvent pénétrer dans le système. Il est ainsi protégé même dans les environnements les plus sales.