La meilleure approche pour spécifier et dimensionner les rails linéaires consiste à définir d'abord les paramètres les plus critiques de l'application ; à restreindre les choix en fonction de ces exigences ; puis à appliquer les variables critiques pour effectuer la sélection finale du rail linéaire.

Tout d'abord, les bases :Les rails de guidage linéaires, les glissières et les coulisseaux sont des systèmes mécaniques composés de rails et de paliers qui supportent et déplacent des charges physiques le long d'une trajectoire linéaire avec un faible coefficient de frottement. Ils sont généralement classés en deux catégories : à roulements ou à coussinets plans. La grande variété de formes et de dimensions disponibles auprès de différents fabricants, conçues pour répondre à des besoins d'ingénierie spécifiques, détermine la liste des paramètres critiques à prendre en compte ainsi que leur ordre d'importance, en fonction de votre application.

Les types de guidages et de paliers les plus courants comprennent les rails profilés (carrés) avec blocs de roulements à billes à recirculation, les guidages pour roulements à rouleaux et les rails ronds avec bagues à billes à recirculation ou bagues planes. Les rails profilés conviennent aux applications exigeant une rigidité et une précision exceptionnelles, comme les têtes de machines-outils et les mouvements de précision des cartes de circuits imprimés. Les systèmes à roulements à rouleaux sont destinés à une gamme d'applications plus large, telles que le levage et le transfert de pièces ou les applications de prélèvement et de placement.

Pour choisir les rails les mieux adaptés à une application, il convient d'abord d'analyser les besoins spécifiques du système. Ensuite, il faut comprendre les exigences du client ou les spécifications du programme, notamment le nombre d'axes, la répétabilité, la tolérance et la précision requises pour obtenir le résultat final. Enfin, il faut tenir compte de la contamination environnementale, comme la poussière, l'eau, les fibres et autres substances.

Pour tout système, l'environnement d'exploitation détermine le type de roulements à choisir. Par exemple, un environnement poussiéreux peut contaminer l'assemblage et perturber le bon fonctionnement des circuits de billes à recirculation. La contamination est plus facile à gérer dans les systèmes à rouleaux, car les éléments roulants sont généralement plus grands. Les paliers plans conviennent aux applications où la lubrification par contact de surface est déconseillée ou incompatible avec l'environnement, comme dans certains laboratoires de recherche ou usines de fabrication de puces électroniques.

Après avoir sélectionné un système, définissez ses paramètres pour le dimensionner correctement. Pour chaque mouvement d'un système de guidage linéaire, tenez compte des paramètres suivants : course, charge, vitesse, facteur de marche, surface de montage et orientation de montage.

Dimensionner le système de guidage linéaire

La charge statique comprend le poids de la selle, du dispositif de fixation, de la charge utile et des roulements. Si une charge de 40 lb est centrée horizontalement d'avant en arrière et de gauche à droite dans un ensemble typique à deux rails et quatre chariots, chaque bloc de roulement subira une charge statique de 10 lb.

Il existe deux types principaux de glissières : à selle et à porte-à-faux. La glissière à selle standard, à base horizontale, utilise une selle ou un bloc qui se déplace entre deux blocs d'extrémité fixes. Dans le cas d'une glissière à porte-à-faux, le corps principal et le vérin restent fixes, tandis que le plateau porte-outils se déploie et se rétracte. Une autre application de la glissière à porte-à-faux existe pour le déplacement vertical de charges. Avec un rail et deux chariots, les deux chariots porteurs peuvent supporter une charge radiale égale. Pour dimensionner le palier ou le chariot, la charge totale du chariot le plus sollicité statiquement est généralement définie comme le cas le plus défavorable.

Lors du dimensionnement des roulements, il convient de prendre en compte la charge et sa distance au centre de gravité (CG) ou au centre de masse. La charge correspond au poids ou à la force appliquée au système, incluant les charges statiques et dynamiques. La charge statique comprend le poids de la selle, du dispositif de fixation, de la charge utile et des roulements. La charge dynamique (ou cinétique) doit tenir compte des charges appliquées et de leur interaction avec la selle équipée des roulements. Cette charge induit généralement une contrainte de torsion sur les roulements. Le CG de la selle fournit une valeur de charge unique à une certaine distance des centres des roulements.

Ces valeurs dynamiques, ainsi que les valeurs de charge statique, peuvent être organisées en charges radiales (Corad), axiales (Coax), de couple autour de l'axe X (Mx), de couple autour de l'axe Y (My) et de couple autour de l'axe Z (Mz). Ces variables peuvent ensuite être utilisées dans la plupart des applications de dimensionnement de roulements pour sélectionner la taille de chariot appropriée. Les valeurs de charge sont généralement exprimées en livres (lb) ou en newtons (N) pour les charges statiques et en pouces-livres (in.lb) ou en newtons-mètres (Nm) pour les charges dynamiques.

Le centre de gravité de chaque charge est situé à une distance relative du centre du système de guidage ou des centres des paliers. La masse totale a un centre de gravité situé à 1,5 pouce (60 po-lb/40 lb) des rails de guidage. Les paliers doivent supporter un couple de 60 po-lb, notamment lors des accélérations et décélérations rapides de la selle.

Vitesse:La vitesse est un facteur essentiel à prendre en compte, car les charges appliquées affectent différemment le système lors des phases d'accélération et de décélération, par rapport à un mouvement à vitesse constante. La vitesse est généralement exprimée en pouces par seconde (in./s) ou en mètres par seconde (m/s). Des facteurs tels que le type de profil de déplacement déterminent l'accélération nécessaire pour atteindre la vitesse ou le temps de cycle souhaité. La charge accélère rapidement lors d'un déplacement trapézoïdal, puis se déplace à vitesse constante avant de ralentir. Un déplacement triangulaire, en revanche, accélère et décélère rapidement. De plus, lors du calcul de la vitesse de l'application, il convient de tenir compte de la vitesse de déplacement maximale, ainsi que des accélérations et décélérations nécessaires pour obtenir la durée totale du mouvement.

Cycle de service :Le paramètre de rapport cyclique doit prendre en compte le mouvement complet de la selle sur un cycle complet, généralement deux fois la course plus les phases de repos, dans un intervalle de temps donné. La course de l'application correspond à la longueur du déplacement total dans une direction, le long d'une trajectoire linéaire. Le paramètre de rapport cyclique est généralement exprimé en nombre de cycles par minute.

Zone de montage :La zone de montage du rail de guidage et des paliers permet de déterminer la longueur totale (LT) et l'écartement des rails du système de guidage. Dans la plupart des applications, il est préférable de prévoir l'encombrement maximal des paliers. Sauf si vous utilisez des paliers linéaires télescopiques, qui fonctionnent comme des glissières de tiroir simples, la LT du rail de guidage doit inclure la course du mouvement linéaire ainsi que l'encombrement des paliers.

La zone de montage doit également tenir compte du substrat ou du système de châssis supportant le guidage. L'empreinte au sol correspond à la distance entre l'avant et l'arrière du chariot le plus éloigné le long d'un guidage linéaire. De nombreux arbres profilés doivent être montés sur des surfaces parfaitement usinées et rectifiées afin de répondre aux exigences de précision du programme. D'autres conceptions peuvent être appliquées directement sur des structures en aluminium ou des châssis tubulaires sans perte de capacité ni de rigidité.

Orientation:L'orientation de montage des glissières est cruciale pour le réglage de la charge, car la selle peut se déplacer horizontalement, verticalement, le long d'un support mural, ou même en position inversée. Pour des performances optimales, la charge de l'application doit être supportée par la partie la plus robuste du système de roulement. Par exemple, le coulisseau à billes radial doit être orienté de manière à supporter la charge radialement, et non axialement.

Effectuez maintenant une sélection de guide linéaire

Voici un exemple d'application se déroulant dans un environnement standard légèrement poussiéreux et nécessitant une répétabilité moyenne. Compte tenu de ces deux facteurs, un système de roulements à rouleaux préchargés, montés sur des chemins de roulement en acier trempé, a été choisi. La vitesse est élevée et la durée de vie est prolongée sans avoir à solliciter les capacités maximales.

En général, pour un guidage de 25,4 mm (1 pouce), les paliers plans ne doivent pas dépasser 508 mm/s (20 pouces/s), les systèmes à billes à recirculation 2032 mm/s (80 pouces/s) et les rouleaux environ 5088 mm/s (200 pouces/s). Pour obtenir une course complète de 3000 mm (118 pouces) en 3 s, nous accélérerons et décélérerons de 152 mm (6 pouces) en 0,5 s chacune. Cela permettra une course de 2690 mm (106 pouces) et 2 s pour atteindre le temps cible. Chaque guidage doit avoir une longueur minimale de 4110 mm (162 pouces), car la course est de 3000 mm (118 pouces) et la longueur du chariot est de 1120 mm (44 pouces) dans le sens du guidage. Il est parfois utile de prévoir 25 à 50 mm (un ou deux pouces) supplémentaires à chaque extrémité de la course pour les interrupteurs de fin de course, les amortisseurs ou les capteurs.

Chaque palier supportera une charge égale de 45 kg (100 lb), car ils sont montés à chaque coin de la selle et le centre de gravité de la masse est centré longitudinalement et latéralement. Chaque porte-palier peut supporter une charge radiale maximale de 225 kg (500 lb). Une durée de vie adéquate est donc calculée, car les paliers sont chargés entre 20 et 50 % de leur capacité totale.