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

Tout d'abord les bases :Les rails de guidage linéaires, les glissières et les glissières sont des systèmes mécaniques composés de rails et de roulements qui supportent et déplacent des charges physiques le long d'une trajectoire linéaire avec un faible coefficient de frottement. Ils sont généralement classés comme éléments roulants ou bagues planes. Étant donné la grande variété de formes et de tailles disponibles auprès de différents fabricants pour répondre à des besoins techniques spécifiques, la spécificité de votre application détermine la liste des paramètres critiques à prendre en compte, ainsi que leur ordre d'importance.

Les types de rails de guidage et de roulements les plus courants comprennent les rails profilés (carrés) avec roulements à billes, les rails pour roulements à rouleaux et les rails ronds avec bagues à billes ou à billes planes. Les rails profilés conviennent aux applications exigeant une rigidité et une précision exceptionnelles, comme les têtes de machines-outils et les mouvements de circuits imprimés de précision. Les systèmes de roulements à rouleaux sont destinés à un plus large éventail d'applications, comme le levage et le transfert de pièces, ou les applications de pick-and-place.

Pour choisir le rail le mieux adapté à une application, il faut d'abord analyser les besoins spécifiques du système. Ensuite, il faut comprendre les exigences du client ou les directives du programme, notamment le nombre d'axes, la répétabilité, la tolérance et la précision nécessaires 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 sélectionner. Par exemple, des environnements sales peuvent contaminer l'assemblage et perturber le bon fonctionnement des chemins de billes. La contamination est plus facile à gérer dans les systèmes à rouleaux, car les éléments roulants sont généralement plus grands. Les roulements plans conviennent aux applications où la lubrification par contact de surface n'est pas recommandée ou ne peut pas être exposée à l'environnement, comme dans certains laboratoires de recherche ou usines de fabrication de puces de silicium.

Après avoir sélectionné un système, rassemblez les paramètres pour le dimensionner correctement. Pour chaque mouvement d'un système de guidage linéaire, tenez compte des paramètres suivants : course, charge, vitesse, cycle de service, zone et orientation de montage.

Dimensionner le système de guidage linéaire

La charge statique comprend le poids de la selle, de l'emboîtement, de la charge utile et des roulements. Si 18 kg est centré horizontalement d'avant en arrière et de gauche à droite dans un ensemble classique à deux rails et quatre chariots, chaque bloc de roulement sera chargé statiquement à 4,5 kg.

Il existe deux types de glissières : à coulisseau et à coulisseau cantilever. La glissière à coulisseau standard, à base horizontale, utilise un coulisseau ou un bloc qui se déplace entre deux blocs d'extrémité fixes. Avec la glissière cantilever, le corps principal et le vérin restent statiques, tandis que la plaque porte-outils s'étend et se rétracte. Une deuxième application cantilever est possible pour le déplacement vertical de charges. Avec un rail et deux chariots, les deux chariots porteurs peuvent être chargés de manière égale dans le sens radial. Pour le dimensionnement du chariot ou du roulement, la charge totale du chariot le plus sollicité statiquement est généralement définie comme le scénario le plus défavorable.

Lors du dimensionnement des roulements, il faut tenir compte du paramètre de charge et de sa distance au centre de gravité (CG) ou centre de masse. La charge désigne le poids ou la force appliqué(e) au système, ce qui inclut les charges statiques et dynamiques. La charge statique comprend le poids de la selle, de l'emboîtement, de la charge utile et des roulements. La charge dynamique (ou cinétique) doit tenir compte des charges appliquées lorsqu'elles interagissent avec la selle chargée de roulements. Normalement, cette charge impose une contrainte de torsion aux roulements. Le CG de la selle fournit une valeur de charge unique à une certaine distance des centres des roulements.

Ces valeurs dynamiques et statiques peuvent ensuite être organisées en valeurs radiales (Corad), axiales (Coax), couple autour de l'axe « X » (Mx), couple autour de l'axe « Y » (My) et 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 lb (Newtons) en statique et en po-lb (Newtons-mètres) en dynamique.

Le centre des charges individuelles est situé à une distance relative du centre du système de guidage ou des centres des roulements. La masse totale présente un centre de gravité de 1,5 po (60 po-lb/40 lb) par rapport aux rails de guidage. Les roulements doivent supporter un couple de 60 po-lb, notamment lorsque la selle est accélérée ou décélérée rapidement.

Vitesse:La vitesse est un élément essentiel à prendre en compte, car les charges appliquées affectent le système différemment lors d'une accélération et d'une décélération, et lors d'un mouvement à vitesse constante. La vitesse est généralement exprimée en pouces/s ou en m/s, son équivalent métrique. Des facteurs tels que le type de profil de mouvement déterminent l'accélération nécessaire pour atteindre la vitesse ou le temps de cycle souhaité. La charge accélère rapidement dans un profil de mouvement trapézoïdal, puis se déplace à vitesse constante avant de ralentir. En revanche, un profil de mouvement triangulaire accélère et décélère rapidement. De plus, lors du calcul de la vitesse de l'application, tenez compte de la vitesse maximale de mouvement, ainsi que de l'accélération et de la décélération nécessaires pour obtenir la synchronisation globale d'un 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 temps morts, dans la durée souhaitée. La course de l'application correspond à la longueur du mouvement global complet dans une direction le long d'une trajectoire linéaire. Généralement, le paramètre de rapport cyclique est organisé en nombre de cycles requis par minute.

Zone de montage :La zone de montage du rail de guidage et des roulements à billes permet de déterminer la longueur totale (LTO) et l'espacement des rails du système de guidage. Dans la plupart des applications, il est préférable de privilégier l'encombrement maximal possible pour le fonctionnement des roulements. Sauf si vous utilisez des roulements linéaires télescopiques, qui fonctionnent comme de simples glissières de tiroir, la LTO du rail de guidage doit inclure la course du mouvement linéaire ainsi que l'encombrement du roulement.

La zone de montage doit également tenir compte du substrat ou du système de structure qui maintient le rail de guidage. L'empreinte du roulement correspond à la distance entre l'avant d'un chariot et l'arrière du chariot le plus éloigné le long d'un rail de guidage linéaire. De nombreux arbres profilés doivent être montés sur des surfaces entièrement 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 tubulaires sans perte de capacité ni de rigidité.

Orientation:L'orientation des glissières est essentielle pour définir les paramètres de charge, car la selle peut se déplacer horizontalement, verticalement, le long d'un support mural, voire en position inversée. Pour des performances optimales, gérez la charge de l'application avec la partie la plus résistante du système de roulement. Par exemple, le patin à billes radial doit être orienté pour supporter la charge radialement, et non axialement.

Effectuez maintenant une sélection à l'aide d'un guide linéaire

Voici un exemple d'application dans un environnement standard légèrement poussiéreux nécessitant une répétabilité moyenne. Pour ces deux raisons, un système de roulement à rouleaux préchargés, fonctionnant sur des pistes en acier trempé, a été choisi. La vitesse est élevée et la durée de vie est prolongée sans nécessiter de capacité maximale.

En règle générale, pour un rail de guidage de 2,5 cm (1 po), les roulements plans ne doivent pas dépasser 50 cm/s, les systèmes à recirculation de billes 203 cm (80 po) et les rouleaux environ 500 cm/s. Pour atteindre la course complète de 2,99 cm (118 po) en 3 secondes, nous accélérerons et décélérerons de 15 cm (6 po) en 0,5 seconde chacune. Cela permettrait d'atteindre la course cible de 2,79 cm (106 po) et de 2 secondes (2 s). Chaque rail de guidage doit mesurer au moins 410 cm (162 po), car la course est de 2,99 cm (118 po) et la longueur de la selle est de 112 cm (44 po) dans la dimension longitudinale du rail. Il est parfois utile de prévoir un ou deux pouces (2,5 cm) supplémentaires à chaque extrémité de la course pour les interrupteurs de fin de course, les amortisseurs ou les capteurs.

Chaque roulement sera chargé de manière égale (45 kg), car ils sont montés à chaque coin de la selle et le centre de gravité de la masse est centré d'avant en arrière et de gauche à droite. Chaque chariot de roulement peut supporter une charge radiale maximale de 225 kg ; une durée de vie adéquate est donc calculée ici, car les roulements sont chargés entre 20 et 50 % de leur capacité totale.