Le défi des systèmes d'automatisation mécanique a longtemps résidé dans la conversion du mouvement de rotation des moteurs électriques ou mécaniques en un mouvement linéaire exploitable. À cet égard, le système de convoyeur a constitué une avancée majeure, représentant l'une des premières applications concrètes de cette conversion en mouvement linéaire dans un environnement de production. Ces systèmes permettent de transporter une grande variété de matières premières et de pièces de manière bien plus efficace que ne le permettaient auparavant les méthodes traditionnelles basées sur la force mécanique brute, et se révèlent extrêmement utiles en production.

Aujourd'hui, d'importants travaux d'ingénierie dans le domaine de la conversion des mouvements rotatifs ont permis de développer une large gamme d'actionneurs mécaniques linéaires, utiles pour de nombreuses applications d'automatisation avancées. Le défi consiste à choisir l'actionneur adapté à la fonctionnalité recherchée, qu'il s'agisse du simple déplacement de matières premières dans un environnement de production ou de la conception de systèmes de mouvement plus complexes destinés à positionner l'outillage avec précision.

Pour choisir l'actionneur linéaire mécanique approprié, il est essentiel de prendre en compte certains critères importants, tels que la capacité de charge ou la force de poussée souhaitée, ainsi que la course nécessaire. Bien que ces critères soient primordiaux, d'autres aspects, comme la facilité de maintenance, jouent également un rôle important.

Deux types d'actionneurs linéaires mécanisés, largement utilisés, se distinguent par leur mécanisme d'entraînement : les actionneurs à courroie et les actionneurs à vis à billes. Bien que ces deux types soient employés dans des applications similaires, leur fonctionnement diffère sensiblement. Chaque type présente des avantages et des limitations spécifiques qu'il convient de prendre en compte lors du choix d'un actionneur.

Actionneurs à courroie

L'actionneur à courroie fonctionne selon les mêmes principes qu'un système de convoyeur. La transmission par courroie transforme un mouvement rotatif en mouvement linéaire grâce à une courroie crantée reliant deux poulies circulaires. Cette courroie est généralement en élastomère renforcé de fibres, mais d'autres matériaux sont disponibles pour des applications plus exigeantes. Les dents de la courroie s'engagent avec les poulies du rotor pour transmettre efficacement le couple et éviter le glissement. La transmission par courroie est intégrée dans un boîtier en aluminium, le chariot se déplaçant par-dessus. L'interface de l'arbre de transmission est généralement perpendiculaire au côté de l'actionneur.

Actionneurs à vis à billes

Le principe fondamental de l'actionneur à vis à billes représente une amélioration par rapport à un système à vis-mère. Dans ce type d'actionneur, la rotation de la vis entraîne l'écrou à billes et le chariot qui y est fixé, grâce à un système de roulement à billes où les billes en acier trempé de l'écrou roulent sur la piste de roulement de la vis. À l'instar de l'actionneur à courroie, les composants moteurs de l'actionneur à vis à billes sont logés dans un corps en aluminium, le chariot se déplaçant par-dessus. Contrairement aux actionneurs à courroie, l'interface de l'arbre de transmission est située dans l'axe de la vis à billes, à l'extrémité de l'actionneur.

Points forts et limites de chacun

Les actionneurs à courroie sont généralement privilégiés pour les applications nécessitant de grandes courses, ce qui permet d'obtenir ces courses à moindre coût qu'avec un actionneur à vis à billes de longueur équivalente. De plus, l'actionneur à courroie est généralement plus efficace, car il comporte moins de pièces mobiles critiques, ce qui réduit les besoins en main-d'œuvre pour la maintenance. Néanmoins, une tension adéquate de la courroie est essentielle pour garantir une transmission optimale du couple, et un retendre la courroie lors des opérations de maintenance périodiques est généralement nécessaire.

L'unité à vis à billes, quant à elle, s'apparente à un système de roulement à billes et peut ainsi supporter des charges plus importantes et générer une force de poussée supérieure. C'est pourquoi les actionneurs à vis à billes sont parfaitement adaptés aux applications exigeant un positionnement précis de charges lourdes et volumineuses. La lubrification périodique de la vis à billes peut s'avérer nécessaire selon la conception de l'actionneur.

Une comparaison plus poussée entre les deux types d'actionneurs révèle d'autres inconvénients pour l'actionneur à courroie, malgré sa simplicité et son efficacité. Des courroies nettement plus épaisses sont nécessaires pour des charges/poussées plus élevées. Les courroies sont également sensibles aux chocs, bien que ce problème puisse être atténué par une sélection rigoureuse des matériaux, privilégiant la résistance au détriment de l'élasticité. De plus, la sensibilité de la courroie à l'allongement confère généralement aux actionneurs à vis à billes une précision de positionnement supérieure à celle des actionneurs à courroie. C'est pourquoi les actionneurs à vis à billes sont privilégiés pour les applications exigeant une fiabilité et une répétabilité élevées sur de longues périodes. Ils constituent le choix idéal pour les applications nécessitant une forte accélération et une poussée importante, car la poulie d'entraînement par courroie est susceptible de glisser au niveau du rotor sous de telles contraintes répétées.

En conclusion, les actionneurs à vis à billes sont le meilleur choix pour les applications exigeant des forces de charge et/ou de poussée élevées, ainsi qu'un positionnement de haute précision. Cependant, grâce à leur rendement élevé et leur simplicité, les actionneurs à courroie restent la meilleure option pour les applications à faibles charges, notamment lorsque des vitesses élevées sont nécessaires. Les actionneurs à courroie peuvent également constituer une solution économique pour les applications à grande course. Bien que le choix entre actionneurs mécaniques à courroie et à vis à billes puisse paraître complexe, les avantages et les inconvénients de chaque conception permettent, de prime abord, de faire un choix éclairé pour chaque application spécifique.