Par le passé, le défi des systèmes d'automatisation mécanique consistait à convertir avec succès le mouvement rotatif des moteurs électriques ou mécaniques en mouvements linéaires. Le système de convoyeur à bande a constitué une avancée majeure à cet égard, l'une des premières applications concrètes de la conversion du mouvement rotatif au mouvement linéaire en environnement de production. Ces systèmes permettent de transporter une grande variété de matières premières et de pièces avec une efficacité bien supérieure à celle obtenue auparavant par l'utilisation de forces mécaniques brutes, et sont extrêmement utiles en production.

Aujourd'hui, d'importants travaux d'ingénierie dans le domaine de la conversion de mouvements rotatifs ont permis de créer une gamme diversifiée d'actionneurs mécaniques linéaires, utiles pour un large éventail d'applications d'automatisation avancées. Le défi consiste à sélectionner l'actionneur adapté à la fonctionnalité souhaitée, qu'il s'agisse simplement du déplacement de matières premières dans un environnement de production ou de la construction de systèmes de mouvement plus avancés destinés à positionner des outils avec précision.

Pour sélectionner l'actionneur mécanique linéaire approprié, il est important de prendre en compte certains facteurs importants, tels que la capacité de charge souhaitée, ou force de poussée, et la course nécessaire. Bien que ces facteurs soient essentiels, d'autres, comme la charge 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. Ces deux types sont utilisés dans des applications similaires, mais leurs fonctions diffèrent considérablement. Chaque type possède des atouts et des limites spécifiques qui doivent être soigneusement pris en compte lors du choix d'un actionneur.

Actionneurs à courroie

L'actionneur à courroie fonctionne selon le même principe que le système de convoyeur à bande. La transmission par courroie transforme le mouvement rotatif en mouvement linéaire grâce à une courroie crantée reliée à deux poulies circulaires. La courroie crantée est généralement fabriquée en élastomère renforcé de fibres, mais de nombreux autres matériaux sont disponibles pour des applications plus exigeantes. La courroie est dotée de dents qui interagissent avec les poulies du rotor pour transférer efficacement le couple et éviter le glissement. La transmission par courroie est enfermée dans un corps en aluminium, surmonté du chariot, et 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 constitue une amélioration par rapport à un système à vis mère. Dans les actionneurs à vis à billes, la rotation de la vis entraîne l'écrou à billes/le chariot monté grâce à l'interface entre le goujon et la vis à billes, constituée essentiellement de billes en acier trempé, roulant sur le chemin de roulement du goujon. À l'instar de l'actionneur à courroie, les composants d'entraînement de l'actionneur à vis à billes sont enfermés dans un corps en aluminium, le chariot se déplaçant au-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.

Forces et limites de chacun

Les actionneurs à courroie sont généralement privilégiés pour les applications nécessitant de longues courses, ce qui permet d'obtenir un rendement plus élevé qu'avec un actionneur à vis à billes de longueur similaire. De plus, l'actionneur à courroie est généralement plus efficace, car il comporte moins de pièces mobiles critiques, ce qui réduit la main-d'œuvre nécessaire à la maintenance. Malgré cela, une tension adéquate de la courroie est essentielle pour assurer un transfert de couple correct, et un raffermissement de la courroie lors des entretiens périodiques est généralement nécessaire.

Par ailleurs, la vis à billes ressemble beaucoup à un système de roulement à billes et peut donc supporter des charges plus élevées et produire une force de poussée plus importante. C'est pourquoi les actionneurs à vis à billes sont idéaux pour les applications où le positionnement de charges lourdes et importantes peut être requis avec une grande précision. Une lubrification périodique de la vis à billes peut être nécessaire selon la conception de l'actionneur.

Une comparaison plus approfondie entre les deux types d'actionneurs révèle des inconvénients supplémentaires pour l'actionneur à courroie, malgré sa simplicité et son efficacité. Des courroies nettement plus épaisses sont nécessaires pour des charges et des poussées plus élevées. Les courroies sont également sensibles aux chocs, bien que ce problème puisse être atténué dans une certaine mesure par une sélection rigoureuse des matériaux, qui peuvent augmenter la résistance au détriment de l'élasticité. De plus, en raison de la vulnérabilité de la courroie à l'allongement, la précision de positionnement des actionneurs à vis à billes tend à être supérieure à celle des actionneurs à courroie. De ce fait, les actionneurs à vis à billes sont privilégiés pour les applications exigeant une fiabilité et une répétabilité élevées sur de longues périodes. Les actionneurs à vis à billes sont le choix privilégié pour les fortes accélérations et les fortes poussées, car la poulie d'entraînement de la courroie est susceptible de patiner au niveau du rotor sous de telles sollicitations répétées.

En conclusion, les actionneurs à vis à billes constituent le meilleur choix pour les applications nécessitant des charges et/ou des forces de poussée élevées, ainsi qu'un positionnement très précis. Cependant, grâce à leur rendement élevé et à leur simplicité, les actionneurs à courroie restent la meilleure option pour les applications à faibles charges, notamment celles nécessitant des vitesses élevées. 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 points forts et les points faibles de chaque conception offrent, à première vue, des choix clairs pour chaque application.