En ce qui concerne les actionneurs linéaires, les dispositifs électromécaniques deviennent l’option de choix par rapport à leurs cousins ​​pneumatiques en raison de leur vitesse, de leur précision et de leur taille.

Ces dernières années, les dirigeants d'usines et d'entreprises ont exigé de plus en plus d'actionneurs électriques à tige et de moins en moins d'actionneurs pneumatiques dans leurs équipements d'automatisation industrielle. Plusieurs facteurs expliquent cette conversion, mais le plus important est le besoin croissant de :

• Améliorez les performances des machines avec des actionneurs électromécaniques capables d'une plus grande précision.
• Réduisez la taille des équipements avec des actionneurs électromécaniques qui ne nécessitent qu'environ un quart de l'espace pour fournir la même poussée que les actionneurs pneumatiques.
• Utilisez l'énergie plus efficacement, car les actionneurs électromécaniques n'ont pas besoin de compresseurs d'air fonctionnant 24h/24 et 7j/7 pour maintenir la pression.
• Réduisez la maintenance et le coût total de possession, car les actionneurs électromécaniques utilisent moins de composants, ne nécessitent pas de compresseurs et ne subissent pas de fuites d'air.

Une fois la décision prise de remplacer les actionneurs pneumatiques par des actionneurs électromécaniques, l'étape suivante consiste à sélectionner les actionneurs électromécaniques appropriés parmi les nombreuses marques. Bien que les spécifications de poussée fondamentales puissent être similaires, des différences significatives existent en termes de performances tout au long du cycle de vie, de facilité d'entretien et de résistance aux environnements.

En règle générale, plus le diamètre de la vis à billes est grand, plus le potentiel de poussée est important. Cependant, pour y parvenir, il est nécessaire d'assembler correctement la butée et tous les points de fixation, y compris le tube d'extension, l'écrou à billes intérieur, le boîtier de roulement et le boîtier du racleur. Dans le cas contraire, toute augmentation de la poussée se ferait au détriment de la durée de vie du système. Un composant trop fragile pour supporter sa charge s'usera beaucoup plus vite, voire sera endommagé.

On pourrait avoir deux actionneurs, chacun équipé d'une vis à billes de 16 mm et fournissant une poussée de 750 N. L'un, par exemple, pourrait avoir une course de 2 000 km, tandis que l'autre en offrirait 8 000. La différence réside dans la qualité de l'accouplement entre la vis à billes et les autres composants.

De plus, en raison du grand diamètre des vis à billes, qui entraîne un coût et un encombrement plus importants, un accouplement correct de la vis à billes et des autres composants réduit ces deux facteurs. Pour répondre à une exigence d'application de 3 200 N de force, un fournisseur peut utiliser une vis à billes de 20 mm de diamètre, tandis qu'un autre, disposant de composants correctement accouplés, peut obtenir la même poussée avec une vis de 12 mm de diamètre. Ainsi, cette dernière vis à billes peut être réduite sans compromettre les performances.

L'accouplement correct des vis à billes avec d'autres composants affecte considérablement la durée de vie de l'actionneur. Combinés à la conception du support, ces deux facteurs ont un impact majeur sur la précision et la capacité de charge. Un autre objectif de la conception de l'actionneur est de réduire le jeu radial et latéral. Les facteurs qui influencent ce jeu sont le diamètre du corps du support, la surface de contact et l'utilisation de pieds de support. Un corps de support plus grand, par exemple, supporte des charges radiales externes plus importantes en maximisant la surface de contact en cas de charge latérale. La possibilité de charger latéralement les actionneurs électriques améliore les performances, la précision et la compacité à un niveau impossible à atteindre avec des actionneurs pneumatiques ou hydrauliques.

Bien que l'optimisation des surfaces améliore la capacité de charge radiale et latérale, elle n'améliore pas nécessairement la stabilité. On y remédie souvent en verrouillant les pieds surélevés dans des rainures (trois sur l'image ci-dessus). Ces pieds de support réduisent les vibrations, sources de bruit et d'usure. La plupart des conceptions utilisent une ou deux de ces rainures, ce qui supprime un certain jeu, mais peut générer des cliquetis lorsque le système s'use. L'utilisation de quatre pieds au lieu de deux, en revanche, limite l'usure et le bruit, offrant une protection anti-rotation plus efficace et plus durable. De plus, les pieds supplémentaires assurent un retour sans frottement, réduisant ainsi le jeu dû à l'usure.

De plus, la courbure des pattes du support vers l'extérieur crée une précharge radiale, ce qui réduit le jeu dans le tube de poussée. Elle centre également le corps du support et l'écrou à billes, éliminant ainsi le besoin de caler le support sur l'extrusion et compensant l'usure tout au long de la durée de vie du dispositif. L'alignement parfait réduit le nombre de calages de l'actionneur pour un couple de ralenti constant.

Des tolérances serrées sont essentielles pour réduire l'usure et le bruit. Cependant, en l'absence totale d'entrefer, la pression s'accumule lorsque les actionneurs fonctionnent à grande vitesse. Cela provoque une surchauffe, contribuant ainsi à des problèmes de lubrification et à d'autres problèmes de durabilité. Pour résoudre ce problème, deux des clavettes mâles des pieds porteurs sont plus basses que les deux autres ; c'est la méthode adoptée par Thomson pour bon nombre de ses actionneurs. Cela crée un espace suffisant pour empêcher l'accumulation de pression. Comme le montre l'image ci-dessus, deux des clavettes mâles situées orthogonalement sur les pieds porteurs sont plus basses que les deux autres.

Maintenabilité

La facilité d'entretien influence les performances tout au long du cycle de vie et contribue aux gains de productivité. Les actionneurs électromécaniques diffèrent par leur lubrification et la gestion du moteur. La plupart des actionneurs se rétractent pour exposer partiellement les pièces de 60 à 70 % pour la lubrification. Les techniciens retirent les capuchons, localisent les pièces à lubrifier, ajoutent de la graisse et peuvent être amenés à répéter cette opération.

Une meilleure approche consiste toutefois à étendre ou rétracter complètement le tube, révélant ainsi tous les composants pour une exposition maximale. Cela permet aux entreprises d'utiliser la lubrification automatisée. De plus, l'utilisation d'un graisseur élimine le retrait du bouchon, simplifiant ainsi la maintenance.

La maintenance peut également être accélérée en éliminant le temps nécessaire à l'accouplement du moteur à l'actionneur mécanique. Le montage traditionnel du moteur en configuration parallèle prend entre 20 et 25 minutes. Une fois le moteur monté, un technicien doit utiliser divers outils pour régler la tension et l'alignement de la courroie. Cette opération nécessite au moins 12 étapes.

Cependant, si l'actionneur est livré avec une solution parallèle préassemblée, la courroie peut être pré-tendue lors du montage, éliminant ainsi les réglages de tension en plusieurs étapes ; le moteur peut être boulonné et utilisé en seulement trois étapes. Pour un montage en ligne, les avantages d'une solution préassemblée sont similaires, mais moins importants.

De plus, l'utilisation de roulements à montage en chevauchement élimine le risque de désalignement. Elle protège également l'arbre du moteur des charges radiales, ce qui réduit le bruit et prolonge la durée de vie de l'actionneur.

Résistance environnementale

Les actionneurs électromécaniques se distinguent par leur capacité à résister aux conditions difficiles, à l'environnement et aux lavages fréquents à haute pression. Cela dépend du profil extérieur, du choix des matériaux et des méthodes d'étanchéité.

Les profilés à surface lisse sont plus propres que les surfaces rainurées, car ils n'accumulent ni poussière ni fluides. Ils sont donc plus adaptés aux environnements difficiles nécessitant des lavages fréquents. Un extérieur lisse peut toutefois présenter un inconvénient. Pour les applications nécessitant la fixation de capteurs, un accessoire en plastique supplémentaire peut être nécessaire.

La résistance à l'environnement dépend également de la composition du tube d'extension. La plupart des systèmes utilisent de l'acier chromé, mais l'acier inoxydable est un bien meilleur choix pour les environnements difficiles.

L'indice de protection IP (Ingress Protection) est un indicateur clé de la résistance à l'environnement. Un indice IP de 65, par exemple, signifie que l'appareil est étanche à la poussière et protégé contre les jets d'eau à basse pression provenant de toutes les directions, comme c'est le cas lors des opérations de lavage dans l'industrie agroalimentaire. Seuls quelques actionneurs électriques atteignent cet indice, mais il est essentiel dans les environnements corrosifs. Un indice IP de 54 offre une certaine protection contre les projections d'eau et une protection inférieure à 100 % contre la poussière, ce qui le rend acceptable pour certaines applications de lavage, mais pas en cas de pression. Un indice IP de 40, courant pour les actionneurs linéaires, implique l'absence de protection contre la poussière ou les liquides.

Des indices IP plus élevés dépendent principalement de l'utilisation de joints de meilleure qualité. Thomson, par exemple, scelle chaque compartiment, y compris les supports moteur, de ses actionneurs électromécaniques. Tous les joints doivent également être étanches et remonter jusqu'au moteur plutôt que de s'arrêter à la plaque de montage.

La nouvelle génération de contrôle de mouvement

Face à la demande croissante du marché en matière de productivité, de temps de changement de production plus courts, de fiabilité accrue, d'économies d'énergie accrues et de coûts de maintenance et d'exploitation réduits, de plus en plus de concepteurs et d'utilisateurs finaux privilégient les actionneurs électromécaniques aux actionneurs pneumatiques. Pour les machines nécessitant un contrôle de mouvement sophistiqué, les actionneurs électromécaniques constituent pratiquement la seule alternative. Mais même pour les tâches de mouvement linéaire simples, les concepteurs et les utilisateurs de systèmes de contrôle de mouvement privilégient l'actionnement électrique en raison de sa maintenance réduite et/ou simplifiée, de ses économies d'énergie accrues et de son fonctionnement plus propre.

Des avantages encore plus importants sont possibles en comparant soigneusement les différentes marques d'actionneurs électriques. La « capacité de charge » doit toujours être interprétée en fonction de la durée de vie annoncée du système et des exigences d'espace. De réels compromis existent dans ces domaines. La conception du support affecte la précision ainsi que les capacités de charge latérale et rotative. Il est donc important d'être attentif à la manière dont le support est fixé dans le canal, ainsi qu'à la forme et à la taille des mécanismes de guidage.

Des mécanismes et des pièces améliorés, tels que des pieds de support et des conceptions de pieds courbés pour une meilleure préhension, amélioreront la précision et la résistance à l'usure. Un profil extérieur, des matériaux et une stratégie d'étanchéité adaptés sont des facteurs clés de la résistance aux intempéries. Des profils plus lisses, des matériaux en acier inoxydable et des indices IP plus élevés offrent généralement la meilleure protection.