En matière d'actionneurs linéaires, les dispositifs électromécaniques s'imposent de plus en plus par rapport à leurs homologues pneumatiques en raison de leur vitesse, de leur précision et de leur taille.

Ces dernières années, les responsables d'usines et d'entreprises ont exprimé un besoin croissant d'actionneurs électriques à tige et de moins en moins d'actionneurs pneumatiques dans les équipements d'automatisation industrielle. Plusieurs facteurs expliquent cette transition, notamment le besoin croissant de :

• Améliorez les performances de vos machines grâce à des actionneurs électromécaniques capables d'une précision accrue.
• Réduisez la taille des équipements grâce à des actionneurs électromécaniques qui nécessitent seulement un quart de l'espace nécessaire pour fournir la même poussée que les actionneurs pneumatiques.
• L'énergie est utilisée 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 les coûts de maintenance et le coût total de possession, car les actionneurs électromécaniques utilisent moins de composants, ne nécessitent pas de compresseurs et ne souffrent 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 adaptés parmi les nombreuses marques disponibles. Bien que les spécifications de poussée fondamentales puissent être similaires, des différences importantes existent en matière de performances sur l'ensemble du cycle de vie, de facilité de maintenance et de résistance aux conditions environnementales.

En règle générale, plus le diamètre de la vis à billes est grand, plus le potentiel de poussée est élevé. Cependant, pour y parvenir, il est indispensable d'assembler correctement la butée axiale et tous les points de fixation, notamment le tube d'extension, l'écrou à billes interne, le logement de la butée et le logement 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 durée de vie de 2 000 km, tandis que l'autre pourrait atteindre 8 000 km. La différence réside dans la qualité de l'assemblage de la vis à billes et des autres composants.

De plus, les diamètres plus importants des vis à billes étant corrélés au coût et à l'encombrement, un assemblage adéquat de la vis à billes et des autres composants permet de réduire ces deux facteurs. Pour répondre à une exigence d'application de 3 200 N de force, un fournisseur pourrait utiliser une vis à billes de 20 mm de diamètre, tandis qu'un autre, avec des composants correctement assemblés, pourrait obtenir la même poussée avec une vis de 12 mm de diamètre. Ainsi, la taille de cette dernière vis à billes peut être réduite sans compromettre les performances.

L'accouplement correct des vis à billes avec les autres composants influe considérablement sur la durée de vie de l'actionneur. Conjugué à la conception du porte-vis, ce facteur a un impact majeur sur la précision et la capacité de charge. Un autre objectif de la conception des actionneurs est de réduire le jeu radial et latéral. Parmi les facteurs influant sur ce jeu figurent le diamètre du porte-vis, la surface de contact et l'utilisation de supports. Un porte-vis plus large, par exemple, supporte des charges radiales externes plus importantes en maximisant la surface de contact en cas de charge latérale. La capacité des actionneurs électriques à supporter des charges latérales améliore leurs performances, leur précision et leur compacité, les rendant inaccessibles aux actionneurs pneumatiques ou hydrauliques.

Bien que l'augmentation de la surface d'appui améliore la capacité de charge radiale et latérale, elle ne garantit pas nécessairement la stabilité. Ce problème est souvent résolu en enclenchant 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 modèles utilisent une ou deux rainures, limitant ainsi le jeu, mais des cliquetis peuvent apparaître avec le temps. L'utilisation de quatre pieds au lieu de deux, en revanche, réduit l'usure et le bruit, offrant une protection anti-rotationnelle plus efficace et durable. De plus, ces pieds supplémentaires assurent un retour fluide et sans frottement, réduisant encore le jeu dû à l'usure.

De plus, la courbure des pattes du support vers l'extérieur crée une précharge radiale, réduisant ainsi le jeu dans le tube de poussée. Elle centre également le corps du support et l'écrou à billes, éliminant le besoin de caler le support sur l'extrusion et compensant l'usure au fil du temps. Un alignement parfait réduit la fréquence d'étalonnage de l'actionneur pour un couple de ralenti constant.

Des tolérances serrées sont essentielles pour limiter l'usure et réduire le bruit. Cependant, en l'absence totale d'entrefer, la pression augmente lorsque les actionneurs fonctionnent à haute vitesse. Ceci provoque une surchauffe, contribuant à des problèmes de lubrification et à d'autres problèmes de durabilité. Pour y remédier, deux des ergots mâles situés sur les pattes du support sont positionnés plus bas que les deux autres ; c'est l'approche adoptée par Thomson pour nombre de ses actionneurs. Ceci crée un entrefer suffisant pour empêcher l'accumulation de pression. Comme illustré ci-dessus, deux des ergots mâles, orthogonalement situés sur les pattes du support, sont plus bas que les deux autres.

maintenabilité

La facilité d'entretien influe sur la durée de vie et contribue à l'amélioration de la productivité. Les actionneurs électromécaniques diffèrent par leur lubrification et la gestion de leur moteur. La plupart des actionneurs se rétractent pour exposer partiellement les pièces (60 à 70 %) afin de faciliter la lubrification. Les techniciens retirent les capuchons, repèrent les pièces à lubrifier, ajoutent de la graisse et peuvent être amenés à répéter l'opération.

Une meilleure solution consiste toutefois à déployer ou à rétracter complètement le tube, exposant ainsi tous les composants au maximum. Ceci permet aux entreprises d'utiliser une lubrification automatisée. De plus, l'utilisation d'un graisseur élimine la nécessité de retirer le bouchon, simplifiant davantage la maintenance.

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

Cependant, si l'actionneur est fourni avec une solution parallèle pré-assemblée, la courroie peut être pré-tendue lors du montage, ce qui évite de multiples réglages de tension : le moteur peut être fixé et opérationnel en seulement trois étapes. Pour un montage en ligne, les avantages d'une solution pré-assemblée sont similaires, bien que moins marqués.

De plus, l'utilisation de paliers à enjambement élimine tout risque de désalignement. Elle protège également l'arbre moteur des charges radiales, ce qui réduit le bruit et prolonge la durée de vie de l'actionneur.

Résistance environnementale

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

Les profils à surfaces lisses sont plus propres que les surfaces rainurées car ils n'accumulent ni poussière ni liquides. Ils sont donc plus adaptés aux environnements difficiles nécessitant des nettoyages fréquents. Cependant, un aspect lisse peut présenter un inconvénient : pour les applications nécessitant la fixation de capteurs, un accessoire en plastique supplémentaire peut s'avérer nécessaire.

La résistance aux intempéries dépend également de la composition du matériau 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.

Un indicateur clé de la résistance aux agressions environnementales est l'indice de protection (IP). 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, quelle que soit leur direction, comme ceux rencontrés lors des opérations de nettoyage dans l'industrie agroalimentaire. Seuls quelques actionneurs électriques répondent à ce critère, mais il est essentiel en milieu corrosif. Un indice IP de 54 offre une certaine protection contre les projections d'eau et une protection partielle contre la poussière, ce qui le rend acceptable pour certaines applications de nettoyage, mais pas en présence de pression. Un indice IP de 40, courant pour les actionneurs linéaires, signifie qu'il n'existe aucune protection contre la poussière ni les liquides.

Un indice de protection IP plus élevé dépend principalement de l'utilisation de joints d'étanchéité 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 s'étendre jusqu'au moteur, et non s'arrêter à la plaque de montage.

La prochaine génération de contrôle de mouvement

Face à la demande croissante du marché pour une productivité accrue, des temps de changement de production plus courts, une fiabilité renforcée, des économies d'énergie plus importantes et des 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 exigeant une commande de mouvement sophistiquée, les actionneurs électromécaniques constituent pratiquement la seule alternative. Mais même pour des tâches de mouvement linéaire simples, les concepteurs et les utilisateurs de systèmes de commande de mouvement privilégient l'actionnement électrique en raison d'une maintenance réduite et/ou simplifiée, d'économies d'énergie accrues et d'un fonctionnement plus propre.

Des avantages encore plus importants sont possibles en comparant attentivement différentes marques d'actionneurs électriques. Il est essentiel d'interpréter la « capacité de charge » en tenant compte de la durée de vie annoncée du système et des contraintes d'encombrement. Des compromis sont à prévoir dans ces domaines. La conception du support influe sur la précision ainsi que sur les capacités de charge latérale et rotative ; il convient donc d'examiner attentivement la manière dont le support est fixé dans le canal, ainsi que la forme et les dimensions des mécanismes de guidage.

Des mécanismes et des pièces améliorés, comme les pieds de support et leur conception incurvée pour une meilleure adhérence, optimiseront la précision et la résistance à l'usure. Le profil extérieur approprié, le choix des matériaux et la stratégie d'étanchéité sont des facteurs clés pour la résistance aux intempéries. Les profils plus lisses, l'acier inoxydable et les indices de protection IP élevés offrent généralement la meilleure protection.