En physique classique, on distingue quatre types de mouvements fondamentaux : linéaire, rotatif, alternatif et oscillatoire. Appliqués aux dispositifs mécaniques, ces phénomènes physiques naturels transforment le mouvement en force. Cette force, ou puissance, est ensuite utilisée pour générer un mouvement de sortie, qui actionne l’équipement ou la machine. En automatisation industrielle, nous utilisons une grande variété d’équipements exploitant ces différents types de systèmes de mouvement, généralement rotatifs ou linéaires, mais parfois une combinaison des deux.

Mouvement linéaire

Le mouvement linéaire est la forme de mouvement la plus simple et la plus fondamentale. Il se caractérise par un changement de position dans une seule direction. Imaginez une personne marchant, nageant ou courant en ligne droite, ou un objet mécanique comme un véhicule se déplaçant sur une voie rectiligne. Un système de mouvement linéaire repose sur un mécanisme qui déplace une charge le long d'un seul axe. En pneumatique, les charges sont entraînées en ligne droite par des dispositifs tels que des moteurs linéaires, des glissières, des actionneurs ou des vis à billes. Ce type de système de mouvement est très courant dans des applications comme la manutention, l'usinage CNC, l'emballage, la palettisation et la robotique.

Types d'entraînement linéaire

Diverses technologies d'entraînement utilisent le mouvement linéaire, chacune présentant ses propres avantages.

1. Moteurs linéairesIls génèrent un mouvement linéaire direct. Ils peuvent accélérer rapidement à des vitesses élevées et ne nécessitent aucune conversion mécanique. Ils sont parfaitement adaptés aux applications de prélèvement et de placement.

2. Guides linéairesLes guidages à rouleaux ou à rails, par exemple, assurent un mouvement linéaire fluide et à faible friction. Ils sont fréquemment utilisés dans l'automatisation et les machines-outils pour supporter des charges importantes.

3. Vis à billesIls convertissent les mouvements rotatifs en mouvements linéaires. Extrêmement précis et efficaces, ils sont largement utilisés en robotique et dans des applications telles que les machines à commande numérique (CNC).

4. Systèmes à crémaillèreCes systèmes d'entraînement offrent une capacité de force élevée et de grandes courses grâce à l'utilisation d'engrenages qui transforment le mouvement rotatif en mouvement linéaire. On les retrouve notamment dans les portiques et les machines de grande taille.

mouvement rotatif

La forme la plus élémentaire de mouvement rotatif est la roue, où un élément tourne ou pivote dans un sens ou dans l'autre autour d'un axe central. Ce mouvement peut être spontané, comme une tornade ou la rotation de la Terre, mais dans les systèmes automatisés, il est produit par des actionneurs rotatifs, des systèmes à engrenages ou des plateaux tournants.

Un actionneur rotatif génère de la puissance dans un rayon qui peut correspondre à un angle partiel d'un cercle ou à une révolution complète et continue. Parmi les applications utilisant des systèmes de mouvement rotatif, on peut citer les turbines produisant de l'énergie à partir du vent, de l'eau ou de la vapeur, les broches de machines-outils, les outils de perçage ou de rectification, les articulations de robots et les tables d'indexage.

Types d'entraînement rotatif

Les dispositifs rotatifs sont classés selon leur source d'énergie, notamment manuelle, électrique ou à fluide (hydraulique ou pneumatique).

1. Transmissions manuellesUn système d'engrenages, généralement une roue actionnée manuellement, crée un mouvement de rotation qui transmet l'énergie de rotation à l'élément d'actionnement. Le couple mécanique ainsi généré réduit l'effort nécessaire au déplacement d'une charge importante.

2. Entraînements rotatifs électriquesCes moteurs fonctionnent généralement grâce à un système d'engrenages. Ils sont généralement réversibles et peuvent générer une rotation angulaire ou une oscillation. Un contrôleur électrique régule le courant d'entrée du moteur, ce qui permet de faire varier son accélération et sa vitesse.

3. Entraînements rotatifs à fluideOn utilise de l'air comprimé ou un fluide pour générer un mouvement. Il existe de nombreuses méthodes pour y parvenir, notamment celles utilisant un système d'engrenages à crémaillère, la pression sur une palette ou un diaphragme, ou encore un système de piston et d'accouplement rotatif appelé joug écossais.

Systèmes de mouvement combinés

Les tâches plus complexes nécessitent un système combinant différents types de mouvements, le plus souvent linéaires et rotatifs. On les retrouve dans des applications telles que les opérations de prélèvement et de placement et la robotique, où ils sont utilisés pour différents types de robots et certains bras robotisés. On observe également des avancées technologiques dans les solutions de contrôle de mouvements multi-axes et de programmation électronique complexe.

Entraînements à mouvement combiné

Pour obtenir un mouvement précis avec des systèmes d'entraînement combinés, les principales solutions sont les engrenages, les transmissions par courroie et les vis à billes. Chaque solution présente ses propres avantages et inconvénients, notamment en termes de répétabilité, de vitesse de positionnement, de précision et de coût.

1. EngrenagesLes engrenages sont des dispositifs mécaniques qui transmettent un couple grâce à l'engrènement de dents. Les dents d'un engrenage s'engrènent avec celles d'un autre engrenage ou d'une transmission pour créer une force de rotation. Les engrenages sont généralement circulaires, avec une circonférence dentée, mais il est également possible de placer des dents sur le diamètre intérieur d'une roue dentée. Ces conceptions sont généralement utilisées dans des applications où l'espace et le poids sont des facteurs critiques et offrent un contrôle précis du couple et de la vitesse. Deux engrenages ou plus peuvent également fonctionner en séquence, formant un train d'engrenages, pour transmettre un mouvement de rotation, généralement entraîné par un moteur.

2. Transmissions par courroieLes transmissions par courroie sont généralement constituées d'une bande ou d'une courroie circulaire et flexible reliant deux poulies. Entraînées par un moteur, elles transmettent la puissance de rotation d'un point à un autre grâce à leur mouvement cyclique. Elles sont particulièrement adaptées aux applications nécessitant le déplacement d'énergie sur de longues distances, car elles sont plus légères, plus silencieuses, moins coûteuses et plus efficaces que les engrenages. On les retrouve le plus souvent dans les systèmes de convoyage et les courroies de distribution des moteurs.

3. Comme une vis à billes,Les vis-mères, ou vis de puissance, convertissent le mouvement de rotation d'une vis ou d'un écrou en mouvement linéaire. Grâce à leur filetage hélicoïdal, elles sont souvent appelées vis de translation. Disponibles dans une large gamme de tailles et de valeurs, elles permettent de déterminer le déplacement obtenu par tour de vis. Elles conviennent ainsi aussi bien aux entraînements exigeant une grande précision et une vitesse élevée, comme une tête de lecture de disque, qu'à ceux nécessitant une faible vitesse et un couple élevé, comme un étau d'établi. Les vis-mères sont également performantes pour les applications exigeant un transfert de charge important ou un mouvement précis et sont couramment utilisées en mécanique de loisir et en robotique.

Quel type de mouvement devez-vous choisir ?

Le type de système de mouvement que vous utilisez dépend principalement de votre application et de son environnement de travail. De quel espace disposez-vous ? Quelle distance devez-vous parcourir ? Parmi les autres facteurs à prendre en compte figurent la précision et la vitesse requises, ainsi que la force nécessaire à l’exécution de la tâche. Le choix d’un système de mouvement linéaire, rotatif ou combiné peut nécessiter des calculs complexes. En cas de doute ou si vous avez besoin d’aide, n’hésitez pas à contacter nos experts chez FUYU Motion.