Dans les systèmes linéaires, le jeu et l’hystérésis sont souvent considérés comme le même phénomène. Mais même s’ils contribuent tous deux à la perte de mouvement, leurs causes et leurs méthodes de fonctionnement sont différentes.
Backlash : l’ennemi des systèmes linéaires

Le jeu est provoqué par le jeu entre les pièces en contact, qui introduit une bande morte lorsque le sens de déplacement est inversé. Dans la zone morte, aucun mouvement ne se produit jusqu'à ce que le jeu entre les pièces en contact soit éliminé.

Les composants qui subissent généralement un jeu comprennent les vis à billes, les vis mères, les systèmes de courroies et de poulies et les engrenages. Dans les systèmes de roulements à recirculation, l'application d'une précharge peut réduire ou éliminer le jeu en supprimant le jeu entre les billes (ou les rouleaux) et les chemins de roulement. Certains systèmes sans recirculation utilisent des méthodes alternatives, telles que des ressorts ou des écrous de vis spécialement conçus, pour réduire ou éliminer le jeu.

Ou est-ce ?

Bien que le jeu soit généralement considéré comme une caractéristique négative des systèmes mécaniques, il n’est pas toujours préjudiciable. Premièrement, produire des composants totalement sans jeu est coûteux et, dans la plupart des cas, peu pratique. Et les méthodes de réduction du jeu augmentent inévitablement la friction et l’usure. Si un certain jeu peut être toléré dans l'application, les composants disponibles seront moins chers, plus facilement disponibles et, dans de nombreux cas, auront une durée de vie plus longue. Dans les engrenages et les boîtes de vitesses, un certain jeu est nécessaire pour permettre aux engrenages de s'engrener sans trop solliciter les dents des engrenages et sans augmenter la friction.
Qu’est-ce que l’hystérésis ?

L'hystérésis est le plus souvent associée aux systèmes magnétiques et se manifeste dans les moteurs électriques par une perte d'hystérésis. En termes simples, l'hystérésis est la relation entre la réaction d'un matériau à une charge initiale (ou force magnétisante) et la récupération du matériau une fois la charge (ou force magnétisante) supprimée. Par exemple, lorsque le fer est magnétisé par un champ externe, la magnétisation du fer est en retard sur la force magnétisante. Lorsque la force magnétisante est supprimée, le fer conserve une certaine quantité de magnétisme. En d’autres termes, le fer ne retrouve pas complètement son état non magnétisé à moins qu’une force magnétisante opposée ne soit appliquée.

Dans les systèmes mécaniques, l'hystérésis est liée à l'élasticité d'un matériau. Par exemple, lorsque les billes d'acier dans un écrou à bille se déplacent de la zone non porteuse vers la zone porteuse, les forces qu'elles subissent augmentent, les faisant se déformer légèrement. Mais en raison des propriétés élastiques de l'acier, les billes ne reprennent pas complètement leur forme initiale lorsqu'elles reviennent dans la zone non porteuse de l'écrou. Cette déformation microscopique persistante est due à l'hystérésis.

L'hystérésis affecte également le comportement des arbres de transmission dans les systèmes mécaniques. Lorsqu'un couple (une force de torsion) est appliqué à un arbre, il produit une contrainte interne et fait changer de forme l'arbre. Ce changement de forme est appelé déformation (ou déformation de torsion, dans le cas d'un chargement de torsion). Dans les matériaux parfaitement élastiques, la relation entre contrainte et déformation est linéaire. Mais peu de matériaux sont parfaitement élastiques, et l’inélasticité des matériaux leur confère une courbe contrainte-déformation non linéaire. Ce comportement non linéaire lorsque les forces augmentent et diminuent est appelé hystérésis.
Quand l’hystérésis est-elle importante dans les systèmes linéaires ?

Dans toutes les étapes mécaniques, sauf celles de la plus haute précision, l'hystérésis a un effet négligeable sur la précision et la répétabilité du positionnement et, dans la plupart des cas, les effets du jeu dépassent largement ceux de l'hystérésis. Cependant, les actionneurs piézoélectriques, qui dépendent de la contrainte du matériau pour produire un mouvement, peuvent subir une hystérésis de 10 à 15 % du mouvement commandé. Le fonctionnement d'actionneurs piézoélectriques dans un système en boucle fermée peut réduire ou éliminer les effets d'hystérésis.