Entraînement linéaire - Conversion de la rotation en translation

Un entraînement linéaire convertit les mouvements de rotation en mouvements linéaires et vice versa. Les actionneurs linéaires sont des composants clés pour la commande du mouvement dans de nombreux systèmes mécaniques et l’ingénierie mécanique. Cette conversion est souvent nécessaire pour transformer la puissance et le mouvement générés par les moteurs et autres équipements rotatifs en mouvement linéaire. Le variateur peut être fabriqué industriellement avec des moteurs ou manuellement. Cet article présente des concepts couramment utilisés et répertorie les critères de conception. Enfin, nous explorerons des exemples d’applications en ingénierie mécanique.

Entraînement linéaire - Conversion du mouvement rotatif en mouvement linéaire

L’ingénierie mécanique repose sur divers principes pour convertir un mouvement rotatif en mouvement linéaire. L’efficacité des moteurs dans les environnements industriels est élevée et peut être convertie en mouvements linéaires par différents mécanismes. La rotation du moteur peut être utilisée pour la rotation ou la translation.

Les principes les plus courants sont les suivants :

• Mécanisme de manivelle coulissante
• Entraînement par broche filetée
• Transmission à came
• Mécanisme excentrique

Le mécanisme de manivelle coulissante se compose d’une manivelle entraînée, d’un accouplement (également appelé bielle) pour le transfert de puissance et d’un curseur à guidage linéaire. L’entraînement est alimenté par un mouvement de rotation qui fait tourner le vilebrequin et donc la manivelle. La bielle a une tringlerie rotative aux deux extrémités. Le curseur ne peut être déplacé que de manière translationnelle. Le mouvement contraint de la manivelle et du curseur crée une transmission qui génère une translation à partir de la rotation.

• 1 Broche filetée
• 2 Écrou fileté à billes avec bride
• 3 Roulement
• 4 Chariot
• 5 Moteur avec boîte de vitesses
• 6 Broche filetée trapézoïdale
• 7 Écrou d’entraînement fileté (coupe transversale)

L’entraînement de la broche filetée est un système d’engrenage à vis composé d’une broche filetée rotative et d’un chariot à guidage linéaire. La broche filetée est entraînée par un moteur et le pas de la broche filetée entraîne le déplacement translationnel du chariot. Le mouvement guidé et la translation définie et uniforme permettent un mouvement très précis et facile à contrôler.

Les entraînements par broche filetée et autres systèmes à vis sont souvent alimentés à la main pour ajuster les objets.

Les transmissions à came sont des transmissions non uniformes. Le mouvement rotatif est converti par une géométrie de transmission motorisée, définissant la géométrie de la transmission (par exemple, un disque à came) et un scanner. Le scanner est guidé linéairement.

Les transmissions à came sont classées par méthode de verrouillage, entre autres. Elles se distinguent par le verrouillage par friction et l’interverrouillage.

• Les transmissions à verrouillage par friction sont plus faciles et moins coûteuses à fabriquer, mais elles sont moins efficaces et peuvent être détruites par des résonances.
• Les solutions techniques de verrouillage sont plus coûteuses à fabriquer en raison de la surface de guidage et de la précision supplémentaires. Ces transmissions nécessitent donc généralement plus d’espace.

Le mécanisme excentrique se compose d’un disque de commande construit avec une excentricité (décalage par rapport à l’axe de rotation) et d’une bielle. Le mécanisme excentrique est un engrenage de couplage et agit comme la manivelle coulissante. Le disque de commande est la manivelle. La conception permet souvent un espace d’installation plus réduit et offre des propriétés de fonctionnement plus douces en raison de masses plus élevées.

Les variateurs avec mouvements rotatifs peuvent également suivre d’autres principes

Les variateurs avec mouvements rotatifs peuvent également suivre d’autres principes. En principe, les convoyeurs à bande et les entraînements de traction transforment également la rotation en translation. Cependant, ces implémentations ne sont pas adaptées à la traduction en rotation et ne sont donc pas envisagées plus avant.

Critères de conception des entraînements linéaires

La conception des entraînements linéaires varie en fonction des mécanismes employés. En principe, les entraînements linéaires sont des transmissions qui convertissent un rapport d’engrenage du mouvement rotatif à la translation.

• Course : En plus du variateur, l’amplitude de mouvement translationnel est la principale caractéristique d’un entraînement linéaire. La course résulte de la géométrie du rapport de vitesse. La vitesse de translation et l’uniformité du mouvement dépendent de la géométrie et de la vitesse de rotation du variateur. La synthèse de l’entraînement linéaire est également influencée par le poids et l’inertie, car les mouvements linéaires fonctionnent généralement avec des changements directionnels à la fin de la course.
• Entraînement : L’entraînement est alimenté par une rotation, généralement initiée en ingénierie mécanique par un moteur électrique, qui fournit le couple et la vitesse de rotation. Ce point de fonctionnement peut être modifié avec une boîte de vitesses ou un régulateur de vitesse rotatif. Lors de la sélection du variateur, il convient également de noter si certaines circonstances ou le principe imposent que le variateur soit capable de modifier le sens de rotation. Les changements de vitesse de rotation dus à divers points de fonctionnement ou mouvements inégaux pendant la synthèse doivent également être observés en tenant compte de l’inertie de masse du système.
• Conditions limites : Les conditions environnementales doivent également être prises en compte lors de la sélection des actionneurs linéaires. L’espace d’installation est déterminé par l’environnement et la périphérie et peut exclure certains principes. Le poids peut également jouer un rôle clé à ce stade.

Exemples d’application pour les variateurs linéaires en ingénierie mécanique

L’application des actionneurs linéaires en génie mécanique est diversifiée et plusieurs modes de réalisation peuvent souvent être mis en œuvre pour une seule application. Exemples de mouvement linéaire en ingénierie mécanique :

• Systèmes de tri : Une manivelle de poussée se déplace perpendiculairement à une bande transporteuse et pousse les composants vers le bas depuis la bande transporteuse vers le côté.
• Imprimantes 3D : Les imprimantes 3D industrielles utilisent des actionneurs linéaires pour le positionnement.
• Fraiseuse : Le système de commande de mouvement d’une machine CNC est formé par une broche filetée par axe.
• Étiquetage : Les transmissions à came ou les patins permettent d’étiqueter les bouteilles en ingénierie médicale ou en ingénierie d’emballage général.
• Robotique : Dans les environnements industriels, les robots utilisent des vis à billes pour obtenir un mouvement précis et à faible frottement avec des forces d’action importantes.
• Ajustement : Les transmissions par vis, telles que les entraînements par broches filetées, sont utilisées pour verrouiller les composants dans les fixations.

Lors de la synthèse d’un entraînement linéaire, tel qu’une manivelle coulissante, l’atelier MISUMI dispose des bons connecteurs, tels que des axes de charnière et des blocs de palier de charnière, pour soutenir les mouvements de rotation, ainsi que des bras articulés, des bielles et des roulements à rotule pour concevoir le rapport d’engrenage.

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