Vis à billes - fonction/structure/types/classes de précision

Les vis à billes sont fabriquées conformément aux critères de sélection et aux spécifications de la norme DIN ISO 3408 ou JIS B 1192, etc.

Les vis à billes sont des composants de haute précision utilisés dans diverses applications pour convertir le mouvement rotatif en mouvement linéaire. Les domaines d’application des vis à billes sont vastes et comprennent des domaines tels que les machines CNC, les imprimantes 3D, la robotique, les machines-outils et de nombreuses autres applications industrielles.

Styles de vis-mères

Il existe différentes versions de vis-mères. Elles diffèrent, par exemple, comme suit :

• Par principe de conception (vis-mère rotative, fixe), guide linéaire de l'écrou
• Par retour de bille (intérieur ou extérieur)
• Démarrage à gauche ou à droite
• Simple ou multiple
• Précision : Entraînement par vis de transport ou de positionnement

Vis à billes simples

Les vis à billes simples se composent d'une vis-mère simple avec un écrou fileté à billes. Elles sont largement utilisées dans l’industrie et sont principalement utilisées dans des applications à faibles charges et à grande vitesse.

Vis à billes multiples

Contrairement aux vis à billes simples, les vis à billes multiples se composent d’un écrou de rotation à billes avec plusieurs rangées de billes. Les rangées supplémentaires de billes conduisent à une capacité de charge et une rigidité plus élevées et sont souvent utilisées dans des applications lourdes.

Avec guides linéaires

Un entraînement par vis à billes avec un guide linéaire comporte un ou plusieurs rails de guidage sur lesquels coulisse l'écrou à billes (qui transporte le chariot ou la charge). Le rail de guidage a pour fonction de guider et de soutenir le mouvement linéaire et d’obtenir précision et stabilité. Avantages : une grande précision, la répétabilité et la rigidité. Les vis à billes avec guides linéaires sont particulièrement adaptées aux applications qui nécessitent un positionnement et une stabilité précis, telles que les machines CNC et les machines-outils.

• 1 Vis-mère
• 2 Écrou fileté à billes avec bride
• 3 Roulement
• 4 Chariot
• 5 Moteur avec boîte de vitesses

Sans guides linéaires

Pour les vis à billes sans guides linéaire, l'écrou fileté à billes se déplace directement sur la vis-mère sans rail de guide linéaire distinct. L'écrou glisse le long de la vis-mère. L'avantage réside dans le fait que les vis sans guides linéaires séparés sont utilisées dans des applications qui ont des limites d'espace ou nécessitent des conceptions simples. Elles peuvent offrir une solution moins coûteuse dans des applications moins exigeantes.

Classes de précision

Les classes de précision des vis à billes représentent des classifications spécifiques qui décrivent la précision et les tolérances. Elles sont spécifiées dans des normes pertinentes telles que la norme japonaise JIS B 1192 (ISO 3408). La norme ISO 3408 spécifie, par exemple, la différence entre le chemin cible et le chemin nominal sur le chemin utile. Il en résulte les classes de tolérance suivantes :

• C0 - C5 : Définie par l’écart moyen du chemin et la tolérance de la fluctuation du chemin
• C7-C10 : Définie par l’écart moyen de la distance sur une longueur de 300 mm.

La norme ISO 286 fournit une classification alternative pour les niveaux de tolérance utilisés dans certaines normes et fournit des degrés de précision similaires à ceux des classes C : IT 1 et suivants

En ce qui concerne le jeu axial, les vis à billes peuvent être préchargées (sans jeu) ou avec jeu. Les entraînements par vis à billes de haute précision sont généralement préchargées. Une vis à billes avec précharge est recommandée pour un positionnement précis, pour les applications de mesure de position, pour la construction de dispositifs scientifiques et généralement pour les applications qui nécessitent la rigidité la plus élevée possible de l'assemblage. Les vis à billes de faible précision sont généralement sujettes à jeu. Les vis à billes sujettes à jeu sont recommandées si la résistance au couple (course lisse) est une exigence clé, si des écarts de tolérance sont compensés par un système de mesure ou si les erreurs de position causées par le jeu axial ne sont pas pertinentes.

Avantages des vis à billes

Les vis à billes offrent une précision et une rigidité élevées, car le frottement est considérablement réduit. Cette fonction offre une précision accrue et un transfert efficace du mouvement rotatif au mouvement linéaire. La répartition uniforme de la charge par les billes sur le chemin de roulement assure la stabilité et une répartition efficace de la charge. Les vis à billes sont disponibles sous forme d'assemblages prêts à être installés et atteignent des niveaux d'efficacité élevés allant jusqu'à 95 %.

Avantages par rapport aux vis trapézoïdales

Une vis à billes offre plusieurs avantages par rapport aux vis trapézoïdales :

• Plus grande précision
• Moins de frottement : Les vis à billes présentent moins de frottement en raison de l’utilisation de billes ou de roulements à billes comme contacts à rouleaux.
• Vitesses plus élevées grâce à un frottement réduit et un contact de roulement efficace
• Auto-blocage inférieur
• Usure réduite
• Force d’entraînement réduite grâce à un frottement réduit et un transfert d’énergie plus efficace
• Conception plus compacte : Les vis à billes permettent souvent une conception plus compacte, car elles permettent l'utilisation de moteurs ou d'unités d'entraînement plus petits en raison de leur efficacité et de leur précision supérieures.

Spécification des vis à billes correspondantes

Si un nouvel entraînement par vis à billes est nécessaire, il est important de connaître certains paramètres et propriétés. Les entraînements à vis à billes sont disponibles avec filetage métrique et filetage pouce. La désignation commerciale fournit des informations sur le filetage requis. Les entraînements par vis à billes de dimensions en pouces sont spécifiés comme étant de type 1004 (correspondant à un diamètre de vis-mère de 1 pouce et à une distance de pas de 1/4 pouce) et les entraînements par vis à billes de dimensions métriques, par exemple comme étant de type 12x3 (correspondant à un diamètre de vis-mère de 12 mm et à une distance de pas de 3 mm).

Les entraînements par vis à billes sont étiquetés avec leur diamètre du cercle central de la bille et leur distance de pas. Le diamètre extérieur de la vis-mère peut être mesuré pour déterminer le diamètre du cercle central de la bille. Pour déterminer la distance de pas, il est tout d’abord nécessaire de déterminer si un entraînement par vis à billes à démarrage unique ou multiple est nécessaire. Sur les entraînements par vis à billes à démarrage unique, les segments de rainure sont situés directement les uns à côté des autres ; et il y a des espaces correspondants entre les démarrages sur les entraînements par vis à billes à démarrage multiple. On peut déterminer le type très facilement en enroulant un cordon :

la distance de pas correspond à la distance entre un segment de cordon et le segment de cordon suivant, par exemple 3 mm.

L’effet d’à-coups et comment le minimiser

L’effet d’à-coups (ou système de vibration auto-excitant) se produit lorsque deux surfaces se déplacent alternativement et se liennent au lieu de glisser en douceur. La force de préhension d’un objet compense la force avec laquelle l’objet doit être déplacé. Jusqu’à ce que la force requise pour compenser la force de préhension soit exercée, l’objet reste coincé et est ensuite libéré à une vitesse accrue et commence à glisser. Une fois que l’état de frottement de glissement a été atteint et que l’objet continue d’être déplacé avec une pression constante, il ne s’accroche plus.

Néanmoins, l’effet d’à-coups qui se produit entraîne des oscillations et des vibrations dans le système, généralement indésirables. Contrairement aux filetages trapézoïdaux ou aux filetages de vis, qui présentent un frottement statique, l’effet d’à-coups joue un rôle sans conséquence dans les filetages à billes, car ils présentent un frottement de roulement important. Cependant, en cas d'effet de glissement sur les entraînements par vis à billes, diverses mesures peuvent être prises, notamment :

• Utilisation de lubrifiants
• Production précise et sélection des matériaux
• Éviter toute tension excessive
• Utilisation d’assemblages sans jeu axial ou avec jeu axial réglable
• Serrage de l’ensemble pour augmenter la rigidité

Calcul de la durée de vie des filetages à billes

La durée de vie des entraînements par vis à billes peut être calculée en utilisant la charge nominale dynamique. Elle est définie par le nombre total de tours, le temps ou la distance après lesquels les surfaces ou les billes du roulement à billes commencent à se délaminer. La formule suivante s’applique aux heures de fonctionnement L_h :

• L_h = durée de vie en heures (h.)
• C = Capacité de charge dynamique (N) : Une charge axiale qui agit sur un groupe de billes égales et à laquelle 90 % des spécimens d’essai sont capables d’atteindre 1 million de rotations sans délamination des surfaces de roulement
• P_m = Charge axiale moyenne (N)
• N_m = Vitesse moyenne (min^-1)
• f_w = Facteur de charge, exemples : Fonctionnement sans charge amortisseur f_w = 1,0 à 1,2 | Fonctionnement normal f_w = 1,2 à 1,5 | Fonctionnement avec charge amortisseur f_w = 1,5 à 2,0

Les informations suivantes sont d’usage pour la durée de vie utile : 10 000 heures pour les machines industrielles, 20 000 heures pour les machines-outils, 15 000 heures pour les équipements d’automatisation et les instruments de mesure.

Sélection des entraînements par vis à billes

La sélection de l'entraînement de vis à billes approprié dépend de plusieurs facteurs, notamment les exigences de charge, les vitesses, les exigences de précision et l'environnement dans lequel il est utilisé. Sur les machines CNC, les entraînements à vis à billes garantissent une gravure et un fraisage précis, tandis que les imprimantes 3D assurent une qualité d’impression précise couche par couche. La robotique bénéficie d’un contrôle précis du mouvement des connecteurs, des machines-outils et des processus d’usinage très précis.

Les conditions de fonctionnement de l’entraînement de la vis à billes, telles que la précision de positionnement, la course, les vitesses de déplacement, la durée de vie, etc., doivent être spécifiées en premier. À l’étape suivante, une présélection de l’entraînement de la vis à billes est effectuée en fonction de la précision du guide, du jeu axial et des charges prévues. Enfin, la charge axiale admissible, la vitesse de rotation admissible et la durée de vie prévue doivent être vérifiées. Utilisez notre processus de sélection pour dimensionner votre entraînement à vis à billes MISUMI. MISUMI fournit des entraînements de vis à billes appropriés, des coupleurs de compensation et des roulements à billes pour de nombreuses applications.