Un guidage linéaire constitue l’épine dorsale de nombreux concepts de machines. Pourtant, de nombreux ingénieurs sont confrontés à des défaillances imprévues ou à une durée de vie trop courte de leurs systèmes linéaires. Dans certains cas, la cause réside dans une mauvaise interprétation des tableaux de produits fournis par le fournisseur. Sélectionner aveuglément un guidage sur la base des valeurs les plus élevées conduit rarement à la solution la plus efficace. Pour concevoir un système fiable, il est nécessaire d’approfondir cette matière, notamment le calcul du coefficient de charge. Dans cet article, nous expliquons comment appliquer le coefficient de charge statique et le coefficient de charge dynamique afin de garantir la fiabilité de fonctionnement souhaitée.
La base du calcul d’un coefficient de charge
Un ingénieur est souvent confronté à des forces complexes telles que des charges de moment et des vitesses variables. Lorsque le calcul du coefficient de charge ne correspond pas précisément à la réalité, des risques importants apparaissent. Des calculs trop serrés peuvent entraîner du pitting sur les chemins de roulement et une usure prématurée. À l’inverse, un surdimensionnement peut engendrer des coûts inutiles et une masse accrue de la machine. Cela influence négativement la dynamique et la consommation d’énergie. L’art consiste à trouver exactement l’équilibre permettant au guidage d’atteindre la durée de vie prévue sans surcharge inutile.
Distinction entre coefficient de charge statique et coefficient de charge dynamique
Pour calculer correctement un coefficient de charge pour des guidages linéaires, vous devez comprendre la différence entre les deux valeurs fondamentales. Le coefficient de charge dynamique, noté C, est basé sur une durée de vie théorique de 100 kilomètres de course parcourue. Cette valeur indique la charge constante que le guidage peut supporter, pour laquelle 90 % d’un groupe de guidages identiques parcourent cette distance sans signes de fatigue du matériau.
Le coefficient de charge statique, noté C0, a une fonction tout à fait différente. Cette valeur se réfère à la charge qui provoque une déformation permanente de la bille ou du chemin de roulement. Il s’agit d’une déformation permanente égale à 0,0001 fois le diamètre de l’élément roulant. Cette valeur est déterminante lorsque la machine est à l’arrêt ou effectue uniquement des mouvements très lents sous une charge élevée. Un dépassement de cette valeur entraîne ce que l’on appelle l’effet de Brinell. Cela provoque de petites indentations dans le rail, qui entraînent ensuite des vibrations et des nuisances sonores lors du fonctionnement.
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Pourquoi la valeur la plus élevée du tableau n’est pas toujours le meilleur choix
Une erreur fréquente est de supposer qu’une réserve plus importante est toujours préférable. Il s’agit d’une idée fausse qui peut nuire aux performances de votre machine. Si un chariot linéaire est choisi beaucoup trop grand par rapport à la charge réelle, une pression insuffisante peut se produire entre les billes et le chemin de roulement. Cela entraîne un glissement des billes au lieu d’un roulement, phénomène également appelé « slipping ». Ce phénomène provoque une usure irrégulière et augmente le frottement. De plus, un guidage plus grand présente souvent une valeur de stick-slip plus élevée, ce qui affecte négativement la précision de positionnement lors de petits déplacements. Nous recommandons donc toujours de dimensionner le guidage sur la base du cycle de charge réel.
La précision du calcul approprié varie selon l’application. Ci-dessous figurent quelques scénarios dans lesquels les coefficients de charge spécifiques sont déterminants. Par exemple :
- Dans une unité pick-and-place avec des cadences élevées, le coefficient de charge dynamique est déterminant. Les millions de cycles exigent un matériau résistant à la fatigue à long terme.
- Dans une unité d’usinage lourde devant absorber de grandes forces de fraisage, la rigidité et le coefficient de charge statique sont essentiels pour éviter les déformations sous charge.
- Dans les équipements médicaux nécessitant un mouvement sans vibrations, nous choisissons un réglage précis de la précharge afin d’éliminer les résonances.
- Pour des panneaux réglables qui ne se déplacent qu’occasionnellement, nous nous concentrons uniquement sur la stabilité statique et la fiabilité sur une longue période d’inactivité.
Chez LM Systems, nous agissons comme votre département d’ingénierie externe. Nos spécialistes examinent l’ensemble de votre conception afin de déterminer quelles tolérances et rigidités sont réellement nécessaires. Nous disposons de modèles de calcul avancés pour prédire avec précision la durée de vie de votre système.
Nous offrons également la possibilité de modifications étendues. Cela inclut l’application de revêtements spéciaux pour la résistance à la corrosion ou le remplissage des chariots avec des graisses spécifiques, par exemple pour des applications sous vide. Comme nous disposons de notre propre atelier d’usinage, nous pouvons couper les rails à longueur avec une précision millimétrique et usiner les extrémités selon votre plan. Cela réduit votre temps de montage et garantit une intégration parfaite dans votre machine.
Instructions de sélection pour le calcul du coefficient de charge
Lorsque vous commencez à calculer le coefficient de charge pour des guidages linéaires, nous appliquons plusieurs critères fixes. Tout d’abord, vous déterminez les forces externes dans toutes les directions, y compris les moments autour des axes X, Y et Z. Ensuite, vous calculez la charge équivalente. Il est conseillé d’intégrer un facteur de sécurité fs. Ce facteur varie généralement entre 1,5 et 5,0, en fonction du niveau de chocs et de vibrations dans votre processus.
N’oubliez pas non plus les facteurs environnementaux. Un environnement poussiéreux ou des températures extrêmes influencent la lubrification et donc la durée de vie effective. Nous sommes heureux de vous accompagner dans la sélection des joints et des systèmes de lubrification appropriés afin de concrétiser la durée de vie théorique en pratique.
Fiabilité de votre conception grâce à des calculs étayés
Le calcul correct du coefficient de charge statique et dynamique constitue la base d’une machine durable. En ne se limitant pas aux chiffres du tableau, mais en tenant également compte de la dynamique de votre application spécifique, vous évitez des coûts inutiles et des problèmes techniques. LM Systems est prêt à réaliser ces calculs complexes avec vous. Nous vous offrons la garantie de composants de haute qualité et les connaissances approfondies d’ingénieurs expérimentés.
Souhaitez-vous être certain que votre système linéaire répond aux exigences définies pour votre prochain projet ? Nos ingénieurs se feront un plaisir de vous aider dans le calcul du coefficient de charge et la fourniture des fichiers appropriés. Contactez-nous pour un entretien de conseil avec nos spécialistes.