Une vis trapézoïdale constitue un système d’entraînement mécanique robuste qui génère un mouvement linéaire par rotation. Alors que les vis à billes sont souvent privilégiées pour des applications à forte dynamique, le filetage trapézoïdal excelle dans des situations spécifiques telles que les réglages en hauteur et en largeur.
Le fonctionnement de ce système repose sur la géométrie du filetage. L’angle de flanc crée une grande surface de contact entre la vis et l’écrou. Cette surface permet de reprendre des forces axiales importantes sans que la construction ne cède. Pour un ingénieur en construction mécanique, ce composant est souvent le premier choix lorsque les coûts doivent rester faibles et que la vitesse est d’importance secondaire.
Choisir une vis trapézoïdale
Le choix d’un filetage trapézoïdal plutôt qu’une vis à billes est déterminé par la vitesse souhaitée et la nature de la charge. Ce système est parfaitement adapté aux applications à faible vitesse et à charges élevées. En construction de machines, nous utilisons souvent ce composant lors de changements de format, lorsque la vis n’est pas en mouvement constant. Il peut s’agir par exemple du réglage d’un rail de guidage le long d’un convoyeur ou du positionnement d’une table de travail lourde qui doit ensuite rester pendant des heures dans la même position.
Le rendement d’une vis trapézoïdale est inférieur à celui des systèmes à éléments roulants, mais cet inconvénient est compensé par un avantage majeur. Une vis trapézoïdale est économique et offre, dans de nombreux cas, l’avantage de l’auto-freinage. Ce phénomène permet à un axe vertical de rester en position sans que le moteur doive fournir en permanence un couple de maintien. Cela réduit la charge sur le variateur du moteur et empêche les mouvements indésirables en cas de coupure de courant. Il convient toutefois de noter que cette friction entraîne également une perte de couple lors du déplacement.
Règle des 20 %
Un concepteur doit tenir compte de l’accumulation de chaleur de frottement entre la vis et l’écrou. Contrairement aux vis à billes, qui fonctionnent par roulement, le filetage trapézoïdal repose sur un contact purement glissant. L’énergie perdue par frottement est convertie en chaleur. En raison de cette production de chaleur, le cycle de fonctionnement est limité à un maximum de 20 % par heure. Cela signifie que, pour un cycle de dix minutes, la vis ne peut se déplacer que pendant deux minutes et doit ensuite refroidir pendant huit minutes.
Lorsque la vis est sollicitée de manière plus intensive, la température augmente excessivement, ce qui affecte directement et négativement la durée de vie de l’écrou. Les propriétés du matériau de l’écrou se modifient sous l’effet d’une chaleur extrême, ce qui entraîne une augmentation du jeu de flanc et une perte de précision. Pour les applications nécessitant un cycle de fonctionnement plus élevé, nous recommandons souvent de passer à la technologie des vis à billes ou d’utiliser des méthodes de refroidissement spécifiques et des lubrifiants hautes performances.
Impact sur la durée de vie
Les performances de l’entraînement dépendent entièrement de la bonne combinaison des matériaux et de la lubrification. Nous fournissons des vis en acier ou en acier inoxydable, associées à différents types d’écrous en fonction des conditions environnementales.
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Écrous en bronze pour charges élevées, lubrifiés régulièrement avec Klüber Microlube GBU Y 131
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Écrous en plastique tels que le POM ou l’EX100 pour les situations nécessitant un fonctionnement à sec
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Écrous Iglidur J pour des applications spécifiques à faible maintenance
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Vis en acier inoxydable pour une utilisation dans des environnements corrosifs ou dans l’industrie agroalimentaire
En règle générale, une lubrification unique à la graisse ou à l’huile suffit pour les écrous en plastique, selon les conditions environnementales. Les écrous en bronze, en revanche, nécessitent un programme de maintenance strict afin de maîtriser le frottement métal sur métal. Chez LM Systems, nous constatons souvent qu’un mauvais choix de matériaux entraîne une usure prématurée. Un écrou en bronze sur une vis en acier offre une excellente capacité de charge, mais sans une lubrification filmogène adéquate, l’écrou s’use rapidement par grippage.
Facteurs environnementaux d’une vis trapézoïdale
Tous les environnements ne permettent pas qu’une vis soit constamment lubrifiée à la graisse. En salle blanche ou dans l’industrie agroalimentaire, une lubrification ouverte peut représenter un risque pour la sécurité des produits. Dans de tels cas, nous recommandons des écrous en plastique dotés de propriétés auto-lubrifiantes. Bien que la durée de vie de ces écrous soit inférieure à celle d’un écrou en bronze correctement lubrifié, cela élimine le risque de contamination. Dans l’industrie lourde, où la poussière et les impuretés sont présentes, il est au contraire essentiel de choisir une graisse qui repousse les contaminants ou de protéger la vis à l’aide d’un soufflet.
Configuration de paliers fixe-libre
Pour garantir une rotation fiable, une vis doit être correctement montée sur paliers dans la structure de la machine. Un palier fixe maintient la position axiale de la vis et absorbe les forces générées lors du positionnement. Ce palier doit être suffisamment robuste pour supporter la charge axiale maximale de l’application sans présenter de jeu.
De l’autre côté, nous installons un palier libre qui soutient la vis radialement tout en permettant une dilatation axiale. Cet espace est nécessaire car la vis peut s’allonger physiquement pendant le fonctionnement en raison de la chaleur de frottement mentionnée précédemment. L’acier se dilate lorsque la température augmente. Sans cette configuration, la vis serait bloquée entre les deux paliers et pourrait se déformer. Ce phénomène provoque des vibrations indésirables et peut nuire directement à la précision et à la durée de vie de l’ensemble du système d’entraînement.
Fabrications spéciales et modifications d’une vis trapézoïdale
Chez LM Systems, notre service va bien au-delà de la fourniture d’une vis de longueur standard issue du catalogue. Nous comprenons que chaque constructeur de machines a des exigences spécifiques en matière d’espace d’intégration et de liaison avec le moteur. C’est pourquoi nous réalisons, dans notre propre atelier, l’usinage final complet des vis. Cela comprend le tournage des portées de roulements ainsi que le fraisage de rainures de clavette ou de méplats pour l’accouplement.
Nous pouvons également modifier les écrous ou produire des dimensions de brides spécifiques au client. L’application de revêtements spéciaux pour une meilleure résistance à la corrosion ou un coefficient de frottement réduit fait également partie des possibilités. Grâce à cet accompagnement technique approfondi, nous déchargeons l’ingénieur de tâches supplémentaires et offrons à l’acheteur la certitude de recevoir un composant prêt à être monté.
LM Systems fournit chaque vis trapézoïdale spécifiquement adaptée à l’application concernée. Souhaitez-vous savoir quelle configuration convient le mieux à votre machine ? N’hésitez pas à nous contacter pour un conseil technique.