Maintenir le contrôle dans les applications de vis à billes verticales

Apr 18, 2024

Ce frein à vis à billes est enclenché par ressort. En cas de perte de puissance, il engagera automatiquement la charge. L'alimentation doit être rétablie pour libérer le frein de la charge. Photo gracieuseté du Groupe Nexen Inc.

Un frein de vis à billes est fixé à l'extrémité d'une vis à billes avec un accouplement qui peut compenser un petit désalignement axial. Photo gracieuseté du Groupe Nexen Inc.

Dans certaines applications de levage vertical, un servomoteur entraîne la vis à billes. Un frein de servomoteur monté sur bride, installé entre le moteur et la bride de levage, maintiendra la vis à billes et empêchera le recul. Photo gracieuseté du Groupe Nexen Inc.

Les vis à billes à haut rendement reculeront dans les applications de levage vertical, nécessitant un frein pour maintenir la charge. Photo gracieuseté de THK

Les vis à billes à haut rendement sont idéales pour un positionnement linéaire précis et rapide. Cependant, le recul peut être un problème, surtout si la vis à billes est en position verticale. Si la vis à billes n'est pas correctement maintenue, la charge pourrait chuter rapidement et endommager la charge utile, la machine et les travailleurs.

Pour éviter que cela ne se produise, les ingénieurs disposent de plusieurs options. Une solution consiste à utiliser des contrepoids placés sur les poulies à câble pour compenser le poids de la charge portée sur la vis à billes. Cette conception n'est pas idéale. Il prend de la place, comporte de nombreux composants et n'applique pas de force de maintien directement sur la vis à billes.

Les butées dures sont une autre option, mais elles peuvent endommager la vis à billes si elles ne sont pas correctement installées ou contrôlées correctement. Une butée dure crée une charge de contact de force élevée qui peut déformer les filets à billes, compromettre la résistance des roulements à billes, endommager le système de retour et coincer l'écrou à bille sur la vis.

Une troisième option est celle des ressorts de verrouillage. Ceux-ci sont insérés dans l'espace entre l'écrou à bille et la vis à billes. Si les billes sont gravement endommagées, l'espace libre sera occupé par le ressort de verrouillage. La friction accrue créée par le ressort empêche la charge de tomber librement ou de faire reculer la vis.

Une autre méthode consiste à utiliser des mécanismes, tels que des pinces ou des freins de type étrier, pour se coincer contre la vis. Cette méthode est quelque peu efficace, mais elle peut endommager la vis à billes et dégrader sa précision. Ces conceptions prennent également beaucoup de place.

Un dépassement, ou arrêt de chien, empêche les dommages causés par un dépassement accidentel à l'une ou l'autre extrémité de la vis à billes. Cependant, on ne peut pas compter sur les arrêts pour chiens comme protection primaire. Ce type d'arrêt ne doit être utilisé que comme protection redondante. Le déplacement doit être arrêté par le système de contrôle de l'ensemble et doit être maintenu par un frein de mise hors tension, tel que le frein à vis à billes. La plupart des actionneurs linéaires utilisent des freins sur les moteurs ou les coulisses. Ces freins sont montés sur des moteurs à double arbre ou sur l'arbre supportant la poulie.

L'une des erreurs les plus courantes en matière de contrôle de mouvement se produit lors de la conception d'actionneurs à vis à billes ou à courroie dans des applications verticales. Généralement, les deux systèmes ont un rendement mécanique de 90 pour cent. En cas de perte de puissance, le moteur n'a plus de couple de maintien, ce qui provoque l'écrasement de la charge vers le bas.

Le couple de contre-entraînement, Tb, peut être calculé comme Tb = PLe/2π, où L est le pas de vis (en pouces), P est la charge en livres et e est une constante d'efficacité mécanique.

Certaines frictions inhérentes au système peuvent supporter des charges légères, mais les actionneurs sans tige reculent généralement avec même une petite quantité de force. Les facteurs qui résistent au recul sont les inefficacités mécaniques (y compris les forces opposées appliquées sur la charge) ; frottement statique dans les roulements et le système d'entraînement ; inefficacité de réduction (de la courroie de distribution ou des engrenages); et le couple nécessaire pour faire tourner l'arbre à la main lorsque le moteur n'est pas alimenté.

Le pas d'un système à vis y contribue également. Une vis à billes avec un pas de 2 tours par pouce a un recul inférieur à celle d'une vis avec un pas de 5 tours par pouce. En effet, la relation entre le couple de friction et la force de maintien axiale est F = 2πTfp ; où Tf est le couple de friction et p est le pas de la vis à billes.