Technologie

Vis à bille ou courroie crantée ? Le point sur ces technologies d’entrainement

Qu’est ce qu’un axe électrique ?

Vous hésitez entre une vis à bille et une courroie crantée pour réaliser votre mouvement ?

Il faut déjà bien comprendre ce qu’est un axe électrique. Sa fonction est de transformer un mouvement de rotation en un mouvement linéaire. Il se constitue d’un moteur piloté par un variateur, éventuellement d’un réducteur, d’un guidage et d’un entrainement. Nous parlerons ici de la partie entrainement par vis à billes ou par courroie crantée, mais il existe d’autres possibilités pour transformer un mouvement rotatif en un mouvement linéaire.

Le choix de l’entrainement est relativement facile à faire, mais il doit être fait avec sérieux car la sélection de la motorisation dépendra fortement de l’entrainement. En d’autres termes, si vous vous rendez compte après coup que votre choix n’était pas le bon, il est probable que vous ayez également à remplacer tout ou partie de la motorisation.

Je vais parcourir ici les avantages et inconvénients de ces deux technologies. Si vous voulez en savoir plus sur comment fonctionne un entrainement et un axe électrique en général, je vous propose lire cet excellent livre du Gimélec sur le Motion Control, le contrôle du mouvement.

Quelques exemples de technologies d’entrainement :

exemple d'entrainement pignon cremaillere
Entrainement pignon crémaillère
exemple de vis trapezoidale
Vis trapézoïdale
exemple de vis à rouleaux satellites
Vis à rouleaux satellites
exemple de vis à billes
Exemple de vis à billes
exemple de courroie crantee
Entraînement par courroie crantée
exemple de cinematique bielle manivelle
Cinématique bielle manivelle

 

 

Entrainement par courroie crantée

Vous pouvez être facilement tenté de choisir un axe à courroie crantée. L’une des principales contraintes est souvent le prix. C’est vrai qu’à dimensions égales un axe à courroie crantée sera entre 20 et 30% moins cher qu’un axe à vis à bille. Mais je préfère aborder la question d’un point de vue technique.

Un axe à courroie est capable de fournir des vitesses et des accélérations importantes. Les fournisseurs de solutions indiquent généralement 5m/s et 50m/s². Il n’y a virtuellement pas de limite à la longueur de l’axe. Dans les faits cependant les constructeurs limitent volontairement celle-ci. D’une part pour des facilités de transport, et d’autre part car le profilé aluminium de l’axe subit un traitement dans des bacs … de taille  limitée !

A contrario, il faut bien avoir en tête qu’avec de telles dynamiques, une courroie peut s’user très vite. Eh oui, dans un cycle machine ce sont les mêmes mouvements qui se répètent, avec les mêmes accélérations au même moment. Cela implique que ce seront toujours les mêmes dents de la courroie qui vont devoir absorber les efforts, et donc s’user. Le remplacement de la courroie pourra être réalisé par vous-même ou bien par le constructeur uniquement, ça dépend du constructeur. Mon conseil à ce propos est de consulter la notice de maintenance de l’axe pour savoir quel est l’entretient préconisé. Ensuite il faut faire très attention si vous comptez utiliser l’axe en vertical : si la courroie lâche, plus rien ne retient la charge … qui tombe.

Axe à courroie crantée
Vue éclatée d’un axe à courroie crantée (Festo EGC)

Entrainement par vis à billes

Un axe électrique avec entrainement à vis à bille est beaucoup plus compact qu’un vérin pneumatique pour une même force donnée. Clairement sur un axe à vis à bille, le gros avantage est la force importante que l’on peut transmettre. Si vous recherchez de la précision mais surtout une grande répétabilité (attention ces deux termes ont une signification différente!) alors je ne peux que vous conseiller un entrainement par vis à billes. En effet les tolérances mécaniques sont faibles et il n’y a pas de liaison élastique comme avec la courroie crantée. J’ai généralement tendance à l’associer avec un Servomoteur Brushless pour la meilleure précision possible. Dernier point intéressant, une vis à bille a un rendement de 90% environ. SKF par exemple, considère un rendement de 0.9 en moyenne sur la durée de vie de ses vis à billes. Beaucoup de constructeurs intègrent les vis à billes SKF dans leurs axes électriques.

Axe vis à billes
Axe vis à billes (Bosch)
Axe vis à billes
Vue intérieure d’un axe à vis à billes (sous le clinquant de protection d’un Rexroth MKK)

Au-delà du prix qui est bien sûr plus important qu’un axe à courroie crantée, vous devrez faire attention à ce que votre axe à bis à bille ne subisse pas de choc, comme une butée mécanique par exemple. Cela pose un problème aux billes, qui s’usent beaucoup plus rapidement qu’en utilisation normale et vous ne comprendrez pas pourquoi la durée de vie du vérin est inférieure à ce que vous avez prévu.

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