Guides de mouvement curvilignes et systèmes rotatifs actionnés

La conception de systèmes de guidage ou d'actionneurs curvilignes peut être plus difficile que la conception de systèmes linéaires. Cependant, l'installation de tels systèmes peut améliorer la simplicité et l'efficacité du transport et de la manutention de la charge utile.

Leslie Lui, ingénieur en conception mécanique | Société Bishop-Wisecarver

Dans ce livre blanc, nous aborderons le sujet des systèmes d'anneaux et de chenilles basés sur des roues de guidage. Sur le marché actuel, il existe des offres plus compactes disponibles avec une meilleure précision de positionnement et des options personnalisables pour les positions de transport de marchandises que les systèmes de convoyeurs alternatifs pour les applications curvilignes.

Dans le cadre de la volonté continue de réduire les coûts de production, une tendance dans les usines de fabrication consiste à regrouper les postes de travail de production aussi étroitement que possible afin de minimiser les mouvements de matériaux et de conserver un précieux espace au sol. Cela signifie que les matériaux doivent se déplacer le long de trajectoires curvilignes de plus en plus complexes. La plupart des systèmes de guidage et d'actionneur disponibles dans le commerce sont de conception linéaire et ne peuvent pas facilement gérer les trajectoires non linéaires. Cependant, des systèmes de guidage et d'actionneur curvilignes, tels que des systèmes d'anneau et de piste basés sur une roue de guidage, sont disponibles pour de telles situations.

Au cœur des systèmes d'anneaux et de rails basés sur des roues de guidage se trouvent des roues de guidage à roulement à rainure en V et des glissières à bord en V. Les roues et les glissières ont des surfaces de roulement à profil en V complémentaires qui permettent aux chariots équipés de roues de guidage de rouler en douceur le long des glissières tout en résistant aux mouvements latéraux ou de rotation, même sous des charges appliquées élevées.

Les chariots peuvent suivre des chemins rectilignes ou circulaires grâce à l'utilisation de segments de glissière droits et annulaires, ou des chemins complexes et curvilignes grâce à une combinaison de segments de glissière droits et annulaires. Dans les applications de mouvement rotatif, il est possible que les roues soient montées statiquement et que l'anneau coulisse en rotation par rapport à elles. Certains systèmes de guidage curvilignes peuvent également être convertis en un système actionné avec l'ajout de composants tels que des liaisons de chariot, des éléments d'entraînement et des moteurs.

L'anneau de roue de guidage et les glissières droites sont disponibles dans de nombreuses tailles de profil pour s'adapter à des roues de différentes tailles et capacités de charge. Les glissières droites sont également disponibles en différentes longueurs et les glissières annulaires sont disponibles avec différents rayons de courbure et portées angulaires. Certaines glissières annulaires sont disponibles avec des centres creux ou pleins, également appelés disques annulaires. D'autres options de glissières peuvent inclure différentes configurations en V et des crémaillères intégrées pour l'actionnement par pignons.

Les conceptions de systèmes d'anneaux et de rails basés sur des roues de guidage en font l'une des options les plus résistantes à la contamination et à la corrosion disponibles. Les roues de guidage contiennent généralement suffisamment de lubrification pour durer leur durée de vie prévue, ont des joints permanents pour minimiser la perte de lubrification et la pénétration de débris. Les composants du système ont des formes simples qui ne retiennent pas les débris et beaucoup sont en acier inoxydable pour une résistance accrue à la corrosion.

Les moyens traditionnels d'adapter les conceptions de guidage et d'actionneur curvilignes incluent les systèmes de convoyeur et les couronnes d'orientation. Un système de convoyeur à bande est le type de convoyeur le plus simple et contient généralement de larges bandes enroulées autour de rouleaux cylindriques dans un cadre. Les moteurs font tourner les rouleaux, ce qui amène les courroies à transporter la charge utile reposant sur eux. Alors que les systèmes de convoyeurs à bande plus simples ne peuvent déplacer les charges utiles qu'en lignes droites, des chemins curvilignes peuvent être créés en montant plusieurs convoyeurs droits en série à des angles décalés le long du chemin souhaité, ou en utilisant des bandes avec des segments pivotants interconnectés, tels que des convoyeurs à bagages dans les aéroports.

Un système de convoyeur à rouleaux est similaire à une version à bande, sauf que la bande large est remplacée par une série de rouleaux étroitement espacés montés dans un système d'encadrement configuré pour suivre un chemin curviligne spécifié. Les systèmes de convoyeurs à rouleaux peuvent être alimentés par des moteurs couplés aux rouleaux directement ou par des courroies d'entraînement intermédiaires, ou non alimentés, avec une charge utile déplacée par gravité ou à la main.

Les systèmes de chariots aériens consistent en des systèmes de voies curvilignes montés au-dessus du sol, avec des chariots à roues qui suspendent leur charge utile en dessous. Les chariots du système de chariot aérien peuvent être déplacés à la main ou tirés par des chaînes motorisées qui courent le long de la voie. Les couronnes d'orientation (également appelées roulements de plateau tournant) sont essentiellement des roulements de grande machine qui utilisent de grandes quantités de petits éléments roulants. Cela leur permet de maintenir des capacités de charge élevées tout en offrant de grands diamètres d'alésage et des courses à profil mince. Les couronnes d'orientation peuvent avoir des crémaillères usinées dans leurs courses pour un entraînement direct.

Les systèmes d'anneaux et de chenilles basés sur des roues de guidage peuvent offrir une meilleure précision de positionnement que les systèmes de convoyeurs, une différence qui peut être importante dans les applications où la charge utile est fragile ou doit être maintenue rigide et positionnée avec précision pour le traitement tout en étant déplacée dans le système. Les roues des systèmes d'anneaux et de pistes à base de roues de guidage sont conçues pour être fermement préchargées contre la glissière, empêchant le chariot de se déplacer dans une direction autre que le long de la trajectoire de déplacement prévue. Ce niveau de précision de positionnement n'est généralement pas possible dans les systèmes de convoyeurs, où la charge utile est principalement contrainte aux éléments mobiles par gravité.

Les systèmes de convoyeurs à courroie et à rouleaux n'offrent aucune contrainte horizontale et peuvent nécessiter des rails de guidage latéraux pour empêcher la charge utile de tomber des côtés des éléments mobiles. La charge utile peut être soumise à des vibrations continues car elle est constamment transférée d'un rouleau ou d'une boucle de ceinture à un autre, et peut s'emmêler avec les composants du système de convoyeur s'ils ont des formes incompatibles, provoquant des débits irréguliers, des collisions et des bourrages. Les chariots du système de chariot aérien n'ont que suffisamment de contraintes horizontales pour éviter de tomber de la voie et utilisent généralement des liaisons non rigides telles que des chaînes ou des crochets pour transporter la charge utile, leur permettant de se balancer librement et éventuellement de heurter d'autres objets.

La dépendance des systèmes de convoyeurs à la gravité pour limiter la charge utile limite également les positions possibles où la charge utile peut être transportée et la capacité de déplacer la charge utile verticalement. Les systèmes de convoyeurs à bande et à rouleaux doivent transporter leur charge utile directement au-dessus de leurs éléments mobiles et ne peuvent pas les transporter vers le haut ou vers le bas de pentes abruptes. Les chariots du système de chariot aérien doivent avoir leur charge utile suspendue directement sous eux pour plus de stabilité et ne peuvent pas monter ou descendre des sections abruptes car la charge utile suspendue peut entrer en contact avec la voie ou la charge utile des chariots adjacents. Cependant, dans un système d'anneau et de piste basé sur une roue de guidage, la charge utile peut être solidement montée à n'importe quelle position par rapport au chariot. La charge utile peut également être transportée dans n'importe quelle direction, quelle que soit la gravité, puisque les roues du chariot sont fermement contraintes contre les glissières et ne permettent le mouvement que le long du chemin désigné.

Les systèmes d'anneaux et de chenilles basés sur des roues de guidage peuvent nécessiter moins d'espace, de structure de support et d'entretien que les autres systèmes de convoyeurs. Avec des fixations de montage appropriées, les chariots peuvent transporter une charge utile beaucoup plus large qu'eux-mêmes. Cela permet à ces systèmes et à leur structure de support d'être plus compacts que les systèmes de convoyeurs à courroie et à rouleaux, dont les éléments roulants doivent être plus larges que leur charge utile prévue. Les chariots aériens peuvent transporter une charge utile relativement large mais nécessitent des structures de support importantes et robustes car leurs systèmes de chenilles doivent être suffisamment élevés pour que leur charge utile suspendue soit accessible et dégagée de tout obstacle au niveau du sol. La taille relativement importante des structures de support pour les systèmes de convoyeurs les rend également les plus difficiles et les plus coûteuses à assembler et à reconfigurer. Les systèmes de convoyeurs sont également plus difficiles à maintenir propres que les systèmes à anneaux et à chenilles basés sur des roues de guidage, car leurs composants sont plus grands, plus nombreux et ont des formes complexes qui piègent plus facilement les débris. Les couronnes d'orientation sont mieux adaptées que les systèmes de convoyeurs pour les applications nécessitant uniquement un mouvement circulaire, car elles peuvent être plus compactes, légères et sont disponibles en unités individuelles entièrement assemblées qui peuvent être plus rapides à intégrer dans une application. Ils offrent également une meilleure précision et une meilleure fluidité, et peuvent avoir une charge utile montée dessus, comme les systèmes basés sur des roues de guidage, mais présentent encore certains inconvénients par rapport à ces derniers.

Alors que les systèmes rotatifs à chenilles basés sur des roues de guidage et les couronnes d'orientation peuvent avoir une facilité d'assemblage similaire, les premiers peuvent être plus faciles à entretenir car les composants sont interchangeables. Les couronnes d'orientation sont généralement entièrement assemblées en usine en raison de l'assemblage et de l'usinage précis requis pour des performances fluides et précises. L'anneau entier doit généralement être remplacé si même un composant tombe en panne, ce qui les rend difficiles à entretenir sur le terrain. Étant donné que les couronnes d'orientation sont parfois la structure de montage principale des composants d'application, le remplacement d'une couronne d'orientation peut également nécessiter le remontage de tout ce qui y est monté.

Pour les systèmes rotatifs à roue de guidage, seuls les composants endommagés doivent être remplacés car leur conception d'ajustement commun permet d'assembler et d'utiliser des composants individuels dans n'importe quel système compatible, et pas seulement une unité particulière d'ajustement adapté et adapté comme les couronnes d'orientation. Il est également possible, dans certaines applications, de remplacer les composants endommagés dans les systèmes de chenilles à roue de guidage sans démonter les autres composants.

Les couronnes d'orientation peuvent offrir une meilleure rigidité et douceur que les systèmes de convoyeurs, mais ne sont généralement pas préchargées. La précharge des éléments roulants pour une meilleure rigidité et douceur est courante dans les petits roulements de machine, mais rare dans les couronnes d'orientation car les gros composants sont plus difficiles à usiner avec précision et leur forme et leur ajustement sont plus affectés par des facteurs externes. Les petits défauts de fabrication, la déformation des composants due à des charges externes ou à des surfaces de montage inégales, ou une dilatation thermique inégale due à de grandes variations de température entre les composants sont plus susceptibles d'affecter la précharge dans les roulements plus grands comme les couronnes d'orientation.

Les changements de précharge peuvent entraîner un jeu interne des composants, ce qui réduit la rigidité du système, ou une interférence élevée qui rend la rotation plus difficile et endommage les composants. Le niveau de précharge d'une couronne d'orientation dépend des dimensions internes des composants et ne peut pas être ajusté après l'assemblage. Des facteurs externes tels que des surfaces de montage inégales et la dilatation thermique peuvent également modifier la précharge dans les systèmes rotatifs à roue de guidage. Cependant, ils posent moins de problèmes puisque la précharge est définie lors de l'assemblage dans une application et peut être facilement ajustée par la suite.

Les glissières annulaires basées sur des roues de guidage peuvent avoir un avantage de taille significatif par rapport aux couronnes d'orientation dans les applications nécessitant moins de 360° de déplacement. Les couronnes d'orientation doivent être entièrement circulaires pour fournir des circuits de déplacement complets pour leurs éléments roulants, même si l'application nécessite beaucoup moins de 360° de déplacement. Dans les systèmes rotatifs basés sur des roues de guidage, la longueur de l'arc du segment de glissière annulaire doit seulement être suffisamment longue pour supporter toutes les roues de guidage (qui peuvent être aussi peu nombreuses que trois) sur tout l'arc de déplacement.

La conception de systèmes de guidage ou d'actionneurs curvilignes peut être plus difficile que la conception de systèmes linéaires. Cependant, l'installation de tels systèmes peut améliorer la simplicité et l'efficacité du transport et de la manutention de la charge utile. Les systèmes d'anneaux et de rails basés sur des roues de guidage peuvent simplifier le processus de conception et surpasser les autres types de systèmes de guidage et d'actionneur non linéaires.

À propos de Bishop-Wisecarver

Bishop-Wisecarver Corporation, une société du groupe Bishop-Wisecarver, aide les fabricants et les fournisseurs de solutions d'automatisation à concevoir des produits à mouvement linéaire et rotatif. Avec plus de 60 ans d'expertise en ingénierie et de meilleures pratiques de fabrication en collaboration avec plus de 20 000 clients, nous comprenons les exigences de conception et d'application de nos clients, ce qui nous permet de développer des solutions uniques qui sont expédiées sous 2 à 3 semaines. Les clients obtiennent des délais de mise sur le marché 50 % plus rapides, des coûts de maintenance et d'installation jusqu'à 50 à 75 % inférieurs, une différenciation des produits et une durée de vie plus longue des produits.

Notre gamme de produits comprend des composants et des accessoires de qualité, des systèmes de guidage linéaire manuels, des systèmes de guidage linéaire actionnés et des guides et systèmes rotatifs. Les produits en acier inoxydable, haute température, lavables et compatibles avec les salles blanches font partie des introductions de produits les plus récentes de Bishop-Wisecarver. Nos offres les plus populaires incluent les noms commerciaux suivants : DualVee, LoPro, UtiliTrak, MadeWell et GV3.

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