Comment fonctionne un vérin électrique ?
Un vérin électrique fonctionne en convertissant l'énergie électrique en mouvement mécanique linéaire, et son fonctionnement implique plusieurs composants et étapes :
- Alimentation électrique : Tout commence par l'alimentation électrique du moteur. Le vérin est connecté à une source d'énergie électrique qui alimente le moteur.
- Actionnement du moteur : Lorsque le vérin est activé, le moteur électrique commence à tourner. Ce moteur peut être de différents types, tels qu'un moteur à courant continu, un moteur pas à pas, ou un servo-moteur, en fonction des besoins spécifiques de l'application.
- Conversion du mouvement rotatif en mouvement linéaire : Le mouvement rotatif du moteur est converti en mouvement linéaire. Cela est généralement accompli à l'aide d'un mécanisme de vis sans fin (ou vis à bille) et d'un écrou ou bien d’un systèmes avec poulies et courroie synchrone.
- Transmission du mouvement à la tige : Le mouvement linéaire de l'écrou est transmis à la tige ou au piston du vérin. La tige se déplace alors en avant ou en arrière dans le cylindre du vérin. Pour un système avec poulie et courroie, le mouvement rotatif de la poulie moteur est transmis à la courroie d’entrainement qui elle-même est mécaniquement accouplée à un chariot effectuant le mouvement linéaire.
- Contrôle et régulation : Le mouvement de la tige ou du chariot peut être contrôlé en termes de vitesse, de position, et de force. Ceci est souvent réalisé à l'aide d'un contrôleur électronique qui reçoit des signaux de capteurs de position et ajuste le fonctionnement du moteur en conséquence.
- Capteurs de fin de course : Certains vérins électriques sont équipés de capteurs de fin de course pour limiter le mouvement de la tige à une certaine plage. Ces capteurs aident à prévenir les dommages dus à un déplacement excessif.
- Réaction à la charge : La vérin réagit aux charges appliquées en se déplaçant de manière à équilibrer la force. La capacité du vérin à maintenir une force ou une position stable sous différentes charges dépend de sa conception et de son contrôle.
En résumé, un vérin électrique utilise un moteur électrique pour générer un mouvement rotatif, qui est ensuite converti en mouvement linéaire par un mécanisme de vis ou poulies et courroie. Ce mouvement est contrôlé et régulé pour réaliser des tâches précises dans des applications variées.
Calcul de force d’un vérin electrique
Le calcul de la force d'un vérin électrique dépend de plusieurs facteurs, notamment la conception du vérin et les caractéristiques du moteur. Voici une méthode pour estimer la force développée par un vérin électrique :
- Déterminer le couple du moteur (T) : Le couple du moteur est souvent spécifié dans la documentation technique du vérin. Il est généralement donné en Newton-mètre (Nm).
- Calculer le couple à la vis sans fin (Tvis) : Si le système comporte un jeu d'engrenages, le couple à la vis sera différent du couple du moteur. Il est calculé en multipliant le couple du moteur par le rapport de transmission des engrenages. S‘il n'y a pas de transmission par engrenages, Tvis est égal à T.
Tvis=T×Rapportdetransmission
- Déterminer le pas de la vis (P) : Le pas est la distance parcourue par l'écrou pour un tour complet de la vis. Il est généralement donné en millimètres par tour.
- Calculer la force développée par le vérin (F) : La force est obtenue en divisant le couple à la vis par le rayon de la vis (rayon = diamètre /2) et en ajustant selon le pas de la vis.
F=Tvis/((Diamètre de la vis)⁄2) )×2π/P
- Ici, 2π/P est le facteur de conversion du mouvement rotatif en mouvement linéaire.
Il est important de noter que cette formule fournit une estimation de la force maximale théorique. Dans la pratique, d'autres facteurs tels que le rendement du vérin, les frottements internes et les conditions de charge peuvent affecter la force réelle disponible. Il est toujours recommandé de consulter la documentation technique du fabricant pour des informations précises sur les performances du vérin.
Comment choisir des vérins électriques et des contrôleurs ?
Plusieurs critères, à la fois mécaniques et électroniques, doivent être pris en compte lors de la sélection des vérins électriques et des contrôleurs.
1. Données de l'application :
- Charge de travail
- Disposition de la charge par rapport à l'actionneur
- Orientation de l'application : horizontale, verticale ou murale
- Durée de cycle : il permet de calculer la vitesse et l'accélération
Par ailleurs, d'autres exigences telles que l'environnement d'installation (poussière, résistance à l'eau, environnement de production des batteries rechargeables, etc.) doivent être prises en compte.
2. Choix de la mécanique :
Système de transmission mécanique
Le choix du système mécanique détermine la précision et le dynamisme du système. Il existe deux types de systèmes de transmission mécaniques :
- Par vis à billes : ce sont des systèmes plus précis qui ne demandent pas d'entretien. Cependant, ils ne sont pas adaptés aux longues courses.
- Par courroie : le système de transmission par courroie convient pour des courses plus longues, mais sa force de poussée est plus faible.
Type de guidage
Ce critère est particulièrement important, car le système de guidage définit la durée de vie et la solidité du vérin électrique. Il existe différents types de guidage, parmi lesquels :
- Guidage linéaire
- Système à double guidage
- Guidage auxiliaire pour le renforcement du système
3. Choix du moteur :
Type de moteur
Le choix du moteur, pas à pas ou servomoteur, va déterminer le dynamisme du système.
- Moteurs pas à pas : les moteurs pas à pas industriels offrent une solution rentable, une répétabilité élevée et un meilleur couple à faible vitesse de rotation, ce qui les rend adaptés aux applications de transfert et de pick&place.
- Servomoteurs : les servomoteurs industriels ont une puissance et une dynamique élevées, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant des mouvements coordonnés.
Type de codeur intégré au moteur
Il est important de choisir l'encodeur adéquat, car il fournit des informations réelles et immédiates sur ce qui se passe dans le vérin électrique. Il existe trois grands types d'encodeurs:
- Codeur incrémental
- Codeur absolu
- Codeur absolu sans batterie
4. Type de contrôle :
En plus du vérin, il faut sélectionner le contrôleur qui s'adapte le mieux aux besoins de l'application. Il existe trois grands groupes de contrôleurs :
- Contrôleur à données de positionnement
- Contrôleur à entrées impulsionnelles
- Contrôleur à protocole de communication
Tous ces types de contrôleurs peuvent être pour le contrôle d‘un axe unique ou le contrôle simultané de plusieurs axes.
Vérins électriques : exemples d‘applications
Il existe de nombreux modèles d'actionneurs ou de vérins électriques aux caractéristiques très différentes, car ils sont utilisés dans des secteurs industriels très variés. Les applications les plus courantes des vérins électriques sont les suivantes :
- Insertion de pièces à usiner ou assembler
- Pick&Place
- Applications de positionnement
En général, les vérins électriques conviennent aux applications nécessitant un contrôle précis du mouvement. Sélectionnez facilement vos vérins grâce à notre logiciel de sélection de vérins électriques. Avez-vous besoin de conseils pour choisir ? Consultez nos spécialistes.
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