L’une des grandes satisfactions de travailler chez Progressive Automations est d’entendre nos clients expliquer comment ils prévoient d’utiliser nos Actionneurs. Des aménagements domestiques aux applications industrielles, l’automatisation n’a pratiquement pas de limites. Pour concrétiser vos idées avec nos Vérins linéaires, de nombreux paramètres de l’application envisagée doivent être définis. Dans cette série, nous présentons des techniques de conception utiles pour déterminer comment nos Actionneurs peuvent être utilisés.
Introduction
Vous voulez soulever une trappe de cave ? Ou faire coulisser une bibliothèque cachée ? Parfait ! Mais par où commencer…
La première étape de toute conception en mouvement linéaire consiste à déterminer comment l’Actionneur sera positionné pour déplacer un objet. Une fois cela défini, les dimensions de base de l’Actionneur – sa force et sa longueur – peuvent être facilement déterminées. Une attention minutieuse aux détails à ce stade de la conception peut réellement faire économiser de l’argent, car le système peut fonctionner sans interrupteurs supplémentaires pour limiter le mouvement (nous y reviendrons plus tard) ; une mauvaise planification peut produire un système de mouvement linéaire inutilement lent, qui sollicite excessivement la structure environnante, est sujet à la surchauffe ou se révèle globalement peu sûr.
Objectifs de la conception
L’objectif de ce processus de conception est de choisir un Actionneur et une position de Montage qui :
- maximise la quantité de mouvement dans le système,
- maintienne l’Actionneur dans des conditions de fonctionnement sûres,
- minimise l’usure et les contraintes sur l’Actionneur.
Choisir un Actionneur
Cette étape est la plus importante lorsque vous avez décidé de créer une application qui utilise des Actionneurs électriques.
Longueur totale
La distance entre les trous de Montage d’un Actionneur (à l’exception de l’Actionneur à rail PA-18) peut être décrite par les équations suivantes :
Remarque : le corps du Boîtier (qui comprend le Moteur, les Engrenages et le support inférieur) a une longueur fixe, propre à chaque série d’Actionneurs, et est indépendante de la longueur de Course. Une page contenant des tableaux des longueurs rétractée et étendue de toutes les tailles de Course régulièrement stockées pour chacun de nos modèles d’Actionneurs se trouve dans l’onglet Trou à trou de la page de ressources.
Interrupteurs de fin de course
Tous nos Vérins linéaires électriques sont équipés d’Interrupteurs de fin de course intégrés qui arrêtent automatiquement le Moteur lorsque l’Actionneur est complètement étendu ou rétracté. L’Interrupteur de fin de course intégré fonctionne en ouvrant le circuit du Moteur ; on peut donc compter sur lui pour arrêter l’Actionneur de manière sûre et constante à un point précis. Si l’Actionneur cesse de bouger parce qu’il est coincé contre quelque chose, soit l’Actionneur cassera, soit il endommagera ce sur quoi il est monté. Ainsi, la seule manière sûre d’arrêter un Actionneur qui n’est ni complètement étendu ni complètement rétracté est de couper l’alimentation à l’extérieur.
Il est recommandé de laisser à un Actionneur l’espace nécessaire pour se déployer ou se rétracter complètement et de laisser ses Interrupteurs de fin de course intégrés dicter l’amplitude totale du mouvement dans un système. Si un système ne peut pas être conçu pour que l’Actionneur se déploie ou se rétracte totalement, des Interrupteurs de fin de course externes peuvent être placés dans le système afin que l’Actionneur (ou une autre pièce mobile) entre en contact avant que l’Actionneur ne soit complètement étendu ou rétracté.
Emplacement de Montage
L’emplacement de Montage de l’Actionneur influencera à la fois la force maximale que l’Actionneur devra exercer et la longueur de Course. En général, plus un emplacement de Montage est caché ou discret, plus la force requise pour déplacer l’objet est importante. Il est important de se rappeler que la manière dont un Actionneur est monté peut facilement doubler voire quadrupler la force apparente sur l’Actionneur ; un calcul de la force devrait donc toujours être tenté, même s’il ne s’agit que d’une estimation approximative.
Une idée reçue fréquente au sujet des Vérins linéaires est qu’ils peuvent remplacer des vérins à gaz (c.-à-d. des amortisseurs) en étant montés exactement au même endroit. Les vérins à gaz aident l’utilisateur en maintenant un objet en place ou en réduisant la force nécessaire pour déplacer un objet ; ils n’exercent pas toute la force motrice comme doit le faire un Actionneur. Les vérins à gaz ont également un profil bas et peuvent être montés de manière très discrète. Placer un Actionneur à l’endroit où se trouvait un vérin à gaz (par exemple sous le capot d’une voiture) ne devrait être envisagé qu’après avoir calculé la force maximale que l’Actionneur devra exercer.
Sauf si l’Actionneur fait coulisser un objet dans la même direction que celle dans laquelle il est monté, l’Actionneur pivotera probablement sur ses fixations lorsqu’il déplacera l’objet. Veillez à ce que l’Actionneur dispose de suffisamment d’espace pour se déplacer et que le seul contact qu’il ait avec la structure porteuse passe par les supports de Montage.
Force et couple
Après avoir choisi une longueur et un emplacement de Montage, la seule tâche restante pour choisir un Actionneur consiste à calculer la force maximale appliquée sur l’Actionneur. Un Actionneur subit des forces différentes selon la façon dont il est monté. Une méthode simple pour calculer la force dans les systèmes à mouvement rotatif consiste à convertir toutes les forces en couples.
Bras de levier
La force de gravité a tendance à créer un couple dans le sens horaire, avec un bras de levier égal à la moitié de la longueur de la barre. La force dont un Actionneur a besoin pour s’opposer à ce couple dépend du bras de levier formé par l’Actionneur et de l’angle que l’Actionneur forme par rapport à la barre.
Angle
L’emplacement de Montage B se situe au milieu de la barre ; les bras de levier des couples dus à la gravité et à l’Actionneur sont donc identiques. La position de Montage A est située entre la charnière et le milieu de la barre ; le bras de levier qu’un Actionneur formerait y est donc plus petit que le bras de levier formé par la gravité.
Figure 1 : Élément pivotant avec les emplacements de Montage possibles mis en évidence
Par conséquent, la force d’un Actionneur positionné en A devra être plus grande que s’il était positionné en B. Il devrait être clair que, dans les deux cas, la force la plus élevée apparaît lorsque la barre est horizontale ; à mesure que la barre est abaissée, la force nécessaire pour maintenir la barre en place diminue parce que le bras de levier dû à la gravité diminue également.
L’analyse ci-dessus a pris en compte la façon dont l’emplacement de Montage affecte le bras de levier et les forces appliquées à un Actionneur. Pour déterminer complètement la force, il faut considérer l’angle formé entre l’Actionneur et la barre. À mesure que l’angle entre la barre et l’Actionneur diminue, la force sur l’Actionneur augmente. Étant donné que la force sur l’Actionneur est maximale lorsque la barre est horizontale, l’angle entre l’Actionneur et la barre devrait être aussi proche que possible de quatre-vingt-dix degrés à ce point.
Bien sûr, cela impliquerait que l’Actionneur soit monté directement sous la barre, au sol, ce qui n’est pas très pratique. Considérez les positions de Montage 1 et 2 utilisées en combinaison avec B : l’angle formé par l’Actionneur en 1B est plus petit que l’angle en 2B, et la force serait donc plus importante pour un Actionneur. Notez toutefois qu’avec l’Actionneur en position 2B, l’objet ne pourra pas se déplacer autant que, par exemple, en 1A. De manière générale, lorsque la position de Montage est modifiée de façon à réduire la force sur l’Actionneur, l’amplitude totale du mouvement dans le système diminue.