Précharge des guidages et axes linéaires : quand l'appliquer et quand l'éviter

La précharge peut être un facteur déterminant dans de nombreuses applications de mouvement linéaire. Cet article explique l’intérêt de la précharge des guidages et axes linéaires et fournit des conseils sur les cas où la précharge est bénéfique, ceux où elle doit être minimisée ou évitée, et comment déterminer le niveau de précharge le plus approprié pour une conception donnée.

Un grand nombre de composants pour le mouvement linéaire peuvent être préchargés, notamment les roulements à galets, les guidages à rail profilé et les entraînements linéaires tels que les vis à billes et arbres cannelés. Dans les guidages linéaires, la précharge est introduite en réduisant ou en éliminant les jeux entre le coulisseau (également appelé chariot ou patin), ses éléments roulants et le rail linéaire.

Il en résulte un ensemble plus rigide qui fonctionne sans jeu et présente une déformation réduite lorsqu’il supporte une charge. Ce point est crucial dans les applications de commande de mouvement de haute précision, qui reposent sur un positionnement exact, stable et parfaitement répétable.

Les guidages linéaires Rollon MGB à rails profilés constituent un exemple pertinent de précharge dans les systèmes exigeant un positionnement de haute précision pour des charges légères à lourdes. Ici, l’élément coulissant est un bloc (appelé chariot ou patin) contenant des rangées de billes à recirculation.

Ces billes peuvent être légèrement surdimensionnées par rapport à la distance entre la surface de la piste du rail et la gorge de roulement à l’intérieur du patin. Des billes légèrement surdimensionnées peuvent conférer une précharge d’environ 2 % de la capacité de charge du guidage linéaire, tandis que des billes surdimensionnées peuvent créer une précharge plus élevée, de l’ordre de 4 %.

La série Rollon MGB est disponible en trois classes de précharge :

• K0 : Précharge quasi nulle pour un guidage fluide.
• K1 : Précharge légère pour une rigidité améliorée, une déformation réduite et des vibrations minimisées, offrant un équilibre entre rigidité et fluidité du guidage.
• K2 : Précharge élevée pour une rigidité maximale sous des charges dynamiques ou des vibrations, au prix d’un frottement accru et d’une durée de vie ou de capacités d’accélération réduites.

Comment choisir la précharge la plus appropriée

La précharge optimale pour un guidage linéaire dépend principalement :

• Du nombre de rails utilisés sur un axe.
• Du parallélisme réalisable entre les rails parallèles (le cas échéant).

Par exemple, les axes linéaires à double rail, tels que le Rollon Robot Plus ou le R-Smart, utilisent des paires de chariots sur des rails parallèles pour offrir un appui en quatre points et minimiser le tangage, le roulis et le lacet. Dans de tels systèmes, l’augmentation de la précharge accroît également les exigences d’alignement. Un alignement insuffisant peut sinon introduire des forces et des moments supplémentaires qui réduisent la durée de vie.

Axe linéaire Robot Plus.

La rigidité et la dynamique de l’application sont également des facteurs clés. Les vis à billes et les moteurs linéaires sont souvent associés à des guidages à précharge modérée ou élevée, car les applications qui justifient ces entraînements exigent généralement une rigidité élevée. Une unité à vis à billes de précision comme l’axe linéaire Rollon TT bénéficie d’un chariot contenant des patins avec une précharge plus élevée pour atteindre une forte rigidité.

Une précharge plus importante peut également empêcher le glissement des éléments roulants lors d’accélérations élevées, comme dans les systèmes entraînés par des moteurs linéaires.

Cependant, il existe des cas où une précharge excessive présente des inconvénients. Dans les conceptions miniatures ou les applications sensibles au coût, la précharge peut réduire la durée de vie prévue ou nécessiter des moteurs plus puissants, et donc plus onéreux, en raison de l’augmentation des forces de frottement. Lorsque la précharge génère une chaleur inacceptable, elle doit être réduite ou éliminée.

Dans les rares cas où la précharge peut introduire une charge statique qui n’est pas entièrement compensée par la charge utile de l’axe, ses effets sur la capacité de charge et la durée de vie du système doivent être soigneusement évalués avant de prendre une décision finale.

Quand la précharge est indispensable

Une précharge légère – généralement 2 % de la capacité de charge d’un guidage – est souvent nécessaire pour maintenir la précision de positionnement dans des applications telles que la découpe, l’impression, l’assemblage, l’emballage, l’imagerie médicale et d’autres fonctions de guidage impliquant des charges utiles légères à modérées. Une précharge légère peut également suffire dans les applications où les charges utiles se déplacent systématiquement dans une seule direction.

Une précharge modérée à élevée – de l’ordre de 5 % – est généralement nécessaire pour éviter la déformation des guidages dans les applications d’usinage, logistiques et autres systèmes de mouvement transportant des charges importantes. Une précharge plus élevée est également essentielle pour minimiser la déformation des axes linéaires en porte-à-faux, tels que ceux que l’on trouve sur les effecteurs terminaux des robots cartésiens.

Choisir le système linéaire adapté à votre application

Lorsque la précharge est un facteur déterminant, il est essentiel de choisir le niveau adéquat dès le départ pour répondre aux exigences de performance, de durée de vie et de coût. Consulter un ingénieur Rollon peut vous aider à vous assurer que votre système linéaire est correctement adapté aux besoins de votre application.

Contactez un ingénieur Rollon pour découvrir la meilleure solution de guidage pour votre système.