Couple de démarrage des vis à billes et couple de fonctionnement : pourquoi sont-ils différents ?

Le couple de démarrage et le couple de fonctionnement des vis à billes décrivent différentes conditions de fonctionnement. Le couple de démarrage doit initier la rotation et accélérer l'axe, tandis que le couple de fonctionnement maintient le système en mouvement une fois le mouvement stabilisé.

Dans un système de vis à billes correctement assemblé, le couple de démarrage peut être modérément supérieur au couple de fonctionnement constant. Cependant, une augmentation importante du couple, une forte résistance dépendante de la position ou une augmentation continue du courant du moteur peuvent indiquer une lubrification inappropriée, une précharge excessive, une résistance d'étanchéité, des problèmes de roulements de support ou un mauvais alignement de l'installation.

Comprendre d'où vient le couple permet de distinguer la résistance normale des vis à billes d'un problème mécanique en développement.

1. Qu'est-ce que le couple de démarrage des vis à billes ?

Le couple de démarrage est le couple requis au moment où la vis à billes commence à tourner à partir du repos. On l'appelle également couple de décollage dans certains contextes d'ingénierie et de maintenance.

Le couple de démarrage peut inclure :

• Couple requis pour déplacer la charge axiale externe
• Couple requis pour accélérer la masse en mouvement
• Couple requis pour accélérer la vis à billes, l'accouplement et le rotor du moteur
• Traînée interne due à la précharge de la vis à billes
• Résistance aux joints d'écrou et aux racleurs
• Supporte la-résistance des roulements et des-joints d'étanchéité
• Résistance de la graisse avant qu’elle ne commence à circuler
• Résistance des guidages, des{0}}chaînes de câbles et des joints de machine-

Le couple de démarrage n'est pas nécessairement une valeur fixe. Elle peut changer en fonction de la température, des conditions de lubrification, de la position de la vis, du sens de déplacement et de la durée pendant laquelle la machine est restée immobile.

2. Qu'est-ce que le couple de fonctionnement des vis à billes ?

Le couple de fonctionnement est le couple requis une fois que la vis à billes a commencé à bouger. Il peut être évalué lors d'une accélération, d'un déplacement à vitesse constante-ou d'une décélération, de sorte que la condition de fonctionnement doit être indiquée lors de la comparaison des valeurs.

Pour une analyse pratique, le couple de fonctionnement peut être divisé en deux conditions :

Couple de fonctionnement pendant l'accélération

Le moteur doit continuer à accélérer la masse en mouvement et les composants en rotation. Le couple peut rester proche de la valeur de départ jusqu'à ce que la vitesse cible soit atteinte.

Couple de fonctionnement constant

Une fois que l’axe atteint une vitesse constante, le couple d’accélération devient approximativement nul. Le moteur doit principalement surmonter la charge de travail externe et la résistance mécanique du système de vis à billes.

C'est pourquoi le couple de fonctionnement constant est généralement inférieur au couple de démarrage ou d'accélération.

3. Couple de démarrage par rapport au couple de fonctionnement

Comparaison	Couple de démarrage	Couple de fonctionnement stable
État de fonctionnement	L'Axe commence à bouger du repos	L'axe se déplace à une vitesse approximativement constante
Couple d'accélération	Normalement inclus	Environ zéro à vitesse constante
Résistance aux graisses	Peut être plus élevé après un arrêt prolongé ou à basse température	Peut diminuer après la redistribution du lubrifiant
Contrôle moteur	Vérifier le couple maximal	Vérifier le couple continu et efficace
Symptôme typique si excessif	Pic de courant de démarrage ou échec de déplacement	Chaleur continue, courant élevé ou vitesse instable

4. Composants de base du couple des vis à billes

Le couple total du moteur au démarrage peut être représenté conceptuellement comme :

A vitesse constante, l'équation devient approximativement :

Où:

• T_chargerest le couple nécessaire pour surmonter la charge axiale externe.
• T_{accélération linéaire}est le couple requis pour accélérer la table mobile et la charge utile.
• T_{inertie tournante}est le couple nécessaire pour accélérer la vis à billes, l'accouplement et les autres pièces rotatives.
• T_traînercomprend la précharge des écrous à bille, les joints, la lubrification et la résistance au roulement interne.
• T_autrecomprend les roulements de support, les guidages, les chaînes de câbles et autres résistances de machines.

Cette distinction est importante car la vis à billes elle-même peut ne représenter qu'une partie du couple moteur mesuré.

5. Calcul du couple à partir de la charge axiale

Le couple requis pour convertir le mouvement de rotation en force axiale peut être estimé à l’aide de :

Ce calcul n'inclut pas automatiquement le couple de précharge des écrous, les joints, les roulements de support ou l'inertie de rotation. Ces composants de couple supplémentaires doivent être considérés séparément.

Par exemple, supposons qu'une vis à billes déplace une charge axiale de 1 000 N avec un pas de 10 mm et une efficacité d'entraînement estimée à 0,90 :

Si le couple de fonctionnement constant mesuré est de 2,10 N·m, les 0,33 N·m supplémentaires peuvent provenir de la traînée de l'écrou à bille, des roulements de support, des joints et d'autres résistances de la machine.

Si le couple de démarrage atteint 3,00 N·m, la différence peut également inclure un couple d'accélération et une plus grande résistance du lubrifiant au démarrage. Le résultat doit être analysé en séparant les conditions de fonctionnement plutôt que de supposer que la vis à billes est défectueuse.

6. Comment la précharge des vis à billes affecte le couple

La précharge des vis à billes supprime ou réduit le jeu axial interne en maintenant un contact contrôlé entre les billes et les chemins de roulement. Cela améliore la rigidité et la précision d'inversion, mais augmente également la résistance au roulement interne.

Une précharge plus élevée produit généralement :

• Jeu axial inférieur
• Une plus grande rigidité du système
• Meilleure stabilité d'inversion
• Couple de traînée plus élevé
• Courant moteur plus élevé
• Plus de chaleur de friction à grande vitesse

Un écrou précontraint peut donc sembler plus serré qu'un écrou à dégagement-même lorsque les deux produits fonctionnent correctement.

Cependant, une précharge plus importante n’est pas toujours meilleure. Une précharge excessive peut provoquer une chaleur anormale, une vitesse maximale réduite, une demande plus élevée du moteur et une durée de vie plus courte de la vis à billes.

Le couple de précharge doit être évalué à l'aide des spécifications du fabricant concernant le diamètre réel de la vis, le pas, le type d'écrou et le niveau de précharge. Une seule norme universelle-de toucher au toucher ne peut pas être appliquée à chaque vis à billes.

7. Résistance des joints et des essuie-glaces

Les joints d'écrou de vis à billes aident à limiter l'entrée de poussière et de contaminants tout en retenant le lubrifiant à l'intérieur de l'écrou. Étant donné que les lèvres d'étanchéité entrent en contact ou suivent étroitement la surface de la vis, elles contribuent à la résistance au fonctionnement.

La résistance du joint peut devenir plus visible dans les cas suivants :

• Les joints sont neufs
• Le matériau du joint est relativement rigide
• La température de fonctionnement est basse
• La surface de la vis est sèche
• Les joints sont contaminés ou endommagés
• Le joint n'est pas adapté à la géométrie de la vis

Une petite quantité constante de traînée du phoque peut être normale. Une résistance qui change brusquement à une position de vis ou produit des dommages visibles au joint doit être inspectée.

8. Comment la lubrification modifie le couple de démarrage

La lubrification réduit le contact avec le métal et favorise une circulation fluide des billes, mais le type, la quantité, la température et l'état du lubrifiant affectent également le couple de traînée.

Viscosité de la graisse

Une graisse à haute-viscosité ou à haute-consistance peut créer plus de résistance qu'un lubrifiant plus léger, en particulier lors du démarrage. Le lubrifiant doit être choisi en fonction de la charge, de la vitesse, de la température et des exigences du fabricant de vis à billes.

Basse température

La graisse devient plus résistante au mouvement à mesure que la température baisse. Une vis à billes qui fonctionne normalement dans un atelier chaud peut nécessiter un couple de démarrage sensiblement plus élevé dans un environnement froid.

Excès de graisse

Un remplissage excessif de l'écrou peut provoquer un barattage de la graisse. Les billes doivent pousser l'excès de graisse à travers le système de circulation, augmentant ainsi la traînée et la température.

Lubrification insuffisante

Trop peu de lubrifiant peut également augmenter la résistance car les contacts roulants et les joints fonctionnent sans un film lubrifiant adéquat. Cela peut entraîner du bruit, une élévation de température et une usure progressive.

Longues périodes sans mouvement

Après un arrêt prolongé, le lubrifiant peut ne plus être réparti uniformément dans la zone de travail. Le couple de démarrage peut changer temporairement jusqu'à ce qu'un mouvement lent de course complète-le redistribue.

Pour plus de détails sur la sélection des lubrifiants et les principes d'entretien, voirLubrification des vis à billes : huile ou graisse et pratiques de maintenance.

9. Pourquoi une nouvelle vis à billes peut sembler plus serrée

Une nouvelle vis à billes peut avoir une traînée plus élevée ou plus visible qu'un ensemble de type à jeu usé-car son contact entre la bille-et-le chemin de roulement, la précharge, les joints et le lubrifiant sont toujours dans leur état d'origine.

Une nouvelle vis à billes peut sembler uniformément serrée pour les raisons suivantes :

• Précharge d'écrou spécifiée
• Nouveau contact d'étanchéité
• Graisse fraîche non encore distribuée
• Basse température pendant l'inspection
• Roulements de support également préchargés

La résistance uniforme est différente de la liaison. Une vis correctement assemblée doit tourner en douceur, sans points serrés soudains, sans grattage, sans clic métallique ou sans variation importante de couple le long de la course.

Ne faites pas délibérément fonctionner une vis à billes anormalement serrée à grande vitesse pour la « porter ». Confirmez d'abord les spécifications du produit, la lubrification et l'état d'installation.

10. Désalignement de l'installation et couple élevé

Une vis à billes est principalement conçue pour supporter une force axiale. Il ne doit pas être forcé pour compenser un moteur décalé, des unités de support mal alignées ou un boîtier d'écrou à bille mal positionné.

Les problèmes d'alignement courants incluent :

• L'arbre moteur et la vis à billes ne sont pas coaxiaux.
• L'accouplement est installé avec un décalage excessif ou une erreur angulaire.
• Les unités de roulement fixes et supportées ne sont pas alignées.
• Le boîtier de l'écrou tire l'écrou à bille latéralement.
• L'axe de la vis n'est pas parallèle aux guides linéaires.
• Les sièges de roulement ou les épaulements de l'arbre ne correspondent pas aux dimensions du support d'extrémité-.
• Les boulons de montage sont serrés avant que l'assemblage puisse s'auto-aligner.

Le désalignement produit souvent un couple qui change avec la position de la vis. Par exemple, l'axe peut tourner facilement près d'une extrémité mais devenir serré près du centre ou de l'extrémité opposée.

Dans cette situation, augmenter la puissance du moteur ne supprime pas la cause mécanique. Cela peut permettre à la machine de continuer à bouger tout en accélérant l'usure de l'écrou, des roulements de support et de l'accouplement.

11. Les roulements de support peuvent également augmenter le couple

Un couple élevé n'est pas toujours causé par l'écrou à bille. Les unités de support à extrémité fixe-utilisent généralement des roulements à contact oblique-pour contrôler le mouvement axial. Leur disposition des roulements et leur précharge influencent la résistance à la rotation.

Le couple du roulement de support-peut devenir excessif pour les raisons suivantes :

• Précharge excessive des roulements
• Orientation incorrecte du roulement
• Quantité de graisse inappropriée
• Mauvais ajustement du siège du roulement-
• Contamination ou dommages aux roulements
• Les extrémités fixes et supportées sont désalignées

Si la vis à billes tourne doucement avant le serrage du contre-écrou de support, mais qu'elle devient serrée par la suite, l'ensemble de roulement de support-doit être vérifié avant de changer l'écrou à bille.

12. Couple de démarrage dans les axes horizontaux et verticaux

Axe horizontal

Sur un axe horizontal, les guides linéaires supportent normalement le poids de la table mobile. Le couple de démarrage de la vis à billes est principalement déterminé par l'accélération, la force du processus, la résistance du guidage et la traînée interne du système.

Axe vertical

Sur un axe vertical, le moteur doit également vaincre la gravité lors du mouvement ascendant. Le couple de démarrage peut donc être sensiblement plus élevé que sur un axe horizontal par ailleurs similaire.

Un axe vertical peut reculer-lorsque le couple moteur est supprimé. Le calcul du couple ne remplace pas la nécessité d'un frein moteur approprié, d'un contrepoids ou d'un système de maintien de charge mécanique-.

13. Comment mesurer le couple de traînée d'une vis à billes

Le couple de traînée est mieux mesuré dans une condition clairement définie. Notez si la mesure inclut uniquement l'écrou à bille, les roulements de support, les joints, l'accouplement ou l'axe complet de la machine.

Une procédure d’inspection pratique est la suivante :

1. Sécuriser la machine et supprimer les forces externes du processus.
2. Pour les axes verticaux, soutenir mécaniquement la charge avant de déconnecter le moteur ou le frein.
3. Débranchez le moteur ou l'accouplement si le test vise à isoler l'ensemble mécanique.
4. Utilisez un instrument de mesure de couple -de plage basse approprié sur l'extrémité de la vis.
5. Faites tourner la vis lentement vers l’avant et enregistrez le pic initial.
6. Continuez à tourner à une vitesse faible et stable et enregistrez le couple de fonctionnement.
7. Répétez le test dans le sens inverse.
8. Mesurez à plusieurs positions le long de la course utilisable.
9. Répétez l'opération une fois que le lubrifiant et l'assemblage ont atteint une température stable.

La mesure doit être répétée dans les mêmes conditions lors de la comparaison de différentes vis ou de la surveillance des changements au fil du temps.

Le courant du moteur peut fournir des informations utiles sur l’état, mais il n’est pas automatiquement égal au couple de la vis à billes. La conversion nécessite un couple moteur constant et doit tenir compte de l'état du variateur, du moteur, de l'accouplement et de l'axe complet.

14. Comment interpréter la mesure

Couple uniforme sur toute la course

Une résistance constante peut indiquer une précharge normale, une résistance au frottement du joint ou à la lubrification. Comparez la valeur avec les spécifications du produit ou de la machine.

Une position serrée

Une augmentation localisée du couple peut indiquer des dommages à l'arbre, une contamination, des défauts de chemin de roulement, une flexion locale ou une distorsion de l'installation.

Le couple augmente vers une extrémité

Cela peut indiquer un-désalignement de l'unité de support, un décalage du boîtier de l'écrou-ou une perte de parallélisme entre la vis à billes et les guides linéaires.

Le couple est élevé dans les deux sens après l'installation du support

Vérifiez la précharge-des roulements d'extrémité fixe, le contre-écrou, l'ajustement des roulements et l'alignement des deux unités de support.

Le couple de démarrage est élevé à froid mais diminue après plusieurs cycles

La viscosité du lubrifiant et la rigidité du joint peuvent y contribuer. Confirmez que la graisse est adaptée à la température de fonctionnement minimale.

Le couple de fonctionnement continue d'augmenter

Une augmentation continue est plus préoccupante qu’un bref pic de démarrage. Arrêtez-vous et vérifiez s'il y a des problèmes de lubrification, une précharge excessive, un désalignement, des roulements endommagés ou une chaleur anormale.

15. Résistance normale ou problème ?

Observation	Interprétation possible
Résistance douce et uniforme	Peut être une précharge normale, une traînée de joint ou de lubrifiant
Brève augmentation de démarrage à basse température	Vérifier la température nominale du lubrifiant et la quantité de graisse
Point serré soudain à la même position	Inspecter l'alignement, la contamination et l'état du chemin de roulement
Changements de couple après avoir serré le boîtier de l'écrou	Possible désalignement du boîtier de l'écrou-
Changements de couple après serrage du contre-écrou de support	Support possible-problème de préchargement
Couple de fonctionnement élevé en cas d'augmentation de la température	Arrêtez-vous et inspectez l’ensemble complet

16. Quel couple doit être utilisé pour la sélection du moteur ?

La sélection du moteur ne doit pas utiliser uniquement le couple de démarrage ou uniquement le couple de fonctionnement. Le cycle de mouvement complet doit être vérifié.

• Couple moteur maximaldoit couvrir le démarrage, l'accélération, la décélération et les courts pics de force du processus.
• Couple continudoit couvrir les mouvements soutenus et les conditions de maintien, le cas échéant.
• Couple efficacedoit rester dans les limites de la capacité thermique du moteur pendant tout le cycle de service.
• Couple disponible à la vitesse de fonctionnementdoit être vérifié à partir de la courbe de couple-vitesse du moteur.

L’ajout d’un facteur de sécurité est utile, mais il ne doit pas être utilisé pour masquer une résistance mécanique inconnue. La traînée de la vis à billes, le couple du roulement de support-, la résistance du guidage et les forces externes doivent être estimés ou mesurés séparément dans la mesure du possible.

17. Dépannage d'un couple de démarrage excessif

Si le couple de démarrage est supérieur à celui prévu, vérifiez le système dans cet ordre :

1. Confirmez si l'axe est horizontal ou vertical et si le calcul de la charge est correct.
2. Vérifiez les paramètres d'accélération, de vitesse du moteur et de profil de mouvement-.
3. Confirmez le type d'écrou à bille et la précharge spécifiée.
4. Inspectez le type, la quantité, l’état et la plage de température du lubrifiant.
5. Vérifiez les joints et les racleurs pour déceler tout dommage ou toute contamination.
6. Faites tourner la vis à billes avant de connecter le boîtier de l'écrou pour identifier les changements d'assemblage.
7. Vérifiez la précharge-des roulements d'extrémité fixe et l'état du contre-écrou.
8. Vérifiez l'alignement entre le moteur, l'accouplement et la vis à billes.
9. Vérifier le parallélisme entre la vis à billes et le système de guidage linéaire.
10. Mesurez le couple à plusieurs positions et dans les deux sens.

Remplacer le moteur par un modèle plus grand ne devrait pas être la première réponse à un couple inexpliqué. Si la résistance mécanique est anormale, un moteur plus puissant ne peut que retarder la défaillance tout en augmentant la contrainte sur l'accouplement, l'écrou et les roulements de support.

Conclusion

Le couple de démarrage des vis à billes est normalement supérieur au couple de fonctionnement constant car le moteur doit initier le mouvement, accélérer les composants mobiles et rotatifs et surmonter la résistance initiale de la précharge, des joints, du lubrifiant et des roulements de support.

La différence doit être douce, reproductible et cohérente avec la conception de la vis à billes et de la machine sélectionnée. Une grande variation de couple, des points serrés localisés, un couple de fonctionnement croissant ou une chaleur excessive ne doivent pas être considérés comme un comportement de rodage normal.

Une évaluation fiable nécessite que la charge externe, l'accélération, la traînée de la vis à billes, la résistance des roulements de support-et l'alignement complet de la machine soient pris en compte séparément. Cela permet de sélectionner le bon moteur et d’identifier les problèmes mécaniques avant qu’ils ne provoquent une usure prématurée.

Fournitures DLYvis à billesdans différents diamètres, pas, structures d'écrous, conditions de précharge et degrés de précision. L'usinage final et les unités de support correspondantes peuvent également être confirmées en fonction de la disposition de la machine.

Pour une inspection et un entretien de routine, consultez leGuide d'entretien des vis à billes roulées.

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