Déflexion de l'arbre linéaire : quand un arbre non pris en charge a-t-il besoin d'un soutien supplémentaire

 

Dans de nombreux systèmes de mouvement linéaire simples, un arbre linéaire non supporté peut bien fonctionner lorsque la course est courte et la charge légère. Il est économique, facile à installer et largement utilisé avec les roulements linéaires standard. Cependant, lorsque l’arbre s’allonge ou que la charge mobile devient plus lourde, la déflexion de l’arbre peut devenir un réel problème.

La déviation linéaire de l’arbre ne signifie pas toujours que l’arbre est cassé. Dans de nombreux cas, l’arbre ne se plie que légèrement sous la charge. Mais même une petite quantité de flexion peut affecter le mouvement du roulement linéaire. Le roulement peut sembler serré dans certaines positions, la force de glissement peut devenir inégale ou la machine peut perdre sa stabilité lors de mouvements répétés.

Cet article explique ce qu'est la déflexion linéaire de l'arbre, pourquoi les arbres non supportés se plient plus facilement et quand unarbre linéaire supporté, Rail supporté par SBR, Rail supporté par TBR, ou un guidage linéaire profilé doit être envisagé.

Qu’est-ce que la déflexion linéaire de l’arbre ?

La déviation de l'arbre linéaire fait référence à la flexion ou à l'affaissement d'unarbre linéaire rondsous charge. Cela se produit le plus souvent lorsque l'arbre est supporté uniquement aux deux extrémités et que la portée non supportée est relativement longue.

Dans un système de roulements linéaires, l’arbre n’est pas seulement une surface de guidage. Il devient également partie intégrante de la structure de soutien. Si l'arbre se plie pendant le fonctionnement, les conditions de contact entre l'arbre et le roulement linéaire changent. Cela peut augmenter la friction, créer une charge inégale sur les billes du roulement et réduire la fluidité du mouvement.

Pour cette raison, la déflexion de l'arbre doit être prise en compte ainsi que le diamètre de l'arbre, la longueur de l'arbre, le poids de la charge, le type de roulement, le sens d'installation et la rigidité du châssis de la machine.

Pourquoi les arbres linéaires non supportés se plient plus facilement

Un arbre linéaire sans support est généralement fixé aux deux extrémités ou monté avec des blocs de support d'arbre. La section médiane de la tige n'a pas de support continu. Lorsque la tige est courte, cette structure peut être simple et efficace. Mais lorsque la distance entre les supports s'allonge, l'arbre devient plus facile à plier sous le poids des pièces mobiles.

Ceci est particulièrement important dans les systèmes à mouvement horizontal. En installation horizontale, la gravité agit directement sur l’arbre et le chariot en mouvement. Si le diamètre de l'arbre est trop petit pour la portée et la charge, l'arbre peut fléchir au milieu. Plus la portée non supportée est longue, plus la rigidité devient importante.

Le problème n’est pas toujours visible au premier coup d’œil. Un arbre peut paraître droit lorsqu'il n'y a pas de charge, mais après l'ajout du bloc de roulement linéaire, de la plaque de montage, du dispositif ou de la pièce à usiner, l'arbre peut se plier suffisamment pour affecter le mouvement.

Quand la déflexion de l’arbre devient-elle un problème ?

Une légère déviation de l'arbre peut toujours être acceptable dans les équipements de faible-précision ou-pour travaux légers. La déflexion de l'arbre devient un problème lorsqu'elle commence à affecter le mouvement du roulement, la stabilité du positionnement ou la durée de vie.

Dans de nombreuses applications réelles, le premier signe d’avertissement n’est pas une flexion visible. Au lieu de cela, la machine peut présenter un mouvement instable ou une résistance au glissement inégale.

Si ces problèmes apparaissent après avoir augmenté la longueur de l'arbre, le poids de la charge ou la vitesse de travail, la déflexion de l'arbre doit être vérifiée avant de remplacer uniquement le roulement.

Référence de déflexion de l'arbre : combien est-ce trop ?

Le tableau suivant montre les valeurs approximatives de déflexion médiane pour un arbre horizontal simplement supporté sous une charge ponctuelle centrale. Ces chiffres supposent un arbre en acier massif (E=206 GPa) supporté aux deux extrémités avec la charge appliquée au centre - la pire position-de déflexion.

 

Diamètre de l'arbre	Portée non prise en charge	Charge de 5 kg	Charge de 10 kg	Charge de 20 kg
16 millimètres	400 millimètres	0,05 mm	0,10 mm	0,20 mm
16 millimètres	600 millimètres	0,17 mm	0,34 mm	0,68 mm
20 millimètres	500 millimètres	0,04 mm	0,08 mm	0,16 mm
20 millimètres	800 millimètres	0,16 mm	0,32 mm	0,64 mm
25 mm	600 millimètres	0,04 mm	0,08 mm	0,16 mm
25 mm	1000 millimètres	0,19 mm	0,38 mm	0,76 mm
32 millimètres	800 millimètres	0,04 mm	0,08 mm	0,16 mm
32 millimètres	1200 millimètres	0,20 mm	0,40 mm	0,80 mm

 

 

Remarque : Ces valeurs reflètent la déflexion du poids propre de l'arbre et la déflexion de la charge ponctuelle combinées. La déflexion réelle dépend de la position du bloc de roulement, de la répartition des masses du chariot et de la rigidité du châssis de la machine. Utilisez ces chiffres comme référence de départ et non comme calcul de conception final.

 

Quel degré de déviation est acceptable ?

Comme référence pratique pour sélectionner une méthode de support d’arbre :

 

En dessous de 0,05 mm :Généralement acceptable pour la plupart des applications-légères et d'automatisation générale.

0,05 à 0,10 mm :La limite - peut provoquer une variation notable de la résistance dans le roulement ; envisager un diamètre plus grand ou un arbre supporté

Au-dessus de 0,10 mm :Susceptible de provoquer un grippage des roulements, une force de glissement inégale et une usure accélérée ; un arbre supporté, un rail SBR ou un guidage linéaire profilé doit être évalué

 

Pour les équipements de précision tels que les machines de marquage laser, les systèmes d'inspection ou les tables de mesure de coordonnées, la limite acceptable est généralement de 0,02 à 0,03 mm. Dans ces cas, un arbre sans support constitue rarement le bon choix, quel que soit son diamètre.

Arbre linéaire non supporté vs arbre linéaire supporté : la vraie différence

La principale différence entre un arbre linéaire non supporté et un arbre linéaire supporté ne réside pas seulement dans la forme du produit. C'est la manière dont l'arbre est soutenu pendant le fonctionnement.

Un arbre sans support dépend principalement de supports d'extrémité ou de blocs de montage. Un arbre linéaire supporté comporte une base de support sous l'arbre sur toute sa longueur. Ce support continu aide à réduire la flexion et améliore la stabilité dans les applications à long déplacement.

Cela ne signifie pas qu’un arbre supporté soit toujours le meilleur choix. Le choix correct dépend de la charge réelle, de la course, du diamètre de l'arbre, des exigences de précision et de l'espace de montage disponible.

Facteurs qui augmentent la déflexion de l'arbre linéaire

La déflexion de l’arbre ne doit pas être jugée uniquement par la longueur de l’arbre. Un arbre long avec un diamètre suffisamment grand et une charge légère peut toujours bien fonctionner. Un arbre plus court avec une charge lourde et un mauvais support peut quand même causer des problèmes de mouvement. Plusieurs facteurs doivent être vérifiés ensemble.

Longueur de l'arbre

Plus la portée non supportée est longue, plus l'arbre se plie facilement. Les équipements à longue course, les tables coulissantes, les machines de découpe et les cadres d'automatisation devraient accorder plus d'attention au support d'arbre.

Diamètre de l'arbre

Un diamètre d'arbre plus grand offre généralement une plus grande rigidité. Si le diamètre de l'arbre est trop petit pour la longueur de déplacement et la charge, il peut être nécessaire d'augmenter le diamètre ou de modifier la méthode de support.

Poids de charge

La plaque mobile, le dispositif, l'outil, la pièce à usiner et les blocs de roulement ajoutent tous une charge au système de guidage. Si la charge réelle est supérieure à celle prévue, l'arbre peut fléchir plus que ce que la conception originale permettait.

Distance d'assistance

Pour les arbres non supportés, la distance entre les points d'appui est très importante. Si les supports sont trop éloignés les uns des autres, la partie centrale de l'arbre devient la zone la plus faible sous charge.

Instructions d'installation

En installation horizontale, la gravité peut provoquer l’affaissement de l’arbre. Dans une installation verticale, l'arbre peut être utilisé principalement pour le guidage, mais l'alignement et la rigidité restent importants pour un mouvement stable.

Alignement d'arbres parallèles

De nombreuses machines utilisent deux arbres parallèles. Si un arbre se plie plus que l'autre, ou si les deux arbres ne sont pas installés parallèlement, les roulements linéaires peuvent se coincer. Dans ce cas, le problème peut ressembler à une défaillance d’un roulement, mais la véritable cause peut être le support ou l’alignement.

Quand devriez-vous choisir un arbre linéaire supporté ?

Un arbre linéaire supporté est généralement envisagé lorsque le système de mouvement a besoin d'un meilleur support qu'un simple arbre non supporté peut fournir. Il est couramment utilisé dans les applications à course plus longue où l'arbre doit rester stable lors de mouvements répétés.

Vous aurez peut-être besoin d'un arbre linéaire supporté ou d'un rail linéaire supporté par SBR lorsque :

• L'arbre est long et soutenu uniquement aux deux extrémités.
• Le plateau ou chariot mobile n'est pas très léger.
• Le roulement devient serré vers le milieu de la course.
• La machine a besoin d’un mouvement plus fluide sur une course plus longue.
• Le système est utilisé dans les routeurs CNC, les machines à bois, les tables d'automatisation, les machines d'emballage ou des équipements similaires.
• L'acheteur a besoin d'une meilleure stabilité, mais n'a pas besoin d'un guidage linéaire à profil de rigidité élevée.

Les rails supportés SBR sont une solution courante pour les systèmes à arbre rond supportés économiques. Les rails supportés en TBR peuvent être envisagés lorsque la structure nécessite une meilleure rigidité qu'un système SBR standard.

Quand un arbre sans support est-il toujours acceptable ?

Un arbre linéaire sans support est toujours utile dans de nombreuses machines. Il ne doit pas être remplacé par un arbre supporté dans chaque application. Pour les systèmes à course courte et à charge légère, un arbre sans support peut être plus simple, plus compact et plus économique.

Un arbre linéaire sans support peut convenir dans les cas suivants :

• La longueur du trait est courte.
• La charge mobile est légère.
• Le diamètre de l'arbre est suffisamment grand pour la portée.
• La machine ne nécessite pas une grande rigidité ni une grande précision de positionnement.
• L'équipement dispose d'un support de cadre suffisant et d'un bon alignement.
• La conception nécessite une structure de mouvement linéaire simple et-faible coût.

Pour de nombreux appareils légers-, un arbre sans support avec un roulement linéaire approprié peut fournir un mouvement fluide et fiable. La clé est de vérifier si la portée, la charge et la rigidité correspondent aux conditions de travail réelles.

Quand devriez-vous plutôt envisager un guidage linéaire profilé ?

Un arbre linéaire supporté peut réduire la déflexion, mais il reste néanmoins différent d'un guidage linéaire profilé. Si la machine nécessite une rigidité plus élevée, une capacité de charge de moment plus élevée, une meilleure précision ou une résistance à la force de coupe et aux vibrations, un guidage linéaire profilé peut être plus approprié.

Les guidages linéaires profilés sont souvent utilisés dans les machines CNC, les systèmes d'automatisation à grande vitesse-, les équipements de positionnement de précision et les structures de machines-à usage intensif. Ils fournissent une structure de rails et de blocs plus rigide qu'un système à arbre rond.

En termes simples, un arbre supporté constitue souvent une amélioration pratique par rapport à un arbre non supporté. Un guidage linéaire profilé constitue une solution plus efficace lorsque l'application nécessite une rigidité et une précision plus élevées.

Liste de contrôle pratique avant de sélectionner un système d'arbre linéaire

Avant de choisir entre un arbre sans support, un arbre supporté, un rail SBR, un rail TBR ou un guidage linéaire profilé, les acheteurs doivent confirmer l'état de fonctionnement réel au lieu de sélectionner uniquement en fonction du diamètre de l'arbre ou du prix.

Si l'application présente un long débattement, une charge moyenne ou lourde, une flexion visible de l'arbre, une force de glissement instable ou un grippage des roulements, la méthode de support doit être revue avant la sélection finale.

Conclusion

Les arbres linéaires sans support sont simples et économiques, et ils conviennent toujours à de nombreuses applications à faible course-et légères-charges. Cependant, lorsque l'arbre s'allonge, que la charge augmente ou que la machine a besoin d'un mouvement plus stable, la déflexion linéaire de l'arbre peut devenir un sérieux problème de sélection.

La déflexion de l'arbre devient un problème lorsqu'elle provoque un grippage des roulements, un glissement irrégulier, du bruit, des marques d'usure, des vibrations ou une précision de positionnement instable. Dans ces cas, un arbre linéaire supporté, un rail supporté SBR, un rail supporté TBR ou un guidage linéaire profilé peuvent être nécessaires.

La meilleure solution doit être sélectionnée en fonction du diamètre de l'arbre, de la longueur, de la charge, de la course, du sens d'installation, du type de roulement et de la rigidité requise. Une méthode de support correcte peut aider le système de mouvement linéaire à fonctionner plus facilement et réduire les problèmes de roulements lors d'une utilisation à long terme-.