Comment choisir un actionneur rotatif de haute précision pour les applications industrielles ?

1. Commencez par présélectionner les séries d’actionneurs rotatifs en fonction de leurs caractéristiques structurelles

Bonjour à tous, je suis Theodore Li, directeur technique chez HONPINE.

Lors du choix d’un actionneur rotatif de haute précision pour des applications industrielles, la première étape consiste à comprendre les caractéristiques structurelles des différentes séries de produits et à réduire le nombre d’options en fonction de vos exigences d’installation.

Aujourd’hui, je vous présente quatre des séries d’actionneurs rotatifs de précision les plus vendues de HONPINE et vous explique leurs principales différences.

Série HAS – Arbre plein, conception compacte

La série HAS est dotée d’une structure à arbre plein et d’une conception compacte. Elle convient aux applications où l’espace d’installation est limité et où le passage de câbles ou de conduites pneumatiques à l’intérieur de l’actionneur n’est pas nécessaire.

Série HAT – Arbre creux pour le passage interne des câbles

La série HAT est dotée d’une structure à arbre creux qui permet aux câbles et aux conduites pneumatiques de passer par le centre de l’actionneur. Elle convient ainsi aux équipements automatisés nécessitant un câblage ou des raccordements pneumatiques internes.

Série HAM – Alésage creux de plus grand diamètre

La série HAM offre un orifice central traversant de plus grand diamètre, laissant davantage d’espace pour installer des câbles, des conduites d’air et d’autres raccordements internes. Elle est particulièrement adaptée aux équipements ayant des exigences plus élevées en matière de passage interne.

Série HPG – Haute précision et rigidité pour les machines-outils

La série HPG est conçue pour les applications de machines-outils où la précision de positionnement et la rigidité structurelle sont essentielles. Elle convient aux systèmes de positionnement rotatif de précision qui doivent garantir des performances stables dans des conditions de fonctionnement exigeantes.

2. Calculez le couple requis et sélectionnez le rapport de réduction approprié

Après avoir présélectionné la série d’actionneurs, l’étape suivante consiste à calculer le couple réellement requis par la charge et à choisir un rapport de réduction adapté.

Un actionneur doit fournir un couple suffisant non seulement pour supporter la charge en fonctionnement, mais aussi pour vaincre la résistance générée pendant l’accélération et la décélération.

Étape 1 : Calculer le couple théorique de la charge (couple gravitationnel + couple d’accélération)

Au démarrage et à l’arrêt, l’actionneur doit vaincre deux principales composantes de couple :

1. Couple gravitationnel (TG)

Le couple gravitationnel apparaît lorsque l’actionneur porte une charge décentrée ou effectue un mouvement de rotation contre la gravité.

Formule :

TG = M × g × L × cosθ

Où :

M = Masse de la charge (kg)

g = Accélération gravitationnelle (9.8 m/s²)

L = Distance entre le centre de gravité de la charge et l’axe de rotation (m)

θ = Angle entre la direction de la force gravitationnelle et le bras de levier

Pour une rotation strictement horizontale, lorsque le centre de gravité de la charge se trouve sur l’axe de rotation, la composante du couple gravitationnel peut être négligée.

2. Couple d’accélération (Ta)

Le couple d’accélération est le couple nécessaire pour accélérer une charge depuis l’arrêt jusqu’à la vitesse cible dans un délai donné.

Formule :

Ta = J × α

Où :

J = Moment d’inertie de la charge (kg·m²), que l’on peut obtenir avec un logiciel de CAO 3D après avoir défini les propriétés de matériau appropriées. Veillez à placer l’origine du système de coordonnées sur l’axe de rotation.

α = Accélération angulaire (rad/s²), calculée en fonction du temps de cycle requis par la machine. Par exemple, si l’actionneur doit atteindre la vitesse cible en 0.2 seconde, l’accélération angulaire requise doit être calculée en conséquence.

Étape 2 : Calculer le couple de pointe combiné requis au démarrage et à l’arrêt (ΣT)

Une fois le couple gravitationnel et le couple d’accélération calculés, additionnez-les et appliquez un facteur de sécurité approprié en fonction de l’application industrielle.

Formule :

ΣT = (TG + Ta) × facteur de sécurité

Facteurs de sécurité recommandés :

Conditions de fonctionnement

Facteur de sécurité recommandé

1.2 – Charges généralement régulières, telles que la manutention standard de matériaux.

1.5 – Charges avec impacts modérés, telles que des rotations fréquentes dans les deux sens.

2.0 ou plus – Charges lourdes ou conditions d’impact sévères, telles que l’usinage lourd ou les opérations de chargement et de déchargement liées à l’emboutissage.

ps pour choisir un actionneur rotatif de précision, de la présélection initiale du produit et des calculs de couple jusqu’au choix final de la configuration et aux considérations d’installation.

Étape 3 : Vérifier le couple calculé par rapport aux spécifications de l’actionneur

Le ΣT calculé représente le couple de pointe requis pendant l’accélération et la décélération. À ce stade, consultez la fiche technique de l’actionneur et vérifiez deux paramètres essentiels.

1. Vérification du couple de pointe (au démarrage et à l’arrêt)

Exigence :

ΣT ≤ couple instantané maximal admissible de l’actionneur

Selon les spécifications du fabricant, ce paramètre peut être indiqué comme le couple instantané maximal ou le couple d’accélération maximal (T2B).

Il est important de distinguer le couple instantané maximal, qui peut être autorisé pendant quelques secondes seulement, du couple maximal d’accélération/décélération, qui s’applique aux conditions répétées de démarrage et d’arrêt.

Lors du choix d’un actionneur, le couple calculé doit rester inférieur aux limites applicables spécifiées par le fabricant. En cas de cycles fréquents d’accélération et de décélération, accordez une attention particulière à la limite de couple admissible la plus basse.

Si le ΣT calculé est inférieur à la valeur nominale de couple de pointe intermittent spécifiée pour l’actionneur (par exemple, un couple de pointe autorisé pendant moins de 2 secondes), l’actionneur peut être mécaniquement capable de supporter la charge requise à court terme, sous réserve des restrictions du fabricant concernant le facteur de marche et les conditions de fonctionnement.

2. Vérification du couple nominal (fonctionnement continu)

Exigence :

Couple réel en fonctionnement continu ≤ couple nominal de l’actionneur

Même si le couple de pointe reste dans les limites admissibles, le couple en fonctionnement continu doit également être vérifié.

Si l’actionneur fonctionne en continu au-dessus de son couple nominal, une surchauffe et une fatigue accélérée de la flexspline du réducteur harmonique peuvent se produire, réduisant considérablement sa durée de vie.

Pour les équipements industriels, une règle de conception préliminaire courante consiste à maintenir le couple en fonctionnement continu en dessous d’environ 80% du couple nominal, afin de conserver une marge de fonctionnement suffisante.

Important : le couple de charge requis doit rester inférieur au couple de pointe admissible au démarrage et à l’arrêt, avec une marge de sécurité suffisante. Parallèlement, le couple en fonctionnement continu doit rester dans les limites du couple nominal de l’actionneur.

HONPINE propose différentes configurations structurelles pour répondre à diverses exigences d’installation.

HAM – Conception cylindrique sans bride

La série HAM est dotée d’un corps cylindrique sans bride de montage intégrée. Elle convient aux conceptions d’équipements dans lesquelles le client dispose d’une structure de montage personnalisée ou préfère une installation plus flexible.

HAMF – Bride de montage intégrée

La série HAMF est dotée d’une bride de montage intégrée, ce qui facilite l’installation mécanique et le positionnement.

Le choix entre HAM et HAMF doit dépendre de la configuration mécanique de l’équipement, de l’espace de montage et des exigences d’installation.

4. Avez-vous besoin d’un frein électromagnétique ?

La nécessité d’un frein électromagnétique dépend des conditions de fonctionnement et des exigences de sécurité de l’équipement.

Les actionneurs rotatifs HONPINE proposent des configurations avec frein et des valeurs de couple de maintien correspondantes. Lors du choix d’un modèle, vérifiez le couple de freinage spécifié afin de vous assurer qu’il répond aux exigences de maintien de la charge.

Dans la désignation du modèle :

B indique une configuration équipée d’un frein.

A indique une configuration sans frein.

Pour les applications où l’actionneur doit maintenir sa position lorsque le moteur est hors tension, un frein électromagnétique peut être nécessaire.

Les applications typiques comprennent les systèmes de positionnement vertical, les mécanismes de levage et les équipements dont la charge pourrait se déplacer sous l’effet de la gravité après une coupure de courant.

La configuration du frein doit être choisie en fonction de la charge réelle, du couple de maintien requis et de la conception de sécurité de l’équipement.

[Image : Comparaison des actionneurs rotatifs avec et sans frein électromagnétique]

5. Vérifiez la résolution et le type du codeur moteur

Le choix du codeur influe directement sur la résolution de retour et la capacité de surveillance de la position de l’actionneur rotatif.

HONPINE propose deux options de codeur absolu multitour :

Codeur absolu multitour 23 bits

Codeur absolu multitour 17 bits

Les deux options sont des codeurs absolus multitours qui conservent les informations de position même après la coupure de l’alimentation.

Contrairement aux codeurs incrémentaux, qui nécessitent une référence de position après une coupure de courant, les codeurs absolus multitours peuvent conserver les informations de position absolue sur plusieurs tours, ce qui contribue à simplifier le démarrage du système et la gestion de la position.

La résolution de codeur appropriée doit être choisie en fonction des exigences de positionnement, de l’architecture de commande et des exigences globales de précision de l’équipement.

Il est également important de distinguer la résolution du codeur de la précision réelle de positionnement. Les performances finales de positionnement dépendent de l’ensemble du système de transmission, de la rigidité mécanique, du jeu, de la stratégie de commande et d’autres facteurs.

6. Vérifiez la direction de sortie des câbles

Le dernier point à considérer est la direction de sortie des câbles, qui influe directement sur la facilité d’installation et la gestion du câblage interne.

Les actionneurs rotatifs HONPINE offrent deux configurations de sortie des câbles :

Sortie en bout : les câbles sortent par la face d’extrémité de l’actionneur. Cette configuration convient aux équipements dont l’agencement facilite le cheminement axial des câbles.

Sortie latérale : les câbles sortent par le côté de l’actionneur. Cette configuration convient aux installations où l’espace axial est limité ou où le passage latéral est privilégié.

Avant de choisir la configuration de sortie des câbles, prenez en compte l’orientation de montage de l’actionneur, les composants mécaniques environnants, l’espace disponible et le rayon de courbure des câbles.

Le choix d’une direction de sortie des câbles appropriée peut faciliter le montage et réduire les interférences des câbles pendant le fonctionnement de l’équipement.

Besoin d’aide pour choisir un actionneur rotatif de haute précision pour votre application industrielle ?

Choisir un actionneur rotatif de haute précision ne consiste pas simplement à sélectionner un modèle en fonction de son couple nominal.

Vous devez également tenir compte de la conception structurelle de l’actionneur, de l’inertie de la charge, des exigences d’accélération, du rapport de réduction, de la configuration de montage, des exigences de freinage, de la résolution du codeur et du cheminement des câbles.

Chez HONPINE, nous proposons plusieurs séries d’actionneurs rotatifs de précision, notamment HAS, HAT, HAM et HPG, pour répondre à différents besoins de commande de mouvement industriel et de positionnement.

Si vous choisissez un actionneur rotatif de haute précision pour votre équipement industriel, contactez HONPINE pour demander les fiches techniques les plus récentes et discuter avec notre équipe technique de la configuration d’actionneur la mieux adaptée.