Imaginez que vous appuyez sur un bouton et que des machines lourdes se déplacent avec une puissance et une souplesse parfaites. Imaginez maintenant qu'il faille soulever une plaque d'acier dans une usine ou pousser un colis lourd le long d'un convoyeur plus rapidement que jamais. Voulez-vous l'automatisation pour une plus grande précision, moins d'efforts manuels et une plus grande manipulation ? Tout commence par la compréhension exacte des tonnes de force et de cadence que vous souhaitez obtenir, et par la manière de les calculer. Si vous vous trompez, votre chaîne de fabrication peut s'arrêter, des éléments peuvent se briser et vous gaspillerez de l'électricité et de l'argent. Alors, entrons dans le vif du sujet et constatons à quel point il est facile d'obtenir des chiffres corrects.
Comprendre les vérins électriques : La base du contrôle du mouvement linéaire
Un cylindre électrique transforme l'énergie électrique en mouvement rectiligne. On peut l'appeler tige de poussée, actionneur ou piston électrique. À l'intérieur, il comporte des pièces simples mais intelligentes : un moteur efficace (qui peut être un servomoteur ou un moteur pas à pas), une vis-mère (comme une spirale métallique solide), un écrou, des couvercles et parfois une boîte de vitesses pour rendre le mouvement encore plus fluide ou plus fort.
Pourquoi tant d'ingénieurs et de techniciens utilisent-ils aujourd'hui des vérins électriques à la place des anciens systèmes hydrauliques ou pneumatiques ? Tout d'abord, les vérins électriques apportent :
- Contrôle précis du placement, de la vitesse et de la force
- Efficacité énergétique (ils n'utilisent que la puissance dont vous avez besoin).
- Procédure propre (pas de gouttes d'huile ni de sifflement d'air).
- Moins d'entretien.
La clé ? Le moteur électrique fait tourner la vis-mère, comme s'il s'agissait d'une vis, et l'écrou se déplace vers le haut ou vers le bas. Ce mouvement de rotation devient une force directe qui déplace ce dont vous avez besoin, là où vous en avez besoin.
Déconstruction du calcul de la force d'un vérin électrique : Formules et facteurs
Qu'est-ce que force ici ? Pensez à la "poussée", c'est-à-dire à l'intensité de la poussée ou de la traction exercée par le cylindre. Mais toutes les forces ne sont pas identiques :
- Force statique : Les muscles nécessaires pour maintenir une charge en place (comme maintenir une porte ouverte).
- Force dynamique : Le muscle nécessaire pour déplacer quelque chose (surmonter le frottement, la vitesse ou le soulèvement)
Identification de tous les éléments de force nécessaires
Avant de dimensionner un actionneur ou un cylindre électriqueLe cas échéant, il faut additionner tous ces éléments :
- Force de charge (F_load) : Il s'agit simplement du poids ou de la masse que vous déplacez. Si vous soulevez verticalement, il s'agit du poids total. Pour un mouvement latéral, c'est moins, mais la friction joue un rôle plus important.
- Force de frottement (F_friction) : Le frottement, c'est comme essayer de faire glisser une boîte sur le sol. La formule est simple :
F_friction = µ × F_normal
Où µ est le nombre de frottement (statique pour le démarrage ou cinétique pour le déplacement) et F_normal est la force normale (généralement le poids de l'objet).
- Force d'accélération (F_acceleration) : Besoin d'un démarrage ou d'un arrêt rapide ? Vous aurez besoin d'une force supplémentaire :
Accélération F = m × a
(m est la masse, a est la vitesse à laquelle vous changez de vitesse)
- Les forces extérieures : N'oubliez pas les ressorts, le vent ou d'autres forces de poussée ou de traction.
Formules essentielles pour la force totale requise et le couple du moteur
Additionnez-les :
- F_total = F_charge + F_friction + F_accélération (+ F_externe)
- Pour passer de la force au muscle nécessaire au moteur (couple):
Poussée F = (T_motor × 2 × π × η) ÷ P_screw
Où ?
- T_motor : couple du moteur
- η : efficacité de la vis-mère
- P_screw : pas de la vis-mère
Si votre installation utilise une boîte de vitesses, ajustez le rapport de transmission pour que le moteur et la vis parlent la même langue.
Le rôle critique de l'efficacité du système et des facteurs de sécurité
Dans le monde réel, rien n'est 100% parfait. Efficacité de la vis à billes (η) est une mesure du gaspillage de mouvement :
- Vis à billes : généralement 85-95% efficace
- Vis Acme : souvent 20-50% efficace
Vous n'êtes pas sûr des charges cachées ou des chocs soudains ? Utilisez un facteur de sécurité:
- L'industrie recommande au moins 1.2-2.0× votre force calculée
- Cela permet de prolonger la durée de vie et d'éviter les surprises en cas de difficultés (voir la source)
Maîtriser le calcul de la vitesse des vérins électriques : Du nombre de tours par minute à la vitesse linéaire
La vitesse détermine la rapidité avec laquelle votre système d'automatisation effectue son travail. En d'autres termes, à quelle vitesse l'actionneur pousse-t-il ou tire-t-il ?
Variables clés pour une détermination précise de la vitesse
La vitesse dépend de :
- Vitesse de rotation du moteur (RPM) : Vitesse de rotation du moteur par minute
- Pas de la vis de guidage (P_screw) : Distance de glissement de l'écrou par un tour complet
- Rapport de boîte de vitesses : L'utilisation d'engrenages permet de ralentir ou d'accélérer la production.
Formules essentielles pour le calcul de la vitesse linéaire
Voici un calcul simple :
- Vitesse linéaire (V_linear) = (RPM moteur × P_vis) ÷ 60
- Avec des engrenages :
V_linear = ((RPM moteur ÷ rapport de transmission) × P_vis) ÷ 60
N'oubliez pas que les changements rapides (accélération et décélération) modifient la vitesse moyenne, il faut donc en tenir compte lors du dimensionnement de votre système.
Application pratique : Exemples de calcul pas à pas
Mettons tout cela bout à bout.
Exemple 1 : Ascenseur vertical
- Charge : 200 kg (environ 1962 N, puisque 1 kg = 9,81 N)
- Pas de la vis-mère : 5 mm par tour
- Vitesse du moteur : 1200
- Efficacité de la vis à billes : 90%
- Frottement : 0,1 (lubrifié)
- Accélération pour atteindre la vitesse maximale en 2 secondes
Calculer la force totale :
- F_load = 200 kg × 9,81 m/s² = 1962 N
- F_friction = 0,1 × 1962 N = 196,2 N
- F_accélération = 200 kg × (vitesse finale ÷ 2 s). Supposons que nous voulions déplacer 100 mm en 2 s :
Vitesse finale = 100 mm ÷ 2 = 50 mm/s = 0,05 m/s
Accélération = 0,05 m/s2
F_accélération = 200 × 0,05 = 10 N
- F_total = 1962 + 196.2 + 10 = 2168.2 N
Couple nécessaire :
- Vis P = 5 mm = 0,005 m
- T_motor = (F_thrust × P_screw) ÷ (2 × π × η)
T_motor = (2168,2 × 0,005) ÷ (2 × 3,14 × 0,9) ≈ 1,92 Nm
Vitesse linéaire :
- V_linéaire = (1200 × 5) ÷ 60 = 100 mm/s
Exemple 2 : Poussée horizontale
- Charge : 100 kg (981 N)
- Friction (acier sec) : 0.7
- Vis P : 10 mm
- Vitesse du moteur : 600
F_friction = 0,7 × 981 = 686.7 N
Force totale = 981 + 686,7 = 1667.7 N
T_motor = (1667,7 × 0,01) ÷ (2 × 3,14 × 0,9) ≈ 2,95 Nm
Vitesse = (600 × 10) ÷ 60 = 100 mm/s
Vous souhaitez approfondir votre scénario ? Des outils comme Fabricant chinois de vérins électriques proposent des guides et des calculateurs pour toutes les applications.
Considérations cruciales pour un dimensionnement et des performances optimales
Coefficient d'utilisation-le temps de mise en marche et d'arrêt de votre actionneur - est plus important que vous ne le pensez. Un cycle d'utilisation élevé peut entraîner une surchauffe du moteur et réduire sa durée de vie (Lire le point de vue de Bosch Rexroth). Il faut toujours vérifier les courbe couple-vitesseLe moteur ne perd pas de puissance et ne se consume pas à grande vitesse (Plus d'informations ici).
Autres détails :
- Gestion thermique : Gardez les choses au frais, surtout en cas d'utilisation intensive.
- Précision : Pour les robots ou les équipements de test, la répétabilité est primordiale.
- Durée de vie : Les charges et la vitesse peuvent user rapidement les vis et les roulements.
- Environnement : La poussière, la pluie ou la chaleur sont autant de facteurs qui influent sur le choix des pièces. Pensez à l'acier inoxydable ou aux options étanches.
Besoin de plus de détails ? Pour les environnements difficiles, consultez les modèles spécialisés tels que Actionneurs linéaires étanches ou Actionneurs en acier inoxydable.
Données clés pour le dimensionnement des vérins électriques
| Paramètres | Valeurs typiques / Notes |
|---|---|
| Efficacité de la vis à billes (η) | 85%-95% (source : Thomson Linéaire) |
| Efficacité des vis Acme | 20%-50% |
| Coefficient de friction Acier | 0,7 (sec), 0,1-0,2 (lubrifié) (Boîte à outils d'ingénierie) |
| Facteur de sécurité | 1.2-2.0 |
| Dimensionnement du moteur général | Vérifier la charge, la vitesse et surtout le cycle de travail |
FAQ (Foire aux questions)
Comment calculer la force d'un actionneur électrique ?
Additionner les forces de charge, de frottement et d'accélération. Utiliser F_total = F_charge + F_friction + F_accélération.
Quelle est la formule de la force du cylindre électrique ?
Utilisez la formule ci-dessus. Pour le couple, Poussée F = (T_motor × 2 × π × η) ÷ P_screw.
Comment calculer la vitesse d'un actionneur électrique ?
Multiplier la vitesse du moteur par le pas de la vis ; V_linéaire = (RPM × Pas) ÷ 60.
Quels sont les facteurs qui influencent la force et la vitesse du vérin électrique ?
Charge, frottement, accélération, type de vis-mère, couple moteur et pas.
Comment dimensionner un vérin électrique pour une application ?
Dressez la liste de toutes les forces, ajoutez un facteur de sécurité, vérifiez la vitesse et comparez-les aux spécifications du cylindre.
Quelle est la différence entre un vérin électrique et un vérin pneumatique en ce qui concerne la force ?
Les vérins électriques contrôlent la vitesse et la force avec précision. Les vérins pneumatiques nécessitent une pression d'air et peuvent être moins précis.
Quelle force peut générer un actionneur linéaire électrique ?
Cela dépend de la conception - certains cylindres Jimi poussent à plus de 30 tonnes !
Qu'est-ce que le pas de vis (pitch) dans les vérins électriques et comment affecte-t-il les calculs ?
Le pas est la distance parcourue par tour - un pas plus grand = une vitesse plus rapide, une force plus faible.
Comment calculer le couple moteur nécessaire pour un actionneur linéaire ?
T_motor = (F_thrust × P_screw) ÷ (2 × π × η).
Quelle est l'efficacité d'une vis à billes et pourquoi est-elle importante ?
Les vis à billes ont un rendement de 85-95%, ce qui signifie que plus d'énergie est utilisée pour déplacer votre charge - et non gaspillée sous forme de chaleur.
Conclusion et prochaines étapes
Pour obtenir de bons résultats avec les vérins électriques, vous avez besoin de calculs clairs et de connaissances pratiques. Chez Jimi, nous combinons des décennies d'expérience, une fabrication de pointe et des guides détaillés afin que vous ne commettiez pas d'erreurs coûteuses. Pour un soutien supplémentaire, consultez notre Cylindres électriques page, Servomoteursou Actionneurs à vis à billes. Faites confiance à Jimi pour vous aider à transformer des idées difficiles de contrôle de mouvement en résultats fiables.
Vous n'êtes pas sûr de ce dont vous avez besoin ? Contactez-nous et laissez les experts Jimi vous guider à travers chaque étape - parce que lorsque vous obtenez une force et une vitesse correctes, votre automatisation est vraiment en mouvement.
