Roulements de haute précision | Rotation ultra-fluide

Les roulements de haute précision sont appliqués aux articulations des robots pour réduire les frottements, supporter différents types de charges et permettre des mouvements lisses et précis. Ces roulements sont composés de roulements à billes de précision qui peuvent être de types radiaux ou à contact angulaire, ainsi que de roulements à rouleaux qui peuvent être cylindriques ou coniques. Les roulements croisés sont également importants dans les applications nécessitant des charges élevées et des moments complexes, et donc pour les applications robotiques exigeantes. L'utilisation de roulements de précision à haute vitesse est limitée, c'est pourquoi même les fabricants japonais affirment que leur performance dépend des classifications de précision, c'est-à-dire ISO P5 ou P4, et des matériaux utilisés tels que l'acier inoxydable et la céramique, qui affectent la durée de vie, la résistance à la corrosion et la précision opérationnelle du roulement.

Les classes de précision ISO P5 et P4 offrent des cotes normalisées de la précision de fabrication et des performances des roulements. Ces classes sont essentielles pour la robotique et les machines haute performance où la précision, la fluidité et la répétabilité sont requises.

Tolérances plus strictes

• Les roulements ISO P5 et P4 présentent des dimensions avec des tolérances plus strictes que les roulements à usage général (par exemple P6 ou classe normale).
• Les tolérances pour les roulements ISO P4 et P5 minimisent le jeu mécanique et facilitent l'alignement précis des composants robotiques dans les applications de mouvement répétable.

Faux-rond et vibrations réduits

• Les roulements de qualité inférieure à ISO P5 et P4 présenteront une incidence plus élevée de faux-rond. Un faux-rond moins élevé signifie moins de vacillement lorsque le roulement tourne à un régime élevé.
• Un faux-rond plus faible améliore les profils de mouvement, ce qui est essentiel pour les applications avec des capteurs haute résolution ou avec des roulements à billes de précision dans des assemblages légers et délicats.

Potentiel de vitesse accrue

• Les tolérances améliorées pour la géométrie interne permettent à ces types de roulements de fonctionner à des vitesses plus élevées avec moins de friction.
• Cela entraîne un mouvement plus fluide à des vitesses élevées, ce qui est nécessaire pour les robots rapides à contrôle dynamique.
• Des vitesses plus élevées rendent l'accumulation thermique moins problématique et la chaleur excessive n'est pas un problème lors du fonctionnement normal d'un système d'articulation robotique fonctionnant en continu.

Pertinence des applications

• P5 : Utilisé pour la robotique industrielle, les machines CNC ou tout équipement (contrôlable) et les systèmes de performance moyenne.
• P4 : Utilisé pour les systèmes ultra-précis comme un roulement à rouleaux croisés dans les robots chirurgicaux ou les cardan aérospatiaux.

En utilisant la bonne classe, les ingénieurs système et les concepteurs peuvent atteindre le bon équilibre entre performance, prix et fiabilité pour leurs applications ciblées.

Les roulements pour articulations de robots contribuent à un fonctionnement régulier, efficace et précis des systèmes robotiques. Leurs caractéristiques clés opèrent avec :

• Réduction de la friction : Les roulements minimisent considérablement la friction entre deux composants mobiles pour permettre un mouvement régulier des articulations et réduire l'usure et les pertes d'énergie.
• Support de diverses charges : Ces charges peuvent être de type radial, axial ou moment afin de maintenir la stabilité et l'intégrité structurelle face aux contraintes qu'elles subiront pendant le fonctionnement.
• Tâches exigeant précision et exactitude : Les roulements de haute précision (tels que les roulements à billes de précision et les roulements à rouleaux croisés) offrent un contrôle des mouvements exigeant une grande précision, pour les assemblages, l'inspection ou la robotique chirurgicale.
• Augmentation de la durée de vie et de la durabilité : En minimisant le contact métal-métal et en distribuant efficacement les charges sur les surfaces, les roulements prolongent la durée de vie des articulations robotiques, même à très haute vitesse ou sous charges importantes.
• Réduction des vibrations et du niveau sonore : Les roulements contribuent également à l'atténuation du bruit et des vibrations, améliorant ainsi les performances globales du robot et le confort de l'utilisateur.

En fonction des exigences de charge de l'application, des exigences de précision de l'articulation et des contraintes d'espace, différents types de roulements peuvent être sélectionnés pour les articulations robotiques. La liste suivante indique le moment où chaque type de roulement sera sélectionné à l'articulation.

1. Roulements à billes (contact radial et angulaire)

Les roulements à billes peuvent être sélectionnés avec : charges faibles à modérées, vitesses élevées et faible friction sont importants.

Applications : robotique d'usage général, moteurs électriques et articulations nécessitant une rotation continue fluide.

Avantage de précision : Les roulements à billes de précision offrent une excellente précision de rotation et doivent être considérés lors de la conception d'articulations compactes.

2. Roulements à rouleaux (cylindriques et coniques)

Peuvent être sélectionnés lorsque : des charges radiales élevées ou des charges radiales et axiales combinées sont importantes, et certaines portions de l'opération nécessitent des vitesses modérées.

Applications : bras robotiques plus robustes, manipulateurs industriels robustes et boîtes de vitesses.

Avantage de durabilité : Un plus grand contact de surface permet aux roulements à rouleaux de supporter des forces considérablement plus élevées pendant le service avec une durée de vie prolongée.

3. Roulements à rouleaux croisés

Peuvent être sélectionnés lorsque : une très haute précision, rigidité et charge de performance (axiale, radiale et moment tous à la fois) sont toutes d'une plus grande valeur ou importance.

Utiles pour : roulements de haute précision utilisés pour les poignets robotiques, mains, étapes rotatives, robots médicaux, systèmes guidés par vision, etc.

Économie d'espace : Les roulements à rouleaux croisés sont compacts et peuvent accepter des charges multidirectionnelles avec un espace minimal.

Chaque type de roulement présente des avantages et des inconvénients concernant la capacité de charge, la précision, la taille et la vitesse de rotation, et la compréhension du meilleur type pour l'application que vous concevez est essentielle aux performances optimales de votre robot.

• Performances à faible friction : Conçus pour minimiser les pertes énergétiques et l'accumulation de chaleur pour un contrôle de mouvement plus fluide.
  
• Roulements de précision : Éprouvés à charges élevées et à haute vitesse ; conçus pour la durabilité, la fiabilité et la précision.
  
• Roulements de précision personnalisés : Roulements à gorge, à contact radial/angulaire ou à butée ; nous pouvons adapter des dimensions uniques, des matériaux et des conditions de charge.
  
• Conçus pour les systèmes de performance de mouvement critique : Implémentés et approuvés pour des applications dans un large éventail d'industries, notamment la robotique, l'aérospatiale, l'automatisation et les équipements médicaux.
  
• Résistance thermique et à l'usure : Conçus avec des matériaux avancés et des revêtements pour survivre dans des environnements non contrôlés.
  
• Fabrication intégrée verticalement : Assure un contrôle complet en interne de la pièce du processus d'usinage à l'étape de test terminée.

Le choix des matériaux a essentiellement un impact sur les performances, la durabilité et l'adéquation des applications des roulements de haute précision utilisés dans les systèmes robotiques. Voici comment les matériaux en acier inoxydable et en céramique affectent les qualités de performance :

Roulements en acier inoxydable

• Les aciers inoxydables résistent à la corrosion et sont donc adaptés aux environnements humides, de nettoyage ou exposés chimiquement.
• Ils offrent une bonne résistance et durabilité et sont les mieux adaptés à la robotique générale et à l'utilisation industrielle, où le support de charge et la durée de vie sont des considérations importantes.

Roulements en céramique

• Les matériaux céramiques (généralement le nitrure de silicium) sont plus légers, plus durs et plus résistants à la température que l'acier.
• Ces roulements subissent une friction plus faible, ce qui permet une utilisation à haute vitesse et une usure réduite, ce qui est idéal pour les roulements à billes de précision adaptés aux applications en salle blanche, sous vide ou aérospatiales.

Roulements hybrides (bagues en acier + billes en céramique)

• La combinaison de bagues en acier inoxydable et de billes en céramique produit à la fois durabilité et résistance au roulement.
• Ils conviennent bien aux applications à haute vitesse et haute précision, telles que celles robotiques, où la réduction de la dilatation thermique et des temps d'arrêt est primordiale.

Impact sur le bruit et la durée de vie

• La céramique assure un fonctionnement plus silencieux et tend à durer plus longtemps en raison de la réduction de la friction et de l'usure.
• Les roulements en acier inoxydable, en revanche, peuvent présenter un léger bruit mais restent une solution robuste et économique pour résoudre de nombreux problèmes des plateformes d'automatisation.