I. Positionnement et nomenclature principaux
Positionnement : Ensemble standard de logement de roulement côté support de vis à billes (extrémité flottante). Il est utilisé à l'extrémité de la vis là où les contraintes thermiques axiales doivent être relâchées.
Interprétation de la nomenclature :
- B: Représente « Logement de roulement. »
- F : Représente « Libre » ou « Flottant ». Il s'agit de son fonctionnement de base : permettre à l'arbre fileté de s'étendre et de se contracter légèrement librement dans la direction axiale.
Fonctions de base:
- Supporte principalement les charges radiales : Supporte le poids de l'arbre fileté, résiste aux forces radiales éventuelles et assure la concentricité de la rotation de la vis.
- Autorise le flottement axial libre : La conception interne du roulement permet à l'arbre fileté de coulisser axialement, absorbant ainsi la dilatation thermique causée par l'élévation de température, empêchant la flexion, le blocage ou la perte de précision de la vis due aux contraintes thermiques.
- Fournit un positionnement radial : Maintient la position du centre de rotation de l'arbre fileté.
II. Structure et composants principaux
Une unité de support BF standard est un module fortement intégré, comprenant généralement :
Boîtier de roulement : Similaire à l'unité BK, avec une bride de montage usinée de précision et un centrage.
Palier radial :
- Le plus courant : Roulement à billes à gorge profonde. Il supporte efficacement les charges radiales tout en offrant un certain degré de liberté axiale (jeu).
- Autres formes : Certains modèles peuvent utiliser des bagues lisses (manchons en bronze) ou des roulements à aiguilles avec cage, mais les roulements à billes à gorge profonde sont les plus répandus en raison de leur faible friction et de leur capacité à haute vitesse.
Système d'Étanchéité :
Équipé de joints internes et externes pour empêcher efficacement l'entrée de contaminants extérieurs et la fuite de graisse interne.
Graisseur : Pour le réapprovisionnement périodique en lubrification.
Structure de limitation axiale (conception clé) :
- Contrairement à l'unité BK, qui « bloque » l'arbre de vis, l'ajustement entre la bague intérieure du roulement BF et l'arbre de vis est généralement un ajustement avec jeu ou un léger serrage glissant.
- La bague extérieure du roulement est logée dans le boîtier, une extrémité étant axialement positionnée tandis que l'autre dispose d'un jeu axial. Cela permet au roulement entier un faible déplacement axial à l'intérieur du boîtier, autorisant ainsi la vis à flotter.
III. Caractéristiques principales et avantages
- Clé pour la relaxation des contraintes thermiques : C'est la raison principale d'existence de l'unité BF. Les vis à billes génèrent de la chaleur par friction lors de fonctionnements à haute vitesse ou en continu, provoquant une dilatation thermique de l'arbre de vis. Si les deux extrémités étaient fixes (double BK), la vis se voilerait comme un rail d'acier « soutenu », entraînant une perte de précision, une usure anormale, voire un grippage. L'extrémité BF résout ingénieusement ce problème en permettant un flottement axial.
- Garantit la sécurité de fonctionnement et la précision du système : En éliminant les contraintes thermiques, l'unité BF garantit que la vis reste droite sur toute la plage de température de fonctionnement, préservant ainsi la précision de transmission à long terme et évitant toute défaillance catastrophique.
- Standardisation et facilité d'utilisation : Comme le BK, le BF offre une solution standardisée prête à être installée, éliminant la nécessité pour l'utilisateur de concevoir son propre mécanisme flottant, ce qui garantit performance et fiabilité.
- Bonne tenue radiale : Malgré la possibilité de flottement axial, sa rigidité et sa précision en soutien radial restent élevées, supprimant efficacement les vibrations radiales (effet de fouet) de la vis.
- Entretien facile : La conception intégrée d'étanchéité et de lubrification prolonge les intervalles de maintenance et simplifie les interventions.
IV. Coordination du système avec l'extrémité fixe BK (rappel de la règle fondamentale)
Il s'agit d'une association obligatoire :
Côté moteur / Côté référence : BK (extrémité fixe).
- Fonction : Résiste à toutes les forces axiales bidirectionnelles, assure la référence de positionnement axial.
- Connexion par vis : Généralement reliée directement au moteur servo/stepper via un accouplement.
Côté non entraîné / Côté esclave : BF (Extrémité flottante).
- Fonction : Assure le support radial, permet la compensation axiale due à la dilatation thermique.
- Connexion par vis : Cette extrémité de la vis est libre ou reliée uniquement à des dispositifs de retour légers comme des codeurs.
Loi fondamentale de conception : Une vis à billes en rotation continue doit, et ne peut que, adopter la méthode de montage [une extrémité fixe (BK), une extrémité flottante (BF)]. Il s'agit d'un principe fondamental dans toute conception mécanique de précision.
V. Champs d'application typiques
Les cas d'application des unités de support BF sont identiques à ceux des unités BK, car chaque fois qu'une unité BK est utilisée, une unité BF l'est nécessairement aussi. Elles existent dans tous les équipements utilisant des vis à billes de précision :
- Tous les types de machines-outils CNC.
- Robots industriels et modules linéaires.
- Équipements de fabrication et d'inspection de semi-conducteurs.
- Lignes de production automatisées de précision.
- Dispositifs médicaux et instruments scientifiques.
VI. Directives de sélection et d'utilisation
- Sélection appairée : L'unité BF doit être sélectionnée par paire avec une unité BK de la même série et de même diamètre d'arbre (par exemple, BK12 appairé avec BF12).
- Position d'installation : Doit être installée à l'extrémité de la vis la plus éloignée du moteur. Si la vis est entraînée en centre (moins courant), les deux extrémités doivent être des extrémités flottantes BF, mais ces cas nécessitent une conception spéciale.
- Éviter les contraintes axiales : Pendant l'installation, assurez-vous qu'il n'y a aucune contrainte axiale supplémentaire sur l'arbre de la vis au niveau de l'extrémité de l'unité BF. Par exemple, si un codeur est connecté à cette extrémité, un accouplement souple doit être utilisé pour la connexion, et son support ne doit pas restreindre le jeu axial de l'arbre de la vis.
- Installation correcte : De la même manière que pour l'installation du BK, assurez-vous de la planéité de la surface de montage du BF et de sa parallélisme avec la surface de montage du BK afin de garantir un bon alignement de l'axe de la vis.
- Entretien : Regraissez périodiquement via le graisseur et vérifiez l'état du joint d'étanchéité.
Si l'extrémité fixe du BK constitue l'« ancrage » et la « pierre angulaire » du système, alors l'extrémité flottante du BF en est l'« amortisseur » et la « soupape de sécurité ». De façon ingénieuse et passive, elle résout le défi fondamental de la gestion thermique dans les machines de précision. La conception de l'unité BF incarne la sagesse technique du « vaincre la rigidité par la souplesse » — en utilisant des degrés de liberté limités et contrôlés pour assurer une plus grande rigidité, précision et fiabilité globales du système. Le choix et la bonne utilisation du support BF constituent ainsi une autre mesure essentielle pour garantir le fonctionnement stable, précis et durable d'un système de transmission par vis à billes.
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