Bien Choisir Son Frein

Le 01/03/2013 à 14:00  

L'essentiel

Les servomoteurs équipent de nombreux systèmes d'automatisation et de manutention.

Le choix d'un frein exige l'examen des conditions d'exploitation et des exigences de l'application.

Cet article liste les principaux critères à prendre en compte.

Des servomoteurs rapides, puissants et parfaitement contrôlés constituent un aspect essentiel de nombreuses conceptions de machines modernes. mais que se passe-t-il lors des coupures de courant? sans énergie pour contrôler la position de l'arbredemo-teur,celui-ci a tendance à réagir à n'importe quelles charges externes appliquées àcemo-ment-là. au mieux, cela signifie qu'à la suite d'un arrêt d'urgence ou d'une perte de puis-sance inattendue, la machine est désynchro-nisée.aupire, un mouvement non contrôlé peut compromettre gravement la sécurité.

Heureusement, les concepteurs de machines disposent d'une solution simple, compacte et économique à ce problème. Des freins électromagnétiques à ressort peuvent arrêter un moteur en toute sécurité, ou maintenir sa position statique, sans avoir recours à un réseau externe. matrix International, membre du groupealtra Industrial motion, spécialisé dans la transmission de puissance, conçoit et fournit de tels freins depuis plus de 30 ans rappelle que les freins de servomoteurs doivent être évidemment robustes et fiables mais surtout que leur intégration exige toutefois de prendre certaines précautions. Et qu'il faut également procéder à l'examen approfondi des caractéristiques spécifiques de chaque installation de moteur. Un servomoteur est un moteur électrique hautement dynamique à grande vitesse, utilisé normalement avec un réducteur, dans de nombreuses applications industrielles telles que les systèmes d'automatisation et de manutention. L'objectif essentiel est souvent un cycle de service rapide avec des taux d'accélération et de décélération importants. Pour y parvenir, les servomoteurs sont réalisés dans des dimensions minimales: généralement une section carrée compacte est préférable à une longueur totale courte, pour maintenir une inertie faible du moteur. Dans certaines applications, on utilise un servomoteur de longueur totale courte du type “galette”.

Les freins les plus courants et les plus économiques pour la majorité des applications de servomoteurs sont ceux à ressort. Ils fonctionnent en appliquant la force d'un ressort à une plaque de friction montée sur l'arbre de moteur. En service, une tension CC envoyée à une bobine desserre le frein. si la tension est supprimée,le frein est actionné. Ce type de frein est proposé par exemple par matrix avec sa gamme 1EB.

Les freins les plus courants et les plus économiques pour la majorité des applications de servomoteurs sont ceux à ressort. Ils fonctionnent en appliquant la force d'un ressort à une plaque de friction montée sur l'arbre de moteur.

au cours des trois dernières décennies, la société à produit plus de 700 variantes de cette conception.

Critères de conception

En choisissant un frein approprié pour une application de servomoteur, le concepteur doit étudier attentivement les conditions d'exploitation et les exigences de l'application. Le frein sélectionné doit posséder un couple statique (de maintien) suffisant pour garder l'arbre en position dans toutes les conditions opérationnelles. L'orientation du moteur doit être établie, tout spécialement si son axe n'est pas horizontal,car les charges subies par le frein peuvent en être affectées. Dans une application hautement dynamique, l'armature et le moyeu du frein doivent afficher une inertie minimale, car cette inertie vient s'ajouter à celle qui doit être accélérée et décélérée par le moteur, augmentant ainsi son besoin en puissance. Les dimensions du frein doivent être minimales pour un couple statique donné. Les servomoteurs possèdent généralement un diamètre total compact, et le diamètre du frein doit être plus petit, tout en minimisant sa longueur totale.

Les considérations de montage importent également.

La façon dont les parties statiques du frein sont montées sur le moteur, afin de préserver la concentricité et la perpendicularité du frein par rapport à l'arbre, doit être prise en compte au stade de la conception. Comment fixer le moyeu de frein à l'arbre de moteur, en ce qui concerne la transmission de couple et le positionnement axial? Normalement un alésage et une rainure de clavette sont utilisés; on peut faire appel à d'autres méthodes : frettage, axe d'entraînement, connexion en D. si l'espace est restreint, la cannelure du moyeu peut-elle être usinée sur l'arbre de moteur?

Matrix International, basée à Brechin, Ecosse, est concepteur et fournisseur d'embrayages et de freins électromagnétiques qui équipent notamment les chariots élévateurs et les servomoteurs. L'entreprise fait partie du groupe Altra Industrial Motion d'Altra spécialisé dans les produits de transmission de puissance mécanique. Ce groupe propose plus de 40 gammes de produits : freins d'embrayage, accouplements, engrenages, transmissions à courroie, actuateurs linéaires et composants de transmission de puissance.

En plus des besoins conceptuels mécaniques, les aspects électriques doivent faire l'objet d'une réflexion poussée. La puissance absorbée par la bobine de frein doit être minimale, car la bobine est continuellement alimentée tant que le moteur est en service, générant de la chaleur dans un espace confiné à des températures ambiantes élevées (allant jusqu'à 150°C). Il convient de spécifier comment la bobine de frein va être câblée dans le moteur ainsi que la longueur et les connexions des fils nus. Il faut vérifier s'il existe des réglementations portant sur le câblage ou les connecteurs utilisés.

La bobine de frein nécessite une tension CC, fournie habituellement en redressant la tension Ca utilisée pour alimenter le moteur. Le concepteur du moteur doit faire en sorte que le courant et la tension CC nécessaires pour maintenir le frein desserré soient toujours alimentés à la bobine de frein tant que le moteur fonctionne. Ceci est important car il est possible de réguler la vitesse du servomoteur en variant la tension d'alimentation. La vitesse de réponse électrique dans le circuit de commande du frein doit également être prise en compte, pour assurer que le frein est desserré avant que le moteur ne commence à tourner. Le concepteur du moteur devra considérer cette synchronisation dans les cas où le moteur contrôle des charges verticales, telles que les ascenseurs ou les grues.

Un bruit faible peut également entrer en jeu, par exemple dans les applications médicales ou théâtrales. Ce bruit peut être le “ clunk ” de l'engagement ou du désengagement ou le cliquetis de la cannelure du moyeu/armature du frein si la transmission présente une vibration de torsion ou une ondulation de la chaîne cinématique. matrix propose notamment des solutions qui sont en mesure de minimiser ces bruits.

Degré de jeu intrinsèque

Les attentes du client en cas d'arrêt d'ur-gence,c'est-à-dire perte du réseau lorsque le moteur est en condition dynamique, doivent être prises en considération car ces freins ont une capacité limitée à absorber l'énergie. si le frein peut supporter l'énergie d'un seul arrêt dynamique, la fréquence de ces arrêts dynamiques doit être déterminée, car l'usure du matériau de friction entre en ligne de compte.

Dans de nombreuses applications à sécurité critique, il suffit que le frein puisse assurer un arrêt contrôlé du moteur, ou le maintenir dans une position approximative en cas de perte de réseau. Dans certaines applications de haute précision, cependant, dans lesquelles plusieurs servomoteurs différents peuvent fonctionner en parfaite synchronisation, il s'avère nécessaire de contrôler la position précise de l'arbre de moteur. Dans ce cas, le concepteur doit tenir compte du degré de jeu intrinsèque dans la conception du frein.

Les freins actionnés par ressort possèdent un jeu faible mais significatif. Dans de nombreux cas, par exemple si le moteur est accouplé à un réducteur qui lui-même possède un certain jeu, le jeu du frein sera inférieur à celui produit par d'autres organes du système et la conception par action de ressorts assurera une précision adéquate.

Dans certains cas, toutefois, le besoin d'un frein sans jeu exige une conception radicalement différente. Les freins à aimants permanents offrent cette capacité. Dans cette conception, des aimants permanents génèrent la force de freinage. Une tension CC appliquée à la bobine génère une force magnétique, qui s'oppose à celle de l'aimant permanent, et un ressort de déclenchement desserre le frein.

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