Actionneurs pneumatiques à pignon et crémaillère rotatifs

Actionneurs pneumatiques à pignon et crémaillère

Actionneur rotatif à pignon et crémaillère

Figure 1 : Actionneur rotatif à pignon et crémaillère

Les actionneurs pneumatiques à crémaillère, également appelés vérins à rotation limitée, sont des actionneurs rotatifs utilisés pour tourner, ouvrir, fermer, mélanger, osciller, positionner, diriger et bien d'autres fonctions mécaniques impliquant une rotation limitée. Ces actionneurs sont également souvent utilisés pour l'automatisation des vannes quart de tour, comme les vannes à bille ou les vannes papillon.

Les actionneurs pneumatiques à crémaillère convertissent l'énergie de l'air comprimé au moyen d'un cylindre pneumatique en un mouvement rotatif oscillant. Le gaz propre, sec et traité requis par cet actionneur est fourni par une station centrale d'air comprimé, qui prend généralement en charge une série de dispositifs pneumatiques dans un système de traitement.

Les actionneurs pneumatiques, par rapport à leurs homologues électriques, sont généralement plus durables, mieux adaptés aux environnements dangereux et moins coûteux. En outre, ils nécessitent souvent moins d'entretien et offrent un couple plus élevé par rapport à leur taille.

Table des matières

Design

 

Dans un actionneur pneumatique à crémaillère, la force linéaire d'un piston entraîné par de l'air comprimé est convertie en couple de rotation via un mécanisme d'engrenage à crémaillère. Une crémaillère, comme le montre la figure 2, se compose d'un engrenage circulaire, le pignon, engagé dans un engrenage linéaire, la crémaillère.

Pignons et crémaillères

Figure 2 : Pignons et crémaillères

La crémaillère est usinée dans le piston et la crémaillère est engagée avec précision dans le pignon. Lorsque la chambre est remplie d'air comprimé, le piston et la crémaillère sortent ou rentrent, ce qui fait tourner le pignon par l'intermédiaire de la liaison par engrenage.

Conception d'un seul rack ou d'un double rack

Les actionneurs à crémaillère offrent les plus larges plages de couple et de rotation par rapport aux autres mécanismes de conversion de la force linéaire en couple de rotation. Ils ont un rendement mécanique élevé et les couples qu'ils sont capables de produire vont de quelques Nm à plusieurs milliers de Nm.

Cependant, un inconvénient potentiel de la conception de la crémaillère est le jeu. Le jeu se produit lorsque les engrenages de la crémaillère et du pignon ne sont pas complètement alignés et qu'il y a un petit espace entre chaque connexion d'engrenage. Ce désalignement peut provoquer l'usure des engrenages pendant le cycle de vie de l'actionneur, ce qui augmente le jeu.

Une unité à double crémaillère utilise une paire de crémaillères sur les côtés opposés du pignon. Cela permet d'éliminer le jeu dû à une force antagoniste, de doubler le couple de sortie de l'unité et d'augmenter l'efficacité mécanique du système. Dans l'actionneur à double effet illustré à la figure 3, les deux chambres sur les côtés sont remplies d'air sous pression, ce qui pousse les pistons vers le centre et pour ramener les pistons à la position initiale, la chambre au centre est à son tour mise sous pression.

Actionneurs rotatifs à crémaillère double effet

Figure 3 : Actionneurs rotatifs à crémaillère double effet

Fonction

Les actionneurs pneumatiques à crémaillère peuvent être à simple ou double effet. Il est également possible pour ces actionneurs de fournir des arrêts multiples.

Simple effet ou double effet

Dans un actionneur à simple effet, l'air n'est fourni qu'à un seul côté du piston et est responsable du mouvement du piston dans une seule direction. Le mouvement du piston dans la direction opposée est assuré par un ressort mécanique. Les actionneurs à simple effet économisent l'air comprimé, mais n'effectuent le travail que dans une seule direction. Un inconvénient des vérins à simple effet est l'irrégularité de la force de sortie sur une course complète en raison de la force opposée du ressort. La figure 4 montre un actionneur rotatif pneumatique à double crémaillère à simple effet.

Actionneur rotatif pneumatique à simple effet et à double crémaillère

Figure 4 : Actionneur rotatif pneumatique à simple effet et à double crémaillère

Dans un actionneur à double effet, l'air est fourni aux chambres des deux côtés du ou des pistons. Une pression d'air plus élevée d'un côté peut pousser le(s) piston(s) vers l'autre côté. Les actionneurs à double effet sont utilisés lorsque le travail doit être effectué dans les deux sens. La figure 5 montre un actionneur rotatif pneumatique à double action et à double crémaillère.

L'un des avantages des vérins à double effet est la force de sortie constante sur toute la plage de rotation. Les inconvénients des vérins à double effet sont le besoin d'air comprimé pour le mouvement dans les deux sens et l'absence de position définie en cas de panne de courant ou de pression.

Actionneur rotatif pneumatique à double action et à double crémaillère

Figure 5 : Actionneur rotatif pneumatique à double action et à double crémaillère

Positionnement multiple

Certains actionneurs à crémaillère sont capables de s'arrêter à plusieurs positions sur toute l'étendue d'une rotation en contrôlant la pression aux orifices. Les positions d'arrêt peuvent être dans n'importe quel ordre, ce qui permet à l'actionneur de passer sélectivement une position d'arrêt intermédiaire.

Boulons d'arrêt de course

Les boulons d'arrêt de course se trouvent sur le côté du corps de l'actionneur (comme indiqué à la Figure 6) et permettent de régler les positions finales des pistons en limitant la rotation du pignon de l'intérieur. Lors de l'installation de l'actionneur, enfoncez les deux boulons de la butée de course jusqu'à ce qu'ils entrent en contact avec le capuchon de la butée de course. Continuez à visser le boulon d'arrêt de course gauche jusqu'à ce que la fente du pignon visible sur le dessus tourne jusqu'à la position qui est parallèle à la longueur du corps de l'actionneur.

Composants d'un actionneur pneumatique à crémaillère

Figure 6 : Composants d'un actionneur pneumatique à crémaillère

Normes

Pour être compatibles et interchangeables avec les produits de différents fabricants, la plupart des actionneurs pneumatiques à crémaillère ont été normalisés. Ces normes spécifient les dimensions de divers composants tels que l'interface entre l'actionneur et la vanne, les orifices d'air, l'interface de l'indicateur de position et les formes de l'entraînement de l'arbre. Ils sont visibles sur la figure 6.

Boîtier et surfaces de montage

Figure 7 : Boîtier et surfaces de montage

ISO 5211 2017

La norme ISO 5211:2017 spécifie les exigences relatives à la fixation des actionneurs à fraction de tour sur les vannes industrielles, et peut être vue sur la figure 7. Il précise les dimensions de la bride et des composants d'entraînement ainsi que les valeurs de couple pour les interfaces et les accouplements spécifiés.

NAMUR VDI/VDE 3845 : 2010-09

Cette norme contient les spécifications de l'interface entre l'actionneur et une vanne de processus fournissant de l'air comprimé, et peut être vue dans la Figure 7. Il peut également être utilisé comme interface accessoire au-dessus de l'actionneur, par exemple, un commutateur ou un capteur de retour de position. Les vannes NAMUR offrent une interface de montage conforme à la norme VDI/VDE 3845, qui comprend deux orifices d'air sur le côté plat de la vanne ainsi que des trous supplémentaires pour fixer la vanne sur le corps de l'actionneur.

Critères de sélection

Il existe plusieurs facteurs à prendre en compte lors de la sélection d'un actionneur pneumatique à crémaillère pour votre application.

Pour un jeu nul à chaque extrémité de la rotation et une précision d'arrêt plus élevée, un actionneur à double crémaillère est recommandé, tandis que pour les applications plus légères où une conception compacte est souhaitée, un actionneur à crémaillère unique peut être spécifié.

Un actionneur d'une certaine taille est également susceptible de fournir une plage de couple en fonction de la pression de commande qui lui est appliquée. Les autres critères à prendre en compte lors de la sélection d'un actionneur rotatif sont la plage d'oscillation, le volume d'air nécessaire au fonctionnement, le moyen de commande et l'interface, y compris les options d'arbre de sortie, les tailles de bride et les orifices d'air pilote.

Applications

En raison de leur couple de sortie constant, les actionneurs à crémaillère sont fréquemment utilisés et constituent souvent le style préféré d'actionneurs pneumatiques pour les vannes. Ils sont utilisés pour le mélange, le déversement, l'alimentation intermittente, la rotation continue, le retournement, le positionnement, l'oscillation, le levage, l'ouverture et la fermeture et la rotation. Ces actionneurs sont utilisés pour diverses fonctions mécaniques dans l'industrie sidérurgique, la manutention, les opérations maritimes, les équipements de construction, les machines minières et la direction assistée hydraulique.

Informations complémentaires

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