Élévateur à vis sans fin pour machines : le tout-puissant « Optimus Prime » dans le domaine de la transmission de précision

Au stade de la transmission de précision industrielle moderne, Ascenseur de vis de machine à engrenage à vis sans fin est devenu le « centre de transmission » central de nombreuses industries grâce à sa conception structurelle unique et ses excellentes performances. De la chaîne de production de l'industrie manufacturière à la plate-forme élévatrice de l'ingénierie de construction, de l'équipement d'automatisation aux nouveaux équipements énergétiques, l'ascenseur à vis sans fin pour machine à vis sans fin fournit un support solide pour le fonctionnement mécanique dans divers domaines avec des performances stables, efficaces et précises. Ensuite, nous analyserons les secrets de cet équipement de précision sous tous ses aspects et en profondeur.

Le dispositif de conversion de puissance de base de la machine à engrenages à vis sans fin est le système de transmission à engrenages à vis sans fin, que l'on peut appeler le « cœur » de l'ascenseur. Le mécanisme d'engrenage à vis sans fin se compose d'une vis sans fin et d'une roue à vis sans fin, qui transmettent le mouvement et la puissance grâce à l'engrènement entre des axes décalés. La vis sans fin est généralement utilisée comme partie active et sa surface de dent hélicoïdale engrène avec les dents d'engrenage de la roue à vis sans fin pour obtenir un rapport de transmission élevé du mouvement de décélération. Ce mode de transmission présente les caractéristiques remarquables d'une structure compacte, d'un rapport de transmission élevé, d'un fonctionnement fluide et d'un faible bruit.

Du point de vue du principe technique, l'angle d'hélice de la vis sans fin et l'angle d'hélice de la roue à vis sans fin doivent être strictement adaptés pour assurer un bon effet d'engrènement. Le nombre de têtes de vis sans fin détermine l'efficacité et le rapport de vitesse de la transmission. Le ver à tête unique a un rapport de transmission élevé, mais l'efficacité est relativement faible, généralement autour de 60 % à 70 % ; les vers multi-têtes peuvent améliorer l’efficacité de la transmission. Par exemple, l'efficacité des vers à double tête peut atteindre 75 à 85 %, mais le rapport de vitesse sera réduit en conséquence. La roue à vis sans fin est généralement constituée de matériaux en alliage de cuivre tels que ZCuSn10Pb1 avec une bonne résistance à l'usure pour réduire l'usure lors de l'engrènement avec la vis sans fin et prolonger la durée de vie. Dans les applications pratiques, en concevant raisonnablement les paramètres de l'engrenage à vis sans fin, tels que le module, l'angle de pression, l'angle d'hélice, etc., les performances de la transmission peuvent être optimisées pour répondre aux besoins des différentes conditions de travail. Par exemple, dans l'industrie métallurgique, qui nécessite un couple de sortie important, un engrenage à vis sans fin avec un module plus grand est utilisé pour améliorer la capacité portante ; tandis que dans l'industrie de fabrication électronique, qui a des exigences de précision extrêmement élevées, un engrenage à vis sans fin avec une haute précision et un petit module est utilisé pour garantir la précision de la transmission.

La lubrification du système de transmission à vis sans fin est également très importante. Des lubrifiants appropriés peuvent non seulement réduire le coefficient de frottement et l'usure, mais également jouer un rôle de refroidissement et de nettoyage. Les lubrifiants couramment utilisés comprennent les huiles pour engrenages industriels extrême pression, etc. Selon l'environnement de travail et les conditions de charge, les lubrifiants doivent être remplacés régulièrement pour assurer le fonctionnement normal du système.

La paire de vis et d'écrous est un composant clé qui convertit le mouvement de rotation de la transmission à vis sans fin en mouvement linéaire et est « l'exécuteur » de l'ascenseur pour réaliser la fonction de levage. La vis est une vis, et l'écrou coopère avec la vis. Lorsque la roue à vis sans fin entraîne la vis en rotation, l'écrou se déplace axialement sur la vis, réalisant ainsi le levage et l'abaissement de la charge.

Selon le processus de fabrication, la vis peut être divisée en vis roulée et vis rectifiée. Les vis-mères laminées sont formées par un processus de laminage, avec une efficacité de production élevée et un faible coût, et conviennent aux occasions avec des exigences de faible précision, telles que les équipements de transport de matériaux ordinaires ; les vis mères rectifiées sont traitées par meulage de haute précision, avec une précision de surface élevée et une bonne rectitude, et sont largement utilisées dans la fabrication de semi-conducteurs, les équipements médicaux et d'autres domaines avec des exigences de précision extrêmement élevées, et leur précision de positionnement peut atteindre ± 0,01 mm ou même plus. La conception de l’écrou est également cruciale. Des écrous fendus ou des écrous intégrés sont généralement utilisés, et l'écart entre la vis mère et l'écrou est éliminé par un dispositif de pré-serrage pour améliorer la rigidité et la précision de la transmission. Il existe des méthodes de pré-serrage des joints et des ressorts, et différentes méthodes de pré-serrage conviennent à différentes conditions de travail. Par exemple, le pré-serrage des joints a une structure simple et un faible coût, mais il est peu pratique à ajuster ; le pré-serrage à ressort peut compenser automatiquement l'usure et maintenir une force de pré-serrage stable.

Lors du fonctionnement de la paire d'écrous de vis mère, le pas de la vis mère est également un paramètre clé. Plus le pas est grand, plus l'écrou se déplace rapidement, mais la capacité de charge est relativement faible ; plus le pas est petit, plus l'écrou se déplace lentement, mais la capacité de charge et la précision sont plus élevées. Par conséquent, lors de la conception, il est nécessaire de sélectionner raisonnablement le pas de la vis en fonction des exigences de travail réelles.

La boîte est la coque extérieure de l'ascenseur à vis à vis sans fin, qui joue le rôle de support et de protection des composants internes de la transmission et constitue la « base » du fonctionnement stable de l'équipement. La boîte est généralement constituée de matériaux en fonte à haute résistance ou en alliage d'aluminium, avec de bonnes performances de rigidité et de dissipation thermique. En prenant comme exemple la boîte en fonte à haute résistance, sa résistance à la traction peut atteindre plus de 300 MPa, ce qui peut résister à d'importantes charges externes et contraintes internes.

La structure de support interne, telle que le siège de roulement, le système d'arbre, etc., fournit un support fiable pour l'engrenage à vis sans fin et la vis, garantissant que les composants de transmission maintiennent la relation de position correcte pendant le fonctionnement et réduisant les vibrations et le bruit. La précision et la rigidité du siège du roulement affectent directement la durée de vie du roulement et la stabilité de fonctionnement de l'équipement. Habituellement, les centres d'usinage CNC sont utilisés pour l'usinage de précision afin de garantir la précision dimensionnelle et la tolérance de forme et de position du trou du siège du roulement. La conception du système d'arbre doit également prendre en compte des facteurs tels que la résistance, la rigidité et la vitesse critique de l'arbre pour éviter toute résonance pendant le fonctionnement.

La conception du corps de la boîte doit également prendre en compte les performances d'étanchéité pour empêcher les fuites d'huile lubrifiante et l'entrée de poussière et d'impuretés externes, afin d'assurer la bonne lubrification des pièces de transmission internes et un environnement de travail propre. Les méthodes de scellement courantes comprennent le scellement par contact et le scellement sans contact. L'étanchéité par contact, telle que les joints à lèvres, a un bon effet d'étanchéité, mais augmente la résistance au frottement ; l'étanchéité sans contact, telle que les joints à labyrinthe, a un effet d'étanchéité relativement faible, mais a un faible frottement et une longue durée de vie. Le corps de la boîte est généralement équipé d'une fenêtre d'observation et d'une jauge de niveau d'huile, ce qui permet aux opérateurs d'observer le fonctionnement des composants internes, de vérifier le niveau d'huile lubrifiante et d'effectuer l'entretien et la maintenance à temps. Certains ascenseurs haut de gamme sont également équipés de capteurs de température et de capteurs de vibrations pour surveiller la température et les vibrations à l'intérieur de la boîte en temps réel et déclencher une alarme à temps lorsque des anomalies se produisent pour éviter une panne d'équipement.

L'élévateur à vis à vis sans fin possède d'excellentes capacités de positionnement de haute précision, ce qui le fait briller dans le domaine de la fabrication de précision. Au cours du processus de fabrication des puces semi-conductrices, les tranches doivent être transportées avec précision vers diverses stations de traitement. Le lève-vis à vis sans fin peut contrôler l'erreur de positionnement au niveau du micron grâce à son contrôle de mouvement linéaire de haute précision, garantissant la précision et le rendement de la fabrication des puces. En prenant comme exemple une ligne de production de fabrication de plaquettes de 12 pouces, la précision de positionnement du lève-vis à vis sans fin utilisé atteint ±0,005 mm. Grâce au système de positionnement visuel avancé, la plaquette peut être transmise et positionnée avec précision, améliorant considérablement la qualité de production et l'efficacité de la puce.

Dans le domaine des dispositifs médicaux, tels que les tomodensitomètres, les robots chirurgicaux et autres équipements, les élévateurs à vis à vis sans fin sont utilisés pour ajuster avec précision la position et l'angle de l'équipement afin de fournir un diagnostic et un traitement précis aux patients. Dans les robots chirurgicaux, les poussoirs à vis à vis sans fin doivent obtenir un contrôle de mouvement de haute précision dans un petit espace, et leur précision de positionnement doit atteindre ± 0,02 mm pour garantir que les instruments chirurgicaux peuvent atteindre avec précision le site de la lésion et réduire le traumatisme et les risques chirurgicaux. Dans le même temps, les caractéristiques de bon fonctionnement du lève-vis à vis sans fin garantissent également la sécurité et la fiabilité du processus chirurgical.

Les ascenseurs à vis à vis sans fin ont une forte capacité de charge et peuvent facilement assumer diverses lourdes responsabilités dans le domaine industriel. Dans l'industrie de fabrication de machines lourdes, telles que les grandes presses, les machines de moulage par injection et autres équipements, les élévateurs à vis à vis sans fin sont utilisés pour soulever les établis et les moules et peuvent supporter plusieurs tonnes, voire des dizaines de tonnes. Par exemple, dans une grande presse hydraulique de 5 000 tonnes, l'élévateur à vis sans fin équipé a une capacité de charge unique allant jusqu'à 100 tonnes. Grâce au travail coordonné de plusieurs ascenseurs, l'établi peut être levé et abaissé en douceur pour répondre aux besoins de traitement des grandes pièces.

Dans le domaine de l'ingénierie de construction, les ascenseurs à vis sans fin sont souvent utilisés pour construire des plates-formes élévatrices et des échafaudages afin de fournir un support fiable pour le transport du personnel de construction et des matériaux de construction. Dans la construction de bâtiments de très grande hauteur, les grandes plates-formes élévatrices utilisées sont entraînées en parallèle par plusieurs ascenseurs à vis sans fin, avec une capacité de charge totale de plus de 50 tonnes, qui peuvent transporter simultanément une grande quantité de matériaux de construction et d'équipement de construction, améliorant ainsi l'efficacité de la construction. Dans les secteurs portuaires et logistiques, les élévateurs à vis à vis sans fin sont utilisés dans les grues et les équipements de chargement et de déchargement pour obtenir un levage et une manutention efficaces des marchandises. Dans les grues à conteneurs des ports automatisés, les élévateurs à vis à vis sans fin peuvent soulever les conteneurs rapidement et avec précision, avec une efficacité de chargement et de déchargement de 30 à 40 conteneurs standard par heure, améliorant considérablement la capacité de débit du port.

La fonction autobloquante du élévateur à vis à vis sans fin est une caractéristique importante pour garantir son fonctionnement en toute sécurité. Étant donné que la transmission à vis sans fin a les caractéristiques d'auto-verrouillage inversé, lorsque la source d'alimentation cesse de fonctionner, la paire d'écrous à vis se verrouille automatiquement pour empêcher la charge de glisser vers le bas en raison de la gravité, assurant ainsi la sécurité de l'équipement et du personnel. Cette fonctionnalité est largement utilisée dans de nombreux domaines avec des exigences de sécurité extrêmement élevées.

Dans les nacelles élévatrices, les ascenseurs et autres équipements, la fonction d'autoverrouillage est une mesure de sécurité vitale. En prenant comme exemple un certain modèle de plate-forme élévatrice, lorsque la plate-forme s'élève à la hauteur spécifiée, même en cas de panne de courant ou de panne du système électrique, la fonction d'auto-verrouillage de l'élévateur à vis sans fin peut prendre effet immédiatement, verrouillant la plate-forme fermement en place pour éviter qu'elle ne tombe et ne provoque des accidents de sécurité. Dans certains équipements mécaniques qui doivent maintenir une position fixe, tels que le dispositif de positionnement d'une ligne de production automatisée, la fonction autobloquante peut garantir que l'équipement ne sera pas déplacé en raison d'interférences externes pendant le fonctionnement, améliorant ainsi la stabilité de fonctionnement et la fiabilité de l'équipement. Sur la chaîne d'assemblage de moteurs automobiles, l'ascenseur à vis sans fin utilisé pour positionner le cylindre du moteur s'appuie sur la fonction autobloquante pour maintenir la même position une fois le positionnement terminé, garantissant ainsi que le processus d'assemblage ultérieur peut être effectué avec précision.

Les avantages en termes de performances de l'élévateur à vis à vis sans fin le rendent largement utilisé dans de nombreux domaines. Dans l’industrie automobile, il est utilisé pour le transport des matériaux et la mise en service des équipements de la chaîne de production. Sur la chaîne de montage automobile, l'élévateur à vis à vis sans fin est utilisé pour soulever le châssis de l'automobile afin de faciliter l'installation des composants tels que les moteurs et les boîtes de vitesses. Dans le même temps, dans l'équipement de test des pièces automobiles, l'élévateur à vis sans fin joue également un rôle important, qui est utilisé pour ajuster avec précision la position de l'instrument de test afin de garantir l'exactitude des résultats des tests.

Dans le domaine de l’aérospatiale, il est utilisé pour l’installation et les tests d’équipements de pièces d’avions. Pendant le processus d'assemblage de l'aile de l'avion, un élévateur à vis sans fin de haute précision est nécessaire pour ajuster la position et l'angle de l'aile afin de garantir la précision de la connexion entre l'aile et le fuselage. Sur la tour de lancement du satellite, l'ascenseur à vis sans fin est utilisé pour soulever le dispositif d'amarrage du satellite et de la fusée afin d'assurer un amarrage précis avant le lancement.

Dans le secteur de l'énergie nouvelle, tel que la production d'énergie éolienne, la production d'énergie solaire photovoltaïque et d'autres projets, l'élévateur à vis sans fin est utilisé pour ajuster l'angle et la position de l'équipement de production d'énergie afin d'améliorer l'efficacité de la conversion d'énergie. Dans le groupe électrogène éolien, l'ascenseur à vis sans fin est utilisé pour ajuster l'angle de la pale afin qu'elle soit toujours dans le meilleur état face au vent afin d'améliorer l'efficacité de la production d'électricité. Dans la centrale solaire photovoltaïque, l'ascenseur à vis sans fin est utilisé pour entraîner le système de suivi solaire du panneau photovoltaïque, de sorte que le panneau photovoltaïque puisse ajuster automatiquement l'angle lorsque la position du soleil change et maximiser la réception de l'énergie solaire.

Dans les domaines des machines de scène, des installations de divertissement, de l'entreposage intelligent, etc., l'ascenseur à vis sans fin joue également un rôle important. Dans les représentations scéniques à grande échelle, grâce au contrôle coordonné de plusieurs ascenseurs à vis à vis sans fin, le levage rapide et le mouvement complexe du décor de scène peuvent être obtenus, créant un effet de scène riche et diversifié. Dans les installations de divertissement, il est utilisé pour contrôler le levage et la rotation d'équipements tels que les montagnes russes et les grandes roues. Dans le système d'entreposage intelligent, l'ascenseur à vis sans fin réalise le stockage et la manipulation automatiques des marchandises, améliorant ainsi le taux d'utilisation de l'espace de stockage et l'efficacité logistique. Par exemple, dans un certain entrepôt stéréoscopique automatisé, l'élévateur à vis sans fin utilisé peut stocker et récupérer rapidement et précisément les marchandises dans des voies étroites, et la capacité de stockage peut atteindre plus de 100 palettes par heure.

Avec le développement rapide de l'automatisation industrielle et de la fabrication intelligente, les ascenseurs à vis sans fin évoluent également dans le sens de l'intelligence et de l'automatisation. En intégrant des capteurs, des contrôleurs et des modules de communication, les ascenseurs à vis sans fin peuvent surveiller l'état de fonctionnement de l'équipement en temps réel, tel que le poids de la charge, la vitesse de fonctionnement, la température et d'autres paramètres, et transmettre des données au système de contrôle. Le système de contrôle ajuste automatiquement l'état de fonctionnement de l'ascenseur en fonction des programmes et paramètres prédéfinis pour obtenir un contrôle et une gestion intelligents.

À l'heure actuelle, des ascenseurs à vis sans fin dotés de fonctions de diagnostic intelligentes sont apparus sur le marché. Ces ascenseurs disposent de capteurs intégrés tels que des capteurs de pression, des capteurs de déplacement, des capteurs de température, etc., qui peuvent collecter des données sur le fonctionnement des équipements en temps réel. Lorsque l'équipement présente des anomalies, telles qu'une surcharge, une surchauffe, une usure des vis, etc., le système analyse et diagnostique automatiquement et émet un signal d'alarme à temps, tout en fournissant la cause du défaut et une solution. Par exemple, une certaine marque d'élévateurs à vis intelligents à vis sans fin surveille les vibrations de l'équipement grâce à un capteur de vibrations intégré. Lorsqu'une vibration anormale est détectée, le système déterminera automatiquement qu'il peut s'agir d'un problème tel que l'usure des roulements ou le pliage des vis, et informera le personnel de maintenance pour qu'il vérifie et répare, ce qui améliore considérablement la fiabilité et l'efficacité de la maintenance de l'équipement.

Dans la ligne de production automatisée, l'élévateur à vis sans fin peut être lié à d'autres équipements pour le contrôle, ajuster automatiquement la vitesse et la position de levage en fonction du rythme de production et améliorer l'efficacité de la production et la qualité du produit. Grâce aux technologies de communication telles que l'Ethernet industriel ou le bus de terrain, l'ascenseur à vis à vis sans fin peut interagir avec les API, les robots et d'autres équipements pour les données et travailler ensemble. Par exemple, sur la ligne de production automatisée de pièces automobiles, lorsque le robot termine l'assemblage d'une pièce, l'élévateur à vis sans fin transporte automatiquement la pièce assemblée vers la station suivante. L'ensemble du processus ne nécessite aucune intervention humaine, ce qui permet d'atteindre un haut degré d'automatisation de la production.

Afin de répondre aux besoins des équipements modernes en matière de légèreté et de miniaturisation, les ascenseurs à vis sans fin innovent constamment dans leur conception, en utilisant de nouveaux matériaux et de nouveaux processus pour atteindre la légèreté et la miniaturisation. En termes de matériaux, des alliages d'aluminium à haute résistance, des alliages de titane et d'autres matériaux légers sont utilisés pour remplacer les matériaux traditionnels en fonte, ce qui réduit considérablement le poids de l'équipement tout en garantissant la résistance et les performances de l'équipement. Comparé aux ascenseurs traditionnels en fonte, le nouvel élévateur à vis à vis sans fin en alliage d'aluminium a réduit le poids, mais la capacité de charge et la durée de vie n'ont pas été réduites.

En termes de conception structurelle, l'équipement est miniaturisé en optimisant la structure de la paire vis sans fin et écrou, réduisant ainsi le nombre et la taille des pièces. Le concept de conception intégré est adopté pour intégrer le boîtier, le siège de roulement et d'autres composants, réduire les pièces de connexion et améliorer l'intégration de l'équipement. Dans le même temps, la structure est optimisée en utilisant l'analyse par éléments finis et d'autres technologies pour minimiser la taille structurelle tout en garantissant résistance et rigidité. Le petit élévateur à vis à vis sans fin a une taille plus petite grâce à une conception optimisée, mais il peut toujours répondre aux exigences de travail de haute précision et de charge importante, et convient aux petits robots, aux équipements portables et à d'autres domaines.

Dans le contexte de la promotion mondiale de la protection de l'environnement vert, de la conservation de l'énergie et de la réduction des émissions, les ascenseurs à vis sans fin adoptent également activement des technologies vertes de protection de l'environnement et d'économie d'énergie. Dans le processus de fabrication, des matériaux et des processus respectueux de l'environnement sont utilisés pour réduire l'utilisation et les émissions de substances nocives et réduire la pollution de l'environnement. Par exemple, la peinture à base d'eau est utilisée à la place de la peinture traditionnelle à base d'huile. Les revêtements peuvent réduire les émissions de composés organiques volatils (COV) ; une technologie de traitement sans coupe peut être utilisée pour réduire la génération de déchets métalliques.

Pendant le fonctionnement, en optimisant la conception du système de transmission et en sélectionnant des matériaux lubrifiants efficaces, l'efficacité de la transmission de l'équipement peut être améliorée et la consommation d'énergie peut être réduite. La recherche et le développement de nouvelles formes de dents d'engrenages à vis sans fin, telles que les engrenages à vis sans fin à double pas et les engrenages à vis sans fin à dents en arc, peuvent améliorer l'efficacité de la transmission de 5 à 10 %. Dans le même temps, le développement d'ascenseurs à vis sans fin alimentés par des énergies renouvelables, tels que l'entraînement solaire et l'entraînement hydraulique, peut réduire davantage la dépendance à l'égard de l'énergie traditionnelle et atteindre l'objectif de protection de l'environnement vert. Dans certaines centrales solaires photovoltaïques isolées, l'utilisation d'élévateurs à vis sans fin à énergie solaire pour ajuster l'angle des panneaux photovoltaïques permet non seulement d'économiser les ressources électriques, mais réduit également les émissions de carbone, avec de bons avantages économiques et environnementaux.

À l'heure actuelle, le marché des ascenseurs à vis sans fin est très compétitif et de nombreuses entreprises nationales et étrangères y participent. Les entreprises internationales occupent une part importante du marché haut de gamme grâce à leur technologie de pointe et aux avantages de leur marque. Ces entreprises disposent d'équipes de R&D solides et de systèmes de production parfaits, et lancent en permanence des produits de levage à vis à vis sans fin de haute performance et de haute précision. Par exemple, l'élévateur à vis sans fin de SEW adopte des processus et des matériaux de fabrication avancés, avec une précision de produit élevée et une fiabilité élevée, et est largement utilisé dans des domaines haut de gamme tels que la construction automobile et les semi-conducteurs.

Les entreprises nationales ont également réalisé de grands progrès ces dernières années, améliorant continuellement la recherche et le développement technologique et la qualité des produits, et réduisant progressivement l'écart avec le niveau avancé international. Certaines entreprises nationales ont développé des produits de levage à vis sans fin avec des droits de propriété intellectuelle indépendants grâce à une innovation indépendante et à l'introduction de technologies, et ont une forte compétitivité sur les marchés bas de gamme et milieu de gamme. Dans le même temps, les entreprises nationales ont acquis une large application sur le marché intérieur et sur certains marchés émergents grâce à leurs avantages en termes de coûts et de services localisés. L'ascenseur à vis à vis sans fin développé par les entreprises nationales a réduit les coûts des produits en optimisant les processus de conception et de production, et a fourni des services après-vente à réponse rapide, et a été largement utilisé dans

(II) Perspectives futures

5. Conclusion