Les chercheurs continuent de chercher des moyens d'améliorer la précision des systèmes de positionnement linéaire, de réduire ou d'éliminer le jeu, et de rendre ces dispositifs plus faciles à utiliser. Voici un aperçu des développements récents.

Que le déplacement linéaire requis soit faible ou important, la précision et la fiabilité du positionnement sont des qualités essentielles pour les systèmes linéaires. Le Marshall Space Flight Center (Alabama) et le Lewis Research Center (Cleveland), deux centres de recherche spécialisés dans le développement de produits spatiaux, ont mis au point des dispositifs de positionnement linéaire présentant des améliorations significatives dans ces domaines. L'un de ces dispositifs a été initialement conçu pour des applications spatiales, l'autre pour des applications terrestres. Toutefois, tous deux offrent des avantages au secteur du transport d'énergie.

Les ingénieurs du Centre de vol spatial Marshall avaient besoin d'un actionneur linéaire pour véhicules spatiaux. Cet actionneur actionnera la tuyère du moteur principal du véhicule. Combiné à un autre actionneur situé dans le même plan horizontal mais orienté à 90 degrés, il permettra de contrôler les mouvements de tangage, de roulis et de lacet du véhicule. La tolérance de ces mouvements est de ±0,050 pouce.

Sur le plan fonctionnel, l'actionneur doit assurer des déplacements linéaires précis et progressifs à ces objets volumineux, et maintenir sa position malgré des charges importantes. La solution retenue est un actionneur linéaire électromécanique. Il permet un déplacement progressif jusqu'à 152 mm (6 pouces). Sa course minimale est inférieure à 0,0127 mm (0,00050 pouce). Il peut supporter des charges allant jusqu'à 20 412 kg (45 000 lb).

Convertissant un mouvement rotatif en mouvement linéaire, cet actionneur est un dispositif simple et performant qui peut remplacer les actionneurs hydrauliques dans les applications exigeant un mouvement à la fois puissant et contrôlé. Il nécessite également peu d'entretien (nettoyage et inspection) et contribue à réduire le temps de qualification du système de vol.

Ce système utilise un résolveur et une caractéristique relativement récente : un engrenage anti-jeu. Le résolveur mesure le déplacement angulaire incrémental, qui commande le déplacement linéaire incrémental. Sa précision est de 6 arc/min. La relation entre la rotation et la translation est déterminée par les rapports d'engrenage et le pas de filetage.

La seconde caractéristique est un système d'engrenage anti-jeu. Il garantit un contact constant des dents d'engrenage dans les deux sens de rotation.

Pour obtenir ce contact, les centres des arbres doivent être parfaitement alignés. Lors de la fabrication, les arbres sont usinés sur chaque assemblage.

Composants de l'actionneur
L'actionneur électromécanique se compose de quatre éléments : 1) deux moteurs à courant continu de 25 ch, 2) un train d'engrenages, 3) un piston linéaire et 4) un carter. Les moteurs à courant continu entraînent le train d'engrenages, transmettant un mouvement de rotation à une vis sans fin, qui convertit ce mouvement en un déplacement linéaire par l'intermédiaire du piston de sortie. Les moteurs fournissent un couple constant de 34,6 oz-in./A. Ils fonctionnent à 125 A. Au niveau de la vis sans fin, l'ensemble développe un couple de 31 000 oz-in., soit environ 162 lb-ft.

Deux moteurs à courant continu sans balais sont fixés sur une plaque de montage. Cette plaque est reliée au système d'engrenages. Une petite plaque de réglage permet un usinage lors de l'assemblage, ce qui facilite un alignement précis des arbres. Ce dispositif contribue également à éliminer le jeu dans le système d'engrenages.

Le pignon est claveté sur l'arbre moteur et supporté par des roulements à l'intérieur du moteur. Il s'engrène avec l'arbre intermédiaire, qui comprend deux engrenages. Cet arbre intermédiaire réduit la vitesse et transmet un couple élevé à la roue de sortie. Comme indiqué précédemment, l'un des engrenages intermédiaires est usiné directement dans l'arbre.

Le premier pignon fou est composé de deux pièces qui permettent de petits réglages pour éliminer le jeu de rotation dans le système.

Lors de l'assemblage, le moteur inférieur est fixé à la plaque de montage, son pignon s'engrenant avec les engrenages intermédiaires réglables sur les arbres intermédiaires. Le moteur supérieur est ensuite monté à l'aide de la plaque de réglage. Puis, les ingénieurs font tourner manuellement les arbres moteurs, déplaçant les engrenages intermédiaires par rapport à leurs arbres afin d'éliminer tout jeu de rotation. Le moteur supérieur est alors retiré et une nouvelle plaque de réglage est usinée avec précision. Ce processus d'assemblage élimine le jeu.

Chaque arbre intermédiaire est supporté à ses deux extrémités par des roulements. La roue dentée de sortie est clavetée sur un arbre à vis sans fin. L'ensemble arbre-écrou et piston de sortie assure des mouvements linéaires. Un palier linéaire, stabilisant le piston de sortie, empêche tout désalignement.

Les ensembles de paliers sphériques, situés à l'extrémité de la tige et dans la contre-pointe, comprennent des fixations permettant de les relier au moteur et aux composants structurels.

Options
Pour obtenir une rotation complète du rotor du résolveur par course de piston et éviter de compter les tours de l'arbre, les ingénieurs de la NASA indiquent qu'ils peuvent utiliser un réducteur harmonique avec un résolveur. Ce réducteur doit avoir un rapport de réduction permettant au rotor du résolveur d'effectuer une rotation complète par course de piston.

Une version aéronautique plus récente de cet actionneur utilise quatre moteurs de 15 ch. La taille réduite de ces moteurs permet de diminuer le poids et l'inertie. Leur couple constant est de 16,8 oz-in./A, et ils fonctionnent sous 100 A et 270 V pour fournir la force nécessaire au déplacement d'une charge de 20 412 kg (45 000 lb).

Un autre modèle de positionnement
Bien que ce positionneur à triple vis sans fin n'ait pas été conçu pour un usage spatial, il offre des gains de précision et de fiabilité. Il permet de réduire le temps nécessaire au positionnement précis des pièces dans les machines, au levage ou à l'abaissement des plateformes, à l'alignement précis des emballages et à la mise à niveau des plateformes pour les équipements laser et les télescopes de pyrométrie optique.

Un système de positionnement à vis classique peut utiliser une commande manuelle à entraînement central, guidée par trois ou quatre tiges fixes, pour déplacer une plaque. Ce système utilise un ensemble à triple vis-mère comme mécanisme de positionnement principal. Il déplace une plaque vers ou loin d'une plaque fixe tout en maintenant les plaques parallèles entre elles.

L'ensemble comprend 27 pièces fabriquées en atelier, neuf pièces achetées (engrenages, roulements, etc.) et 65 éléments de fixation divers (boulons, rainures de clavette, écrous, rondelles, etc.). Tous les composants sont assemblés sur le support de commande à trois points et le support d'entraînement à un point. Ces ensembles sont montés avec précision sur la plaque d'extrémité de la cavité, assurant ainsi une commande d'entraînement optimale.

Le positionneur est actionné soit manuellement par une manivelle sur l'un des axes d'entraînement, soit par un servomoteur déporté. La position est indiquée sur une échelle, un indicateur ou un affichage LED. La précision de positionnement est de 0,1 mm.