Modeling and design of a miniature high precision linear stage on ball bearings

par Zidong Yin

Thèse de doctorat en Mécanique avancée

Sous la direction de Marc Bonis.

Soutenue en 2010

à Compiègne .


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Aujourd'hui, la miniaturisation est une tendance forte dans le développement technologique des produits industriels, avec les exigences en composants microtechniques. Le micro / usinage conventionnel à l'outil est de plus en plus important, car il peut créer des pièces en 3-D avec des matériaux divers et il présente de nombreux avantages en efficacité, productivité, flexibilité et rentabilité, etc. Us guidages linéaires miniatures sont des composants clés des méso machines-outils. Cette thèse porte sur la conception d'une table linéaire miniature sur roulements à billes avec une raideur élévée, apte à satisfaire les exigences des méso machines-outils de haute précision. Deux critères de conception de base sont considérés: le premier est que les paliers à billes doivent être en mesure de supporter la charge maximale d'utilisation tout en conservant un comportement élastique et maximisant la rigidité ; l'autre est que l'influence des tolérances sur le diamètre des billes et la planéité de la paroi sur les mouvements parasites doit rester en dessous de l'erreur maximale autorisée sur la surface usinée. Un palier ouvert avec des erreurs géométriques est étudié en premier lieu par la théorie de He. Ensuite, une structure de palier fermé précontraint est proposée pour sa capacité à soutenir une charge relativement élevée, avec une grande rigidité, dans un encombrement limité. Sur la base des éléments de palier fermé proposés, une méthode de modélisation et de minimisation d'un guidage a été développée pour répondre aux exigences d'une taille limite de 70x 140 mrra, une capacité de charge > 250N et une rigidité > 500N/gm. Une évaluation théorique des erreurs de rectitude et de tangage d'un mini guidage avec des paliers sur roulements précontraints a été développée et analysé pour différentes préchuges, erreurs géométriques et charges externes. L'erreur de rectitude du mouvement peut ainsi être réduite à environ 1/10' de l'erreur de fabrication, ou moins selon la longueur d'onde de l'erreur de planéité des parois. Une optimisation des profils d'entrée sous le chariot est étudiée pour réduire les mouvements parasites et les excitations vibratoires induits par l'effet de bord du contact de roulement. Enfin, un prototype de mini-rail de guidage pour méso machines-outils a été conçu et fabriqué. La course est de 80 mm. S parois du roulement sont en acier GCr15 et les billes sont en céramique Si3N4, pour son niveau élevé de résistance à la compression et sa dureté. Les dimensions de la structure de la table miniature ont été déterminées avec des évaluations par éléments finis ; l'épaisseur des parois doit être >Ilmm. Les erreurs de tangage et de rectitude du mouvement du prototype ont été étudiées. Pour une erreur maximale du diamètre des billes d'environ 0,13gm et des erreurs de profil des parois d'environ 1,0 à 3,0gm, l'erreur de rectitude du guidage est d'environ 0,25gm sur une course de avec une précontrainte géométrique de 6gm. Ces résultats sont en bon accord avec les prédictions théoriques.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (181 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 53 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010 YIN 1914
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