Ce que personne ne vous dit sur la capacité de charge du SFU1605

Le numéro de catalogue n'est pas une limite de charge utile

Un écrou SFU1605 a généralement une capacité de charge dynamique d'environ 7 à 8 kN, selon sa configuration et le fabricant. Cela correspond à une force d'environ 700 à 800 kg.

Toutes les quelques semaines, quelqu'un lit ce chiffre et me demande s'il est possible de charger 500 kg sur un SFU1605.

Non. Ce nombre n'indique pas la charge utile admissible. Il s'agit d'un paramètre de durée de vie en fatigue. Il décrit le comportement de la vis sous des charges répétées sur des millions de tours. Ce calcul suppose une lubrification idéale, un alignement parfait, une charge purement axiale et l'absence de flambage ou de vibration. Or, ces conditions ne sont pas réunies dans une machine réelle.

La charge dynamique est un élément parmi d'autres dans le calcul de la durée de vie. Elle ne répond pas à la question « quelle charge puis-je supporter avec cette vis ? »

Si vous ne devez retenir qu'une seule chose de cet article, retenez cela.

Qu'est-ce qui limite réellement un SFU1605 ?

En pratique, quatre facteurs limitent les performances d'un SFU1605 bien avant que la note indiquée dans le catalogue ne le fasse.

Flambage. Lorsque la vis exerce une pression sur la table, elle est en compression. Une longue vis en compression se comporte comme une colonne et peut flamber latéralement. Plus la partie non supportée est importante, plus la charge de flambage est faible. Une vis SFU1605 de 300 mm supporte une compression élevée, contrairement à une vis SFU1605 de 1200 mm.

Vitesse critique. Lorsque la vis tourne, elle vibre au-delà d'un certain régime. Les vis plus longues vibrent à des vitesses inférieures. Sur un axe SFU1605 long, c'est généralement la vitesse critique, et non la charge, qui constitue le facteur limitant.

Couple moteur. Le câble de 5 mm offre un bon avantage mécanique, mais le moteur doit tout de même produire un couple suffisant. Les moteurs pas à pas perdent du couple à haute vitesse. Si vous devez atteindre 2 000 tr/min pour obtenir la vitesse souhaitée, le moteur risque de ne pas fournir le couple indiqué dans la fiche technique.

Rigidité de l'écrou et du support. Un écrou SFU1605 standard avec une légère précharge convient au positionnement général. Pour un axe d'usinage soumis à des forces de coupe variables, une précharge plus importante et un support fixe plus rigide peuvent être nécessaires. Cela modifie le frottement et les exigences du moteur.

La première de ces quatre valeurs à atteindre la limite réelle constitue celle-ci. Il ne s'agit presque jamais de la capacité de charge dynamique.

Axe horizontal : ce que voit réellement la vis

Prenons un exemple courant : un portique de 40 kg sur un axe X horizontal. Des guides linéaires supportent le poids. La vis fournit la force nécessaire au déplacement et à l’accélération de la masse, ainsi que la force de coupe induite par le processus.

Pour l'accélération, la relation de base est :

F = ma

À 1 m/s², cela représente 40 N. À 5 m/s², cela représente 200 N. Ajoutez le frottement, la force de coupe et une certaine marge, et vous pourriez vous retrouver avec une force axiale de 400 à 600 N sur la vis.

C'est loin d'atteindre la capacité dynamique de 7 kN. Du point de vue de la charge pure, la vis est parfaitement adaptée.

Le problème est généralement ailleurs. Il s'agit de savoir si le moteur peut produire un couple suffisant à la vitesse requise. Ou si la vis est suffisamment longue pour que le fouettement devienne la limite. Ou encore si l'axe peut accélérer assez vite pour que le temps de cycle soit exploitable.

J'ai vu des portiques de 40 kg fonctionner pendant des années avec un moteur SFU1605. J'ai aussi vu des machines beaucoup plus légères peiner car la vis était trop longue et le moteur ne pouvait pas la faire tourner assez vite.

La charge est rarement en cause. C'est généralement le reste du système qui pose problème.

Axe vertical : même masse, calcul différent

Placez ces mêmes 40 kg sur un axe Z vertical et tout change.

La gravité agit désormais constamment le long de l'axe de la vis. La charge statique est :

40 × 9,81 = 392 N

Si vous accélérez également vers le haut à 1 m/s² :

40 × (9,81 + 1) = 432 N

Et cela sans compter le frottement, la force de coupe ni toute marge de sécurité.

Une charge continue de 400 N sur une vis SFU1605 reste largement dans les limites de sa capacité. Cependant, le moteur doit désormais supporter cette charge lorsque l'axe est à l'arrêt et la soulever contre la gravité lors des mouvements ascendants. Si le moteur est sous-dimensionné, l'axe risque de dériver, de perdre des pas ou de se mettre en panne.

Il y a aussi un problème de sécurité. Un axe vertical doit être équipé d'un frein ou d'un contrepoids, et non pas se reposer uniquement sur la vis à billes pour supporter la charge. Une vis à billes n'est pas un dispositif de sécurité. J'ai déjà vu une broche tomber parce qu'on avait supposé que la vis suffirait à la retenir. Et c'était le cas… jusqu'à ce que l'accouplement se rompe.

Alors, quand on me demande si une SFU1605 peut supporter une charge verticale, ma première question ne porte pas sur la vis, mais sur le moteur, le frein et le contrepoids.

Le câble de 5 mm est un compromis, pas une caractéristique.

Le câble de 5 mm confère au moteur un avantage mécanique important. C'est pourquoi le SFU1605 est performant sur les petites machines équipées de moteurs de puissance modeste. Le rapport poussée/couple est élevé.

F ≈ 2πTη / L

Avec un pas de 5 mm et un rendement raisonnable, on obtient environ 1130 N de poussée pour chaque N·m de couple moteur. C'est excellent pour une petite vis.

Mais le compromis réside dans la vitesse. Pour se déplacer à 10 m/min, la vis doit tourner à 2 000 tr/min. Pour se déplacer à 15 m/min, il lui faut 3 000 tr/min. Sur un moteur pas à pas, le couple à 2 000 tr/min est souvent inférieur ou égal à la moitié du couple de maintien. Sur une vis plus longue, la vitesse critique pourrait de toute façon être inférieure à 3 000 tr/min.

Un déport de 5 mm est donc idéal pour la poussée, mais désavantageux pour la vitesse. Le choix du compromis dépend de la machine. Une petite défonceuse usinant du bois à 5 m/min avec une accélération modérée s'en sortira parfaitement. En revanche, une machine nécessitant une vitesse de 20 m/min sur un axe de 1200 mm ne le pourra pas.

C'est pourquoi je ne recommande pas ce câble tant que je ne connais pas la vitesse requise et la longueur de la vis.

C'est généralement au niveau de la longueur des vis que la conception présente des faiblesses.

Je ne saurais trop insister sur ce point. Un SFU1605 court et un SFU1605 long sont quasiment deux produits différents.

Sur un axe de 400 mm avec supports fixes-flottants, la vis SFU1605 est très performante. Elle tourne sans problème entre 2 000 et 3 000 tr/min, supporte aisément plusieurs centaines de newtons et a une longue durée de vie.

Sur un axe de 1200 mm, la même vis atteint une vitesse critique aux alentours de 2000 à 2500 tr/min. Cela peut convenir pour une vitesse de 8 à 10 m/min. En revanche, pour une vitesse de 15 m/min, il faut atteindre 3000 tr/min, ce qui risque de provoquer un effet de fouettement de la vis.

Elle s'affaisse davantage. Elle se déforme plus sous la charge. Elle est plus sensible à l'alignement. La charge de flambage diminue. Le comportement mécanique global s'en trouve modifié.

Avant de répondre à la question « Le SFU1605 peut-il supporter cette charge ? », je souhaite connaître la longueur non supportée entre les appuis, et non la longueur totale. C'est cette longueur non supportée qui détermine la vitesse critique et le flambement.

Beaucoup de clients m'indiquent la longueur totale car c'est ce qui figure dans le catalogue. Or, c'est la longueur sans support qui importe réellement.

La précharge peut réduire la marge moteur.

L'écrou SFU1605 standard est livré avec une précharge légère ou sans précharge. Si vous avez besoin d'une plus grande rigidité, vous pouvez commander un écrou préchargé.

Mais la précharge augmente la friction. Cela signifie un couple moteur plus important, une chaleur accrue dans l'écrou et potentiellement des intervalles de lubrification plus courts.

Sur une petite vis équipée d'un moteur modeste, l'ajout de précharge peut pousser le moteur au-delà de ses limites. J'ai vu des monteurs ajouter de la précharge pour résoudre un problème de rigidité et se retrouver avec un axe qui surchauffe et se dérègle après une heure de fonctionnement. La précharge a résolu un problème et en a créé deux autres.

La précharge doit être choisie en fonction des besoins réels de l'axe. Pour une fraiseuse à bois, une précharge standard convient généralement. En revanche, pour un axe d'usinage avec des forces de coupe variables, une précharge plus élevée peut se justifier, mais le moteur et le système de gestion thermique doivent être dimensionnés en conséquence.

N'ajoutez pas de préchargement simplement à cause d'un phénomène de retour de flamme. Ce retour de flamme peut avoir plusieurs causes, et le préchargement n'en est qu'une parmi d'autres.

Ce sont les guides linéaires qui supportent la charge, et non la vis.

C'est l'un des malentendus les plus fréquents que je constate.

Une vis à billes est un élément moteur. Elle pousse et tire la table. Elle ne supporte pas le poids de la table ; ce sont les guides linéaires qui s’en chargent.

Si la machine supporte une charge importante en porte-à-faux, ce sont les guides et la plaque de montage qui absorbent l'effort. La vis à billes ne subit que la force axiale. Si les guides sont sous-dimensionnés ou mal alignés, la vis en sera affectée (charge latérale, frottement accru et vibrations), mais la solution ne réside pas dans une vis plus grosse. Il faut des guides de meilleure qualité ou un meilleur alignement.

Des clients m'ont demandé s'il valait mieux passer du modèle SFU1605 au SFU2005, car la table leur paraissait « lourde ». En réalité, le problème venait du fait que les blocs de guidage étaient trop petits et que la plaque de montage fléchissait. Une vis plus grosse n'aurait rien changé.

Lors du dimensionnement d'un SFU1605, vérifiez également le système de guidage. La vis ne représente qu'une partie de l'axe.

Ce que je vérifierais concrètement avant de dire oui

Si vous m'envoyez une demande concernant le SFU1605, voici ce que je veux savoir avant de confirmer sa compatibilité :

• longueur de la vis et longueur non supportée

• Horizontal ou vertical

• masse en mouvement

• vitesse maximale

• Accélération requise

• force de coupe ou charge externe

• Type de moteur et courbe de couple

• Exigence de précharge des écrous

• Dispositif de soutien

• cycle de service

• Durée de vie requise

Grâce à ces informations, je peux vérifier la force axiale, la charge de flambage, la vitesse critique et le couple moteur. Je pourrai ensuite vous indiquer si le SFU1605 est suffisant ou s'il vous faut passer au SFU2005 ou à un modèle avec un pas de vis plus important.

Sans cela, je ne fais que citer une référence.

Quand SFU2005 commencera à avoir du sens

Si le SFU1605 approche de ses limites, le SFU2005 est la solution idéale. Il possède le même câble de 5 mm, mais un diamètre de 20 mm. Cela vous donne :

• résistance au flambage plus élevée

• vitesse critique plus élevée

• Plus de rigidité

• Capacité de charge supérieure

Mais cela implique aussi des compromis : un écrou plus gros, des supports plus volumineux, un encombrement accru, une inertie de rotation plus importante et un coût plus élevé. Le dimensionnement du moteur peut nécessiter un ajustement en raison de la modification de l’inertie.

Je ne recommande donc pas le SFU2005 simplement parce que la charge est « un peu lourde ». Je le recommande lorsqu'une des limites du SFU1605 est effectivement dépassée — généralement la vitesse critique sur un axe long, le flambage sur un axe soumis à une compression ou la rigidité sur un axe d'usinage avec des forces de coupe importantes.

Pour un axe court, horizontal et léger, le SFU1605 est généralement le bon choix et le SFU2005 est surdimensionné.

La réponse courte

Il n'y en a pas.

La SFU1605 peut supporter un portique horizontal de 40 kg avec des guides appropriés et un moteur adapté. Elle peut supporter une table de 100 kg si les guides supportent le poids et que l'accélération est modérée. Elle peut également présenter des défaillances sur une machine plus légère si la vis est trop longue, le moteur sous-dimensionné ou l'alignement incorrect.

La valeur qui vous intéresse n'est pas la charge utile, mais la force axiale réelle subie par la vis pendant la phase critique du cycle. Calculez-la et comparez-la au flambage, à la vitesse critique, au couple moteur et à la durée de vie de l'écrou. Ensuite, prenez votre décision.

Voilà la différence entre choisir une vis et concevoir un axe.

Pour obtenir une réponse précise concernant votre machine, veuillez nous envoyer les détails de votre application. Quelques minutes de calcul vous coûteront bien moins cher que de le découvrir une fois la machine construite.