Tout ce que vous devez savoir sur les vérins pneumatiques : types, principes de fonctionnement et utilisations

Comme toute technologie, les vérins pneumatiques ont connu de nombreuses innovations. Les ingénieurs ont développé différents modèles adaptés à diverses applications. Cet article vous permettra de tout savoir sur les vérins pneumatiques de manière simple et accessible. Découvrez leur fonctionnement, leurs différents types, leurs applications, leurs avantages et des exemples concrets d'utilisation industrielle.

1. Comment fonctionnent les vérins pneumatiques dans les systèmes d'automatisation ?

1.1 Principe de fonctionnement de base

Avez-vous déjà utilisé une pompe à vélo ? Vous actionnez la poignée et l'air sort du tuyau pour gonfler le pneu. Imaginez maintenant l'inverse : vous injectez de l'air sous haute pression dans le tuyau, ce qui actionne la poignée. En effet, l'air pousse un disque à l'intérieur du tuyau. Ce disque est relié à la poignée, ce qui la fait bouger.

Les vérins pneumatiques fonctionnent de manière similaire, mais leur conception est bien plus sophistiquée, visant une fiabilité, une durabilité et une répétabilité optimales. Ils utilisent de l'air comprimé à haute pression, généralement de 0,1 à 1,0 MPa (environ 14,5 à 145 PSI). L'air pénètre par l'orifice et pousse le piston. Ce dernier est relié à une tige qui, en se déplaçant avec le piston, produit un mouvement rectiligne. Deux embouts sont maintenus fermement contre le corps du vérin par des tirants.

Si nous devons inverser le sens de rotation, nous fournissons de l'air comprimé à l'autre orifice pour le mouvement inverse. Il se compose des éléments suivants :

• Piston

• Tige

• Tube cylindrique ou fût

• Scellés

• Embouts

• biellettes de direction

1.2 Mécanismes à simple effet vs. mécanismes à double effet

L'exemple présenté précédemment illustre le mécanisme à double effet d'un vérin pneumatique. Dans le cas d'un mécanisme à simple effet, il ne possède qu'un seul orifice. Tant que de l'air comprimé est injecté dans cet orifice, le vérin maintient sa position, comprimant le ressort. Dès que la pression est relâchée, le piston reprend sa position initiale. Ce mouvement est caractéristique d'un mécanisme à simple effet.

2. Quels sont les différents types de vérins pneumatiques couramment utilisés ?

2.1 Cylindres standard

Il existe deux grands types de vérins standard. La principale différence entre eux réside dans leur conformité aux normes de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) ou de la National Fluid Power Association (NFPA). Chaque type est ainsi adapté à certaines régions du monde. Voici leurs caractéristiques :

2.1.1 Vérins standard à tirants

Les vérins à tirants standard sont conformes aux normes ISO 15552, ISO 6431 ou VDMA 24562, courantes en Europe et dans d'autres régions du monde. Conçus pour être réparables, ils sont également plus légers. Leur fabrication leur permet de fonctionner à des vitesses élevées avec des alésages allant de 32 mm à 200 mm.

Choisissez les vérins à tirants standard pour une meilleure compatibilité avec les autres systèmes à travers le monde. Ils sont parfaits pour les applications de précision et polyvalentes.

Exemple : Vérins à tirants de la série DNG de Titan Automation, conformes à la norme ISO

2.1.2 Cylindres conformes à la norme NFPA

Les vérins pneumatiques conformes à la norme NFPA (NFPA T3.6.7) sont destinés au marché nord-américain. De conception à tirants et à fixation standard, ils offrent des dimensions de montage standard et des modèles interchangeables avec des marques telles que Parker, Festo et Bimba. Leur construction robuste les rend adaptés aux travaux intensifs. La norme garantit l'utilisation de matériaux résistants à la corrosion et un coussin d'air réglable.

Exemple : Vérins pneumatiques professionnels NFPA de Titan Automation

2.2 Cylindres compacts

Dans les applications où l'espace est limité, comme en automatisation et en robotique, les vérins compacts peuvent s'avérer très utiles. Il existe des vérins pneumatiques compacts spécialisés, offrant des spécifications uniques pour diverses applications. Voici les deux principaux types de vérins compacts :

2.2.1 Conceptions compactes et discrètes

Pour un gain de place maximal, les vérins pneumatiques compacts et extra-plats sont idéaux. Leur course peut aller de 5 à 50 mm. Leur profil arrondi et leur faible hauteur les rendent parfaits pour les installations exiguës. Ils sont particulièrement adaptés à la robotique et aux chaînes de montage où le mouvement prime sur la force.

Exemple : La série LP/LPM de Titan Automation avec montage traversant

2.2.2 Variantes compactes multiforces

Lorsque la force est primordiale dans un format compact et avec une course réduite, les vérins multiforce compacts sont la solution idéale. Ces vérins pneumatiques peuvent comporter plusieurs pistons en série ou en parallèle pour amplifier la force. Leur puissance élevée les rend parfaitement adaptés aux opérations de pressage intensives.

Exemple : Titan AutomationSDAT, ADVU etSDAP Série

2.3 Cylindres ronds

Les cylindres ronds sont compacts et présentent un design minimaliste. Faciles à réparer et à nettoyer, ils sont idéaux pour les applications légères où la propreté est primordiale.

2.3.1 Mini-cylindres ronds en acier inoxydable

Ces mini-vérins pneumatiques ronds en acier inoxydable sont conformes à la norme ISO 6432. Leurs matériaux résistants à la corrosion permettent leur utilisation dans les secteurs agroalimentaire et médical. Ils sont généralement disponibles avec un système de fixation sur pied, à bride ou pivotant. Leur conception simple les rend également économiques.

2.3.2 Cylindres à corps rond réparables

Pour les mouvements linéaires simples, les vérins cylindriques sont idéaux. Afin de faciliter leur réparation, une construction légère en aluminium est préférable. Ils sont particulièrement adaptés à l'emballage et à la manutention.

Exemple : Petits vérins pneumatiques en aluminium à montage avant de Titan Automation

Voici les spécifications d'un cylindre pneumatique à corps rond réparable :

2.4 Cylindres à deux et trois tiges

L'utilisation de deux ou trois tiges pour actionner les mouvements est souvent nécessaire. Dans l'industrie de l'automatisation de pointe, la stabilité de ces mouvements est primordiale. L'utilisation de deux tiges ou plus pour un vérin pneumatique élimine toute rotation, permettant ainsi des mouvements linéaires précis. Ces vérins peuvent avoir une course de 10 à 200 mm. Malgré leur conception compacte, ils offrent une excellente résistance au cisaillement.

2.5 Cylindres sans tige

L'utilisation d'un vérin sans tige permet des courses plus longues sans nécessiter de tiges saillantes. Ces vérins sont généralement utilisés dans les convoyeurs pour les mouvements linéaires. Ils utilisent un accouplement magnétique/mécanique pour les déplacements rectilignes. Leur conception permet une fabrication compacte et intègre des supports avec rails pour un fonctionnement stable. Ils ne nécessitent aucune lubrification et peuvent supporter plus de 20 millions de cycles. Une seule course permet de déplacer un objet de 6 000 mm.

3. Applications courantes des vérins pneumatiques

4. Quels sont les principaux avantages de l'utilisation d'un cylindre pneumatique ?

Les ingénieurs peuvent induire un mouvement linéaire à l'aide de moteurs électriques, mais le procédé est inefficace et lent. Ils ont donc opté pour le mouvement ultra-rapide des vérins pneumatiques. Robustes et performants, ces vérins conviennent parfaitement à une large gamme d'applications. Voici les principales raisons pour lesquelles les vérins pneumatiques sont des actionneurs idéaux :

4.1 Rentabilité et efficacité

L'utilisation de moteurs pour induire des mouvements nécessite une grande quantité de câbles électriques et d'alimentations. De même, l'utilisation de systèmes hydrauliques requiert une alimentation en huile, ce qui engendre des coûts initiaux et d'exploitation importants. Ces systèmes sont également lourds et difficiles à manipuler. Les vérins pneumatiques peuvent également produire un mouvement linéaire, mais ne nécessitent qu'un tube d'air comprimé pour fonctionner. Ces caractéristiques font des vérins pneumatiques :

• entretien minimal

• Puissance dense

• Économe en énergie

4.2 Sécurité et fiabilité

L'utilisation de conduites d'air pneumatiques garantit un fonctionnement propre. Contrairement aux systèmes à huile ou aux connexions électriques haute tension, il n'y a aucun risque d'incendie. Les vérins pneumatiques offrent les avantages suivants en matière de sécurité et de fiabilité :

• Fonctionnement propre avec de l'air

• Réduction de la charge calorifique

• Coussin pour des arrêts en douceur

• Fiable avec plus de 20 millions de cycles

4.3 Polyvalence et personnalisation

Les ingénieurs ont le choix parmi une multitude de types de vérins pneumatiques. Leur polyvalence et leurs possibilités de personnalisation se manifestent notamment par :

• Large gamme de tailles

• Variation du matériau

• Systèmes de montage

• Opérations multi-tiges ou sans tige

• Courses réglables

Exemple : Réglages de course personnalisables de Titan Automation

4.4 Avantages environnementaux

L'utilisation de fluides potentiellement nocifs pour l'environnement, comme dans les systèmes hydrauliques, peut nuire à la réputation. Dans certains cas, cela peut même entraîner des poursuites judiciaires de la part des autorités. Les vérins pneumatiques, fonctionnant à l'air comprimé, sont parfaitement adaptés aux industries propres telles que le secteur médical, l'hôtellerie-restauration, l'agroalimentaire et la fabrication de produits électroniques.

Conclusion

Les vérins pneumatiques fonctionnent grâce à l'air comprimé. Ce dispositif produit un mouvement linéaire lorsqu'on alimente ses orifices en air comprimé. Les ingénieurs ont développé différentes formes, conceptions et mécanismes de fonctionnement pour offrir une grande polyvalence d'applications. Les principaux types sont les vérins standard, les vérins compacts, les vérins à deux et trois tiges, les vérins NFPA, les vérins tout acier inoxydable, les vérins à corps rond réparables, les vérins non rotatifs avec tiges de guidage et les vérins sans tiges. Leur fonctionnement propre et sûr les rend idéaux pour l'automatisation industrielle, les équipements médicaux, l'agroalimentaire et les machines lourdes.

Si vous recherchez un fournisseur fiable, découvrez toutes les options proposées par Titan Automation. Ils offrent un large choix de produits tout en garantissant la conformité aux normes internationales, notamment ISO, NFPA et VDMA. Leur compatibilité mondiale et leurs conceptions spécialisées témoignent de leur savoir-faire et de leur expertise en matière de fabrication. Voici quelques exemples de vérins pneumatiques fabriqués par Titan Automation :

• DNG: Guide non rotatif à double effet (série de vérins standard à tirants, conforme à la norme ISO 6431).

• NTA NFPA: Norme NFPA (North American Fluid Power Association) pour les vérins à tirants conformes à la norme NTA (Ningbo Titan Automation).

• NTP: Vérin pneumatique à tirants non rotatifs (série de vérins compacts à profil bas, également connue sous le nom de vérin plat).

• SDA: Cylindre double effet carré (série de cylindres à corps carré compact pour les applications nécessitant un gain de place).

• CXS:Compact eXtra Stable (vérin à double tige non rotatif, interchangeable avec SMC CXS).

• HN: Haute stabilité non rotative (Mini vérin à double tige à montage libre pour l'alignement).

• ACK: Kit de pince d'angle (vérin pneumatique d'angle pour rotations de 90°/180°).

• NFPA TR: Barre d'accouplement NFPA (cylindre pneumatique de barre d'accouplement NFPA standard pour une interchangeabilité robuste).

• SSDA: Cylindre double effet en acier inoxydable (cylindre compact entièrement en acier inoxydable pour environnements corrosifs).

• NTR: Tige d'accouplement ronde non rotative (cylindre à corps rond réparable en aluminium anodisé).

• MAL: Mini vérin linéaire en aluminium (petit vérin pneumatique à montage frontal pour mouvement linéaire).

• MGP: Actionneur pneumatique multi-guide (actionneur guidé compact avec double tige de guidage pour plus de précision).

• NTA R: NTA Rodless (Série de vérins sans tige pour un mouvement à longue course et compact).

FAQ

1. Comment dimensionner correctement un cylindre ?

Commencez par analyser vos besoins. Quelle course est nécessaire et quelle force est requise ? Utilisez la formule simple F = P × A pour calculer la surface requise. Assurez-vous de disposer d’une pression d’air stable pour le vérin pneumatique afin de garantir des mesures précises.

2. Un vérin pneumatique peut-il s'arrêter en milieu de course ?

Oui, les pistons magnétiques modernes permettent au cylindre de communiquer sa position en temps réel à un automate programmable ou à un microprocesseur. Grâce à ce retour d'information direct, le cylindre pneumatique peut être arrêté en cours de course par l'intermédiaire d'une électrovanne.

3. Comment savoir si mon vérin pneumatique doit être réparé ou remplacé ?

Une perte de force, un sifflement important, des rayures visibles sur la tige, un joint défectueux ou des signes évidents de fuite indiquent qu'il est nécessaire de réparer le vérin pneumatique. Toutefois, pour effectuer les réparations, vous devez disposer d'un vérin pneumatique réparable ; sinon, vous devrez le remplacer.