Une masse montée latéralement n’impose pas automatiquement un calcul du moment d’inertie. Si le chariot se déplace en translation sans tourner, les moments appliqués à son guidage proviennent de forces agissant avec un décalage : poids, inertie linéaire, réactions du procédé, traction des flexibles et choc sur la butée. N’utilisez le moment d’inertie massique que lorsque la charge utile subit réellement une accélération angulaire autour d’un axe défini.
Cette distinction évite une erreur fréquente de dimensionnement. Transformer une accélération linéaire en accélération angulaire fictive avec peut produire un couple d’apparence plausible qui ne représente pas la réaction du guidage. Commencez par un diagramme de corps libre, conservez les signes et comparez chaque force et chaque moment obtenus avec le catalogue exact de l’actionneur ou du guidage.
Points essentiels
- Calculez les moments statiques et les moments d’inertie de translation avec .
- Utilisez uniquement en présence d’une rotation réelle autour d’un axe défini.
- Conservez les signes opposés des moments jusqu’à ce que chaque cas de charge soit complet.
- Vérifiez chaque force et chaque moment par rapport au modèle de guidage sélectionné, à la vitesse et à la règle de combinaison des charges.
Une charge excentrée signifie que la ligne d’action d’une force ne passe pas par le point ou l’axe de référence du guidage. Le moment d’inertie massique décrit la résistance à l’accélération angulaire. Le moment appliqué au guidage est la charge externe de tangage, de lacet ou de roulis que les paliers du chariot doivent reprendre. Ces grandeurs ne sont liées que si le mouvement réel de la machine les met en relation.
Que calcule réellement l’étude d’une charge excentrée ?
Parker indique des valeurs maximales distinctes de , et pour ses vérins sans tige OSP-P de base ; pour l’OSP-P25, le tableau donne respectivement 1.5, 15 et 3 N·m dans les conditions spécifiées (catalogue Parker OSP-P, 2025). L’étude d’une charge excentrée commence donc par les réactions propres à chaque axe, et non par une capacité de charge utile unique.
Un calcul correct répond à quatre questions :
- Quelle force agit sur l’ensemble mobile ?
- Où se situe la ligne d’action de cette force par rapport au point de référence du catalogue ?
- Quel axe de roulis, de tangage ou de lacet reçoit le moment résultant ?
- Le modèle choisi autorise-t-il cette combinaison simultanée de forces et de moments ?
La méthode de calcul dépend du mouvement :
Cet article porte sur les masses montées latéralement et transportées par un chariot linéaire. Le guide consacré aux moments de roulis maximaux des vérins sans tige approfondit la capacité de roulis indiquée dans les catalogues, tandis que le guide sur les charges latérales des vérins suit les mécanismes d’usure des vérins à tige conventionnels.
Commencez par un repère et des cas de charge signés
Le guidage renforcé OSP-P de Parker évalue cinq termes simultanés : , , , et , et exige que leur somme normalisée soit inférieure ou égale à 1 pour cette famille de produits (catalogue Parker OSP-P, 2025). Une feuille de calcul exploitable doit conserver les axes et les signes avant d’appliquer une quelconque limite du catalogue.
Utilisez le diagramme d’axes du fabricant. Dans cet article :
- : sens de déplacement du chariot
- : direction latérale perpendiculaire au chariot
- : direction verticale
- : roulis autour de l’axe de déplacement
- : tangage autour de l’axe latéral
- : lacet autour de l’axe vertical
Un autre fabricant peut désigner différemment les mêmes directions physiques. Reprenez le diagramme et la référence du catalogue sélectionné au lieu de supposer que les lettres sont universelles.
Créez des lignes distinctes pour l’arrêt, l’accélération, le déplacement à vitesse constante, la décélération, le contact avec le procédé, l’arrêt normal et l’arrêt d’urgence. La prise ou la dépose d’une pièce peut modifier à la fois la masse et le centre de gravité ; elle peut donc nécessiter une ligne supplémentaire.
Comment calculer le moment statique des masses montées latéralement ?
Dans sa procédure de sélection MY1, SMC définit le moment statique comme le moment provoqué par la charge lorsque le vérin est au repos et l’évalue séparément du moment dû à l’impact sur la butée (catalogue SMC MY1, consulté en 2026). Calculez chaque force stationnaire autour du point de référence du catalogue avant de la comparer à une valeur admissible.
Pour un composant de masse , son poids vaut :
Le moment autour du point de référence vaut :
Ici, va de au point d’application de la force, et est le vecteur force signé. En composantes cartésiennes :
Utilisez des mètres et des newtons pour obtenir des newtons-mètres. Incluez la pesanteur, les réactions du procédé, les forces de contact des ventouses, la traction de la chaîne porte-câbles, le frottement des flexibles, les forces des ressorts et les couples directement appliqués qui interviennent dans le cas de charge étudié.
Pour plusieurs composants :
Les signes évitent les surcharges fictives comme les annulations erronées. Deux masses égales placées en $+y$ et $-y$ créent des moments de roulis opposés sous l’effet de la pesanteur verticale. Leurs contributions au roulis s’annulent si la géométrie et les forces sont réellement symétriques, mais leurs charges verticales directes s’additionnent. Additionner les valeurs absolues des deux moments compterait deux fois le roulis ; ignorer la force verticale omettrait une charge du guidage.
C’est pourquoi une masse centrée de 60 kg n’est pas « équivalente » à une masse de 20 kg montée avec un décalage de 150 mm. La masse centrée peut créer un moment statique nul autour d’un axe donné tout en imposant trois fois le poids direct. Chaque grandeur doit faire l’objet de sa propre vérification dans le catalogue.
Comment l’accélération linéaire modifie-t-elle les moments du guidage ?
THK indique que la charge appliquée au guidage dépend de la position du centre de gravité, de la position de la poussée, de l’inertie due à l’accélération ou à la décélération et des forces externes telles que la résistance à la coupe (guide THK sur les charges appliquées, consulté en 2026). Pour un chariot qui reste parallèle à son rail, représentez l’accélération par une force d’inertie de translation appliquée au centre de masse.
Dans un calcul de corps libre lié au chariot, la force d’inertie vaut :
Son moment autour du point de référence du guidage vaut :
Supposons que le chariot accélère dans le sens $+x$. La force d’inertie agit dans le sens $-x$. Un centre de masse situé au-dessus du point de référence produit un moment de tangage, tandis qu’un décalage latéral produit aussi un moment de lacet. Une accélération le long du rail ne crée pas automatiquement un roulis ; c’est le produit vectoriel qui détermine les composantes présentes.
Ne remplacez pas cette relation par , sauf si une liaison mécanique transforme réellement la translation en rotation autour de l’axe indiqué. Le rayon, l’accélération linéaire et l’accélération angulaire sont liés dans un mouvement circulaire, pas dans une translation libre.
Utilisez des états de fonctionnement distincts :
| Cas de charge | À inclure | Vérification distincte |
|---|---|---|
| Arrêt | Poids et force de procédé constante | Moment statique admissible |
| Accélération normale | Poids, , force de procédé | Conditions dynamiques du catalogue |
| Décélération normale | Force d’inertie inversée | Répartition opposée des charges sur les paliers |
| Prise ou dépose d’une pièce | Nouvelle masse et nouveau centre de gravité | Géométrie avant et après |
| Contact avec le procédé | Force de contact et couple direct | Valeurs de pointe et soutenues |
| Butée de fin de course ou arrêt d’urgence | Réaction d’arrêt mesurée ou spécifiée | Amortissement, butée, amortisseur de choc, bâti |
L’impact sur une butée n’est pas simplement une « accélération plus forte » déduite arbitrairement du temps de cycle. La procédure MY1 de SMC utilise une charge d’impact équivalente propre au produit et évalue séparément son facteur de charge. Suivez cette procédure pour la série sélectionnée. Consultez le guide de l’énergie cinétique d’une charge mobile entraînée par un vérin et le guide de décélération des charges à forte masse pour le volet énergétique de l’arrêt.
Quand faut-il intégrer le moment d’inertie au calcul ?
Les notes de mécanique à axe fixe du MIT donnent la relation des axes parallèles pour un solide tournant autour d’un axe décalé par rapport à son centre de masse (MIT OpenCourseWare, 2016). Cette relation s’applique lorsque le mouvement angulaire est réel et que l’axe de rotation est défini.
Pour une rotation réelle :
Le couple d’accélération pour une rotation pure autour de cet axe fixe vaut :
est le moment d’inertie massique autour d’un axe parallèle passant par le centre de masse, est la distance perpendiculaire entre les axes et est l’accélération angulaire. L’approximation par masse ponctuelle omet l’inertie propre du solide autour de son centre de masse et peut être inadaptée à un outillage large ou à une pièce volumineuse.
Utilisez l’inertie de rotation dans les cas suivants :
- Un actionneur rotatif ou un poignet monté sur le chariot linéaire indexe un outil.
- Un bras articulé est entraîné selon un profil angulaire défini.
- Une broche, une pince ou une pièce en rotation applique un couple de réaction au chariot.
- Le mécanisme complet associe translation et rotation selon une cinématique connue.
Ne l’utilisez pas uniquement parce qu’une masse est excentrée. Une plaque porte-outil rigide boulonnée sur un chariot linéaire peut rester à accélération angulaire nulle alors que son guidage reprend des moments importants de tangage, de lacet et de roulis.
Deux calculs coexistent pour un poignet rotatif porté par un axe sans tige. L’entraînement du poignet doit fournir le couple nécessaire à , à la pesanteur et au frottement. Le guidage linéaire doit reprendre le couple de réaction d’entraînement, de même valeur et de sens opposé, ainsi que les moments dus au poids et à l’inertie de translation. La validation du couple du poignet ne prouve pas que le guidage du chariot est acceptable.
Exemple de calcul : outil latéral sur un chariot en translation
Les exemples de THK calculent l’évolution des charges sur les patins pendant l’accélération et la décélération au lieu de remplacer le mouvement linéaire par un modèle rotatif (exemple THK de durée de vie nominale, consulté en 2026). Cette feuille de calcul hypothétique respecte la même frontière physique : elle calcule uniquement les charges appliquées signées et ne sélectionne aucun produit.
Supposons qu’un chariot sans tige se déplace dans le sens $+x$ et transporte trois composants. La pesanteur agit dans le sens $-z$, et l’accélération normale maximale vaut . Pour cet instant simplifié, tous les centres des composants sont pris à .
| Composant | Masse, | Décalage latéral, | Hauteur, |
|---|---|---|---|
| Outil principal | 8.0 kg | +0.12 m | +0.08 m |
| Capteur latéral | 1.5 kg | -0.18 m | +0.10 m |
| Support d’adaptation | 2.5 kg | +0.04 m | +0.03 m |
La charge verticale directe vaut :
Le moment statique de roulis dû à la pesanteur vaut :
Le capteur latéral équilibre partiellement l’outil principal parce que son moment de roulis signé est de sens opposé. Il ne supprime pas la charge verticale directe.
Pendant l’accélération dans le sens $+x$, la force d’inertie totale vaut :
La hauteur des composants crée un moment de tangage :
Leurs décalages latéraux créent un moment de lacet :
Le cas de charge comprend donc au minimum , , , et . Ajoutez les autres réactions simultanées avant de contrôler le catalogue.
En décélération, , et changent de signe. Cette inversion influe sur le contact des paliers et sur toute force de procédé qui renforce ou contrarie la charge d’inertie. Évaluez les deux sens au lieu de multiplier le moment statique par un facteur dynamique arbitraire.
Comment comparer les charges calculées aux données du catalogue ?
Parker donne pour l’OSP-P25 standard un maximal de 1.5 N·m, tandis que sa version guidée HD25 affiche 260 N·m pour , soit un rapport supérieur à 170 pour une même taille d’entraînement nominale (catalogue Parker OSP-P, 2025). L’alésage seul ne permet pas d’établir la capacité du guidage à reprendre un moment.
Pour le guidage renforcé Parker cité, la règle d’interaction publiée est :
Ici, est le taux d’utilisation combiné correspondant à cette règle de catalogue précise. Ne transposez pas cette équation à un produit qui utilise des courbes, des charges équivalentes, des limites dépendant de la vitesse ou une autre méthode d’interaction. Le MY1 de SMC, par exemple, combine la masse maximale de la charge, le moment statique et le moment dû à l’impact sur la butée selon sa propre procédure de facteur de charge du guidage.
Vérifiez les points suivants avant d’accepter un résultat :
| Donnée du catalogue | Question à poser |
|---|---|
| Modèle complet et option de guidage | La capacité correspond-elle au chariot et au guidage exacts, et pas seulement à l’alésage ? |
| Diagramme des axes et point de référence | Les axes et les décalages de la feuille de calcul correspondent-ils au catalogue ? |
| Capacité statique ou dynamique | Quel état de fonctionnement cette valeur couvre-t-elle ? |
| Vitesse et conditions de choc | L’application respecte-t-elle les hypothèses de vitesse et d’impact indiquées ? |
| Règle des charges simultanées | Les termes de force et de moment doivent-ils être combinés ? |
| Course et support du profilé | Le profilé extrudé nécessite-t-il un support intermédiaire ? |
| Dispositif d’arrêt | L’impact est-il repris par l’amortissement du vérin, une butée externe ou un amortisseur de choc ? |
| Méthode de durée de vie des paliers | Le fabricant du guidage publie-t-il assez de données pour calculer la durée de vie ? |
La norme ISO 14728-1:2017 définit des méthodes de durée nominale pour les roulements linéaires de conception conventionnelle qui satisfont à ses critères, avec des limites d’application explicites (ISO 14728-1:2017, confirmée en 2022). Elle ne fournit pas une équation universelle de durée de vie pour tous les chariots de vérins sans tige, paliers lisses, joints, rails ou guidages propriétaires. Utilisez la méthode du fabricant du guidage lorsque des données de durée de vie sont publiées.
Modifications de conception réduisant la charge excentrée sur le guidage
SMC exige que les utilisateurs du MY1 contrôlent les courbes de charge et de moment admissibles en fonction de la vitesse du piston, en plus des valeurs maximales ; réduire la vitesse ou changer de type de guidage peut donc modifier le domaine de fonctionnement admissible (catalogue SMC MY1, consulté en 2026). Les modifications géométriques doivent néanmoins précéder le simple choix d’un entraînement plus grand.
Choisissez la correction en fonction de la composante de charge qui échoue :
-
Déplacez le centre de masse. Raccourcissez le support ou rapprochez les électrovannes, capteurs et outillages lourds du plan de référence du guidage.
-
Équilibrez un moment signé. Un contrepoids peut s’opposer à un moment gravitaire, mais sa masse augmente la charge directe sur le guidage, la force d’accélération et l’énergie d’arrêt.
-
Ajoutez un guidage externe correctement dimensionné. Calculez la répartition des charges à partir de l’écartement des rails, de l’espacement des patins, de la rigidité du montage et de l’alignement. Ne supposez pas un pourcentage fixe de transfert de charge.
-
Augmentez la portée des paliers ou utilisez deux chariots. Un appui plus large peut améliorer la capacité de reprise des moments, mais la disposition exacte du guidage détermine la répartition des charges.
-
Réduisez l’accélération et l’à-coup. Cela diminue directement la force d’inertie de translation, même si le temps de cycle et la commande des distributeurs peuvent changer.
-
Transférez la réaction d’arrêt au bâti de la machine. Des butées externes ou des amortisseurs de choc peuvent éviter de transmettre une forte décélération au fond du vérin, à condition que leur alignement et leur capacité énergétique soient corrects.
-
Séparez les fonctions linéaire et rotative. Soutenez un poignet rotatif ou une broche de procédé au moyen d’un guidage conçu pour son couple de réaction.
Deux vérins parallèles ne se partagent pas automatiquement le moment à parts égales. La déformation du bâti, les tolérances de montage, la synchronisation des distributeurs et le couplage mécanique peuvent concentrer la charge sur un seul chariot. Utilisez une disposition de guidage déterministe ou une conception d’axe synchronisé approuvée par le fabricant.
Pour diagnostiquer une installation existante, consultez comment atténuer les problèmes de charge latérale. Pour les nouveaux axes sans tige, le guide de montage des vérins sans tige traite du support du profilé et de l’alignement.
Quelles informations inclure dans une demande de prix pour charge excentrée ?
La procédure de charge du guidage de SMC évalue trois contributions distinctes avant la sélection : masse de la charge, moment statique et moment dynamique dû à l’impact sur la butée (catalogue SMC MY1, consulté en 2026). Une demande de prix doit fournir suffisamment de données géométriques et de service pour reproduire chaque contribution pertinente, pas seulement la masse de la charge utile en kilogrammes et la course.
Fournissez :
- La liste complète des pièces mobiles, avec leur masse et les coordonnées de leur centre de gravité.
- Un plan coté montrant les axes de référence proposés pour le vérin et le guidage.
- L’orientation de montage, la course, le sens de déplacement et les emplacements de support du profilé.
- La vitesse normale et maximale, l’accélération, la décélération et le profil de mouvement.
- Les états avant et après prise ou dépose de la pièce lorsque la masse ou le centre de gravité change.
- Les forces de procédé, les couples directs, la traction des flexibles, le frottement de la chaîne porte-câbles et les réactions externes.
- Le dispositif d’arrêt normal, d’arrêt d’urgence, d’amortissement, de butée et d’amortisseur de choc.
- La répétabilité, la rigidité, la durée de vie, le facteur de marche et l’environnement requis.
- Le fabricant envisagé, la référence complète du modèle, l’option de guidage et le nombre de chariots.
D’après notre expérience, un tableau de coordonnées est plus utile que la mention « 12 kg montés sur le côté ». Consignez , et pour chaque composant transporté, puis joignez les cas de fonctionnement les plus défavorables. Le fournisseur peut ainsi reproduire le calcul et repérer un axe ou un point de référence incorrect avant la commande du matériel.
FAQ sur la gestion des charges excentrées
Les tableaux OSP-P de Parker distinguent trois axes de moment de la charge directe, tandis que la procédure MY1 de SMC vérifie séparément la masse de la charge, le moment statique et le moment dû à l’impact sur la butée. Ces deux catalogues illustrent la règle centrale de cette FAQ : aucune valeur unique de « capacité de charge excentrée » ne remplace la méthode de sélection complète du modèle exact.
Une charge excentrée est-elle identique à une charge latérale ?
Pas toujours. Une charge latérale est une composante de force perpendiculaire au sens de déplacement prévu. Une charge excentrée est toute force dont la ligne d’action est décalée par rapport au point ou à l’axe de référence sélectionné, ce qui crée un moment. Un poids vertical décalé peut créer un moment de roulis sans être décrit comme une force latérale horizontale.
Faut-il utiliser le moment d’une force décalée ou le couple d’inertie de rotation ?
Utilisez pour le poids, l’inertie de translation et les forces de procédé appliquées avec un décalage. Utilisez lorsqu’un solide tourne réellement autour d’un axe défini. Un chariot linéaire transportant un outil décalé mais non rotatif exige normalement le premier calcul, et non une accélération angulaire fictive.
Deux masses égales placées de part et d’autre s’annulent-elles toujours ?
Leurs moments ne s’annulent que si les vecteurs de force, les décalages perpendiculaires et l’instant de fonctionnement sont réellement symétriques. Leurs charges directes s’additionnent toujours. L’accélération, le routage des flexibles, le contact avec le procédé ou des hauteurs différentes peuvent rompre la symétrie et introduire un autre axe de moment ; conservez donc les calculs signés de chaque composant pour chaque cas de charge.
Un vérin de plus grand alésage peut-il résoudre un problème de charge excentrée ?
Un alésage plus grand augmente la poussée pneumatique, mais la capacité du guidage dépend du chariot, de la disposition des paliers, de l’option de guidage et des conditions du catalogue. Les configurations standard et HD25 de Parker présentent des valeurs de radicalement différentes malgré une taille d’entraînement commune de 25 mm. Traitez la poussée et les réactions du guidage comme deux critères de validation distincts.
Peut-on estimer la durée de vie du guidage avec la loi cubique des roulements ?
Uniquement lorsque la documentation du guidage à roulement sélectionné fournit la charge nominale requise, la méthode de charge équivalente, l’exposant et les conditions d’applicabilité. ISO 281 s’applique aux roulements conventionnels admissibles et exclut l’usure, la corrosion et l’érosion électrique. ISO 14728-1 concerne les roulements linéaires admissibles. Aucune de ces normes ne justifie l’application d’une règle cubique unique à tous les chariots ou joints de vérins.
Sources et références techniques
-
SMC, Vérin sans tige à entraînement mécanique, série MY1, charge admissible, moment statique, moment dynamique dû à l’impact sur la butée, courbes de vitesse et sélection par facteur de charge du guidage ; consulté le 26/07/2026.
-
Parker, Vérins pneumatiques sans tige et guidages linéaires OSP-P, force du vérin de base, charge, moment, vitesse et conditions de fonctionnement sans choc ; 2025, consulté le 26/07/2026.
-
Parker, Vérin pneumatique sans tige OSP-P à guidage renforcé, capacités par axe et équation de combinaison des cinq charges ; 2025, consulté le 26/07/2026.
-
THK, Charge appliquée : critères de sélection des guidages LM, position du centre de gravité, accélération, position de la poussée et forces externes ; consulté le 26/07/2026.
-
THK, Coefficient de sécurité statique : actionneur à guidage LM, moment en porte-à-faux, démarrage et arrêt brusques, et cadre de coefficient de sécurité propre au modèle ; consulté le 26/07/2026.
-
MIT OpenCourseWare, Énergie cinétique de rotation et moment d’inertie, rotation à axe fixe et théorème des axes parallèles ; 2016, consulté le 26/07/2026.
-
ISO 14728-1:2017, charges dynamiques nominales et durée nominale des roulements linéaires admissibles ; confirmée en 2022, consultée le 26/07/2026.
-
ISO 281:2007, charges dynamiques nominales, durée nominale, fiabilité et exclusions du domaine d’application pour les roulements admissibles ; confirmée en 2021, consultée le 26/07/2026.

