Os pesquisadores continuam buscando maneiras de aprimorar a precisão dos sistemas de posicionamento linear, reduzir ou eliminar a folga, bem como tornar esses dispositivos mais fáceis de usar. Aqui está uma visão geral dos desenvolvimentos recentes.

Seja o movimento linear necessário pequeno ou grande, a precisão e a confiabilidade do posicionamento são atributos essenciais em sistemas lineares. Dois centros de pesquisa que frequentemente desenvolvem produtos para uso espacial, o Marshall Space Flight Center, no Alabama, e o Lewis Research Center, em Cleveland, desenvolveram dispositivos de posicionamento linear com melhorias nessas características. Um desses dispositivos foi inicialmente desenvolvido para uso espacial, enquanto o outro se destina a aplicações terrestres. No entanto, ambos oferecem benefícios para o setor de transmissão de energia.

Os engenheiros do Centro de Voos Espaciais Marshall precisavam de um atuador linear para veículos espaciais. O atuador movimentará o conjunto do bocal do motor principal de um veículo espacial. Em conjunto com outro atuador no mesmo plano horizontal, mas girado 90 graus, os atuadores controlarão os movimentos de inclinação, rotação e guinada do veículo. As tolerâncias desses movimentos são de ±0,050 polegadas.

Funcionalmente, o atuador deve fornecer movimentos lineares incrementais precisos a esses objetos grandes e manter a posição mesmo sob cargas pesadas. A solução foi um atuador linear eletromecânico. Ele proporciona movimento incremental de até 152 mm (6 pol.). Seu curso mínimo é inferior a 0,0127 mm (0,00050 pol.). Ele pode suportar cargas de até 20.411 kg (45.000 lb).

Ao converter movimento rotativo em movimento linear, este atuador é um dispositivo limpo e simples que pode substituir atuadores hidráulicos em aplicações que exigem um movimento potente e controlado. Este dispositivo também requer pouco tempo de manutenção para limpeza e inspeção, e ajuda a reduzir o tempo necessário para qualificar o sistema de voo.

Este projeto utiliza um resolver e um recurso relativamente novo: um sistema de engrenagens anti-folga. O resolver mede o movimento angular incremental, que controla o movimento linear incremental. Sua precisão é de 6 arcos/min. A relação entre rotação e translação é conhecida a partir das relações de engrenagem e do passo da rosca.

A segunda característica é um sistema de engrenagens anti-folga. Ele garante que os dentes da engrenagem estejam em contato constante nos sentidos horário e anti-horário.

Para obter esse contato, os centros dos eixos devem estar alinhados com precisão. Durante a fabricação, os eixos são usinados em cada conjunto.

Componentes do atuador
O atuador eletromecânico consiste em quatro seções de montagem: 1) dois motores CC de 25 hp, 2) um trem de engrenagens, 3) um pistão linear e 4) uma carcaça. Os motores CC giram o trem de engrenagens, transmitindo movimento rotacional a um parafuso sem-fim, que converte esse movimento em movimento linear através do pistão de saída. Os motores fornecem uma constante de torque de 34,6 oz-in./A. Os motores operam a 125 A. No parafuso sem-fim, a unidade desenvolve um torque de 31.000 oz-in, ou aproximadamente 162 lb-ft.

Dois motores CC sem escovas são fixados a uma placa de montagem. A placa de montagem interage com o sistema de engrenagens. Uma pequena placa de ajuste permite usinagem durante a montagem, o que facilita o alinhamento preciso dos eixos. Essa configuração também ajuda a eliminar a folga no sistema de engrenagens.

A engrenagem pinhão é fixada por chaveta no eixo do motor e suportada por rolamentos dentro do motor. O pinhão acopla-se ao conjunto do eixo intermediário, que inclui duas engrenagens. O eixo intermediário reduz a velocidade e transmite altos torques para a engrenagem de saída. Como mencionado anteriormente, uma das engrenagens intermediárias é usinada diretamente no eixo.

A primeira engrenagem intermediária consiste em duas peças que permitem pequenos ajustes para eliminar a folga rotacional no sistema.

Na montagem, o motor inferior é fixado à placa de montagem do motor, acoplando sua engrenagem pinhão às engrenagens intermediárias ajustáveis ​​nos eixos intermediários. O motor superior é então montado utilizando a placa de ajuste do motor. Em seguida, os engenheiros giram manualmente os eixos do motor, movendo as engrenagens intermediárias em relação aos seus eixos para eliminar a folga rotacional. O motor superior é então removido e uma nova placa de ajuste é usinada com precisão. Este processo de montagem elimina a folga.

Os rolamentos suportam cada eixo intermediário em ambas as extremidades. A engrenagem de saída é fixada por chaveta a um eixo de parafuso de rolos roscado. O conjunto do eixo, da porca e do pistão de saída proporciona movimentos lineares. O desalinhamento é evitado por um rolamento linear que estabiliza o pistão de saída.

Os conjuntos de rolamentos esféricos, na extremidade da haste e na contraponta, incluem acessórios de montagem para conexão ao motor e aos componentes estruturais.

Opções
Para conseguir uma rotação do rotor do resolver por curso do pistão e eliminar a necessidade de contar as voltas do eixo, os engenheiros da NASA relatam que podem usar um acionamento harmônico com um resolver. Tal acionamento deve ter uma relação de redução que permita ao rotor do resolver completar uma rotação por curso completo do pistão.

Uma versão mais recente deste atuador, própria para uso em voo, utiliza quatro motores de 15 hp. Os motores menores reduzem o peso e a inércia. A constante de torque desses motores é de 16,8 oz-in./A, operando a 100 A e 270 V, fornecendo a força necessária para movimentar uma carga de 45.000 lb.

Outro projeto de posicionamento
Embora este posicionador de fuso de esferas triplo não tenha sido desenvolvido para uso no espaço, ele demonstra melhorias em precisão e confiabilidade. Reduz o tempo necessário para posicionar peças com precisão em máquinas, elevar ou abaixar plataformas, esquadrejar com exatidão embalagens e garantir que as plataformas permaneçam niveladas para equipamentos a laser e telescópios de pirometria óptica.

Um sistema típico de posicionamento por parafuso pode usar um controle manual central, guiado por três ou quatro hastes fixas, para mover uma placa. Este projeto utiliza um conjunto de fuso triplo como mecanismo principal de posicionamento. Ele move uma placa para perto ou para longe de uma placa fixa, mantendo as placas paralelas entre si.

A montagem consiste em 27 peças fabricadas na oficina, nove peças compradas, como engrenagens e rolamentos, e 65 peças diversas, como parafusos, chavetas, porcas, arruelas, etc. Todos os componentes são montados no suporte de controle de três pontos e no suporte de acionamento de um ponto. Esses conjuntos são montados em uma posição precisa de controle de acionamento na placa de extremidade da base da cavidade.

O posicionador opera por meio de uma manivela manual em um dos pinos de acionamento ou por um servomotor remoto. A posição de deslocamento é lida em uma escala, em um ponteiro ou em um visor de LED. O ajuste de posição pode ser controlado com precisão de 0,1 mm.