Os pesquisadores continuam procurando maneiras de melhorar a precisão dos sistemas de posicionamento linear, reduzir ou eliminar folgas, bem como tornar tais dispositivos mais fáceis de usar. Aqui está uma olhada nos desenvolvimentos recentes

Quer o movimento linear necessário seja pequeno ou muito, a precisão e a confiabilidade do posicionamento são alguns dos atributos necessários em sistemas lineares. Dois centros de pesquisa que frequentemente desenvolvem produtos para uso no espaço, Marshall Space Flight Center, Alabama e Lewis Research Center, Cleveland, desenvolveram dispositivos de posicionamento linear que apresentam melhorias nesses atributos. Um desses dispositivos foi inicialmente desenvolvido para uso no espaço, o outro para aplicações mais terrestres. No entanto, ambos têm benefícios a oferecer à indústria de transmissão de energia.

Os engenheiros do Marshall Space Flight Center precisavam de um atuador linear para veículos espaciais. O atuador moverá o conjunto do bocal do motor principal de um veículo espacial. Em combinação 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 pol.

Funcionalmente, o atuador deve fornecer movimentos lineares incrementais com precisão para esses objetos grandes e manter a posição contra cargas pesadas. A solução foi um atuador linear eletromecânico. Ele fornece movimento incremental até um máximo de 6 pol. Seu curso mínimo é inferior a 0,00050 pol. Ele pode suportar cargas de até 45.000 lb.

Convertendo movimento rotativo em linear, este atuador é um dispositivo limpo e simples que pode substituir atuadores hidráulicos em aplicações que exigem movimento tão poderoso, porém 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 usa um resolver e um recurso relativamente novo, um arranjo de engrenagens anti-folga. O resolvedor 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 pelas relações de transmissão e passo da rosca.

A segunda característica é um arranjo de engrenagens anti-folga. Ele garante que os dentes da engrenagem estejam em contato constante no sentido horário e anti-horário.

Para conseguir este contato, os centros dos eixos devem estar precisamente alinhados. 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) um alojamento que o acompanha. Os motores CC giram o trem de engrenagens, transmitindo movimento rotacional a um parafuso de rolete, que traduz esse movimento em movimento linear através do pistão de saída. Os motores fornecem um torque constante de 34,6 onças-pol./A. Os motores funcionam a 125 A. No parafuso, a unidade desenvolve um torque de 31.000 onças-pol., ou aproximadamente 162 lb-pés.

Dois motores CC sem escovas são fixados a uma placa de montagem. A placa de montagem faz interface com o sistema de engrenagens. Uma pequena placa ajustadora permite a usinagem na montagem, o que facilita o alinhamento preciso dos eixos. Este arranjo também ajuda a eliminar folgas no sistema de engrenagens.

A engrenagem do pinhão é fixada no eixo do motor e apoiada por rolamentos dentro do motor. O pinhão combina com o conjunto do eixo intermediário, que inclui duas engrenagens. O eixo intermediário reduz a velocidade e transmite altos torques à engrenagem de saída. Conforme mencionado anteriormente, uma das engrenagens intermediárias é usinada diretamente no eixo.

A primeira engrenagem intermediária consiste em duas peças que permitem pequenos ajustes para remover a folga rotacional do sistema.

Na montagem, o motor inferior é montado na placa de montagem do motor, acoplando seu pinhão às engrenagens intermediárias ajustáveis ​​nos eixos intermediários. O motor superior é então montado usando a placa ajustadora do motor. Em seguida, os engenheiros giram manualmente os eixos do motor, movendo as engrenagens intermediárias em relação aos seus eixos para remover a folga rotacional. O motor superior é então removido e uma nova placa de ajuste é usinada em um centro exato. Este processo de montagem elimina a folga.

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

Os conjuntos de rolamentos esféricos, na extremidade da haste e no contraponto, incluem acessórios de montagem para conexão ao motor e componentes estruturais.

Opções
Para conseguir uma revolução 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 taxa de redução que permita ao rotor do resolver percorrer uma revolução por curso completo do pistão.

Uma versão de vôo mais recente deste atuador usa quatro motores de 15 HP. Os motores menores reduzem o peso e também a inércia do motor. A constante de torque desses motores é de 16,8 onças-pol./A, funcionando a 100 A e 270 V para fornecer a força necessária para mover uma carga de 45.000 lb.

Outro design de posicionamento
Embora este posicionador de parafuso triplo não tenha sido desenvolvido para uso no espaço, ele demonstra melhorias em precisão e confiabilidade. Ele reduz o tempo necessário para posicionar com precisão as peças nas máquinas, elevar ou abaixar plataformas, enquadrar embalagens com precisão e garantir que as plataformas permaneçam niveladas para equipamentos de laser e telescópios óptico-pirométricos.

Um sistema típico de posicionamento de parafuso pode usar um controle manual centralizado, guiado por três ou quatro hastes estacionárias, para mover uma placa. Este projeto usa um conjunto de parafuso de avanço triplo como mecanismo de posicionamento principal. Ele conduz uma placa para ou longe de uma placa fixa, mantendo as placas paralelas umas às outras.

A montagem consiste em 27 peças feitas em loja, nove peças compradas, como engrenagens e rolamentos, e 65 parafusos, rasgos de chaveta, porcas, arruelas, etc. Todos os componentes são montados no suporte de controle de três pontos e na unidade de um ponto suporte. Esses conjuntos são montados em uma posição precisa de controle de acionamento na placa final da base da cavidade.

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