Pesquisadores continuam buscando maneiras de melhorar a precisão dos sistemas de posicionamento linear, reduzir ou eliminar a folga, bem como tornar esses dispositivos mais fáceis de usar. Aqui estão alguns desenvolvimentos recentes.

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

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

Em termos de funcionalidade, o atuador deve fornecer movimentos lineares incrementais precisos para esses objetos grandes e manter a posição contra cargas pesadas. A solução foi um atuador linear eletromecânico. Ele fornece movimento incremental de até 15 cm (6 pol). Seu curso mínimo é inferior a 0,00050 pol. Ele pode suportar cargas de até 20.440 kg (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 potente, porém controlado. Este dispositivo também requer pouco tempo de manutenção para limpeza e inspeção, além de ajudar a reduzir o tempo necessário para qualificar o sistema de voo.

Este projeto utiliza um resolver e um recurso relativamente novo: um arranjo de engrenagens antifolga. 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 pelas relações de transmissão e pelo passo da rosca.

A segunda característica é um sistema de engrenagens antifolga, que 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 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 conjunto de engrenagens, 3) um pistão linear e 4) uma carcaça correspondente. Os motores CC giram o conjunto de engrenagens, transmitindo movimento rotacional a um parafuso de roletes, 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, 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 faz interface com o sistema de engrenagens. Uma pequena placa de ajuste permite a usinagem na montagem, o que facilita o alinhamento preciso dos eixos. Esse arranjo também ajuda a eliminar folgas no sistema de engrenagens.

A engrenagem do pinhão é fixada no eixo do motor e apoiada por rolamentos internos. O pinhão se acopla 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 remover a folga rotacional no sistema.

Na montagem, o motor inferior é montado na placa de montagem do motor, encaixando sua engrenagem de pinhão nas engrenagens intermediárias ajustáveis ​​nos eixos intermediários. O motor superior é então montado usando 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 para um centro exato. Este processo de montagem elimina a folga.

Rolamentos sustentam cada eixo intermediário em ambas as extremidades. A engrenagem de saída é fixada a um eixo de parafuso de rolos roscados. O eixo, 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 biela e no cabeçote móvel, incluem acessórios de montagem para conectar ao motor e aos componentes estruturais.

Opções
Para atingir 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 realizar uma revolução por curso completo do pistão.

Uma versão mais recente deste atuador, para voo, utiliza quatro motores de 15 hp. Os motores menores reduzem o peso e a inércia do motor. A constante de torque desses motores é de 16,8 oz-in./A, operando 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 de avanço triplo não tenha sido desenvolvido para uso espacial, ele demonstra melhorias em precisão e confiabilidade. Ele reduz o tempo necessário para posicionar peças com precisão em máquinas, elevar ou abaixar plataformas, esquadrejar pacotes com precisão e garantir que as plataformas permaneçam niveladas para equipamentos a laser e telescópios óptico-pirométricos.

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

O conjunto é composto por 27 peças fabricadas em oficina, nove peças adquiridas, 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 no suporte de acionamento de um ponto. Esses conjuntos são montados em uma posição precisa de controle de acionamento na placa final 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 por um visor de LED. O ajuste de posição pode ser controlado em até 0,1 mm.