Ao projetar um sistema linear, leve em consideração suportes, guias, acionamentos e vedações. Conheça os requisitos de precisão, repetibilidade, carga e ambientais antes de iniciar o projeto do sistema linear.

Guias de esferas de baixo atrito e alta rigidez oferecem suporte em um trilho (superior) ou dois (inferior). As desvantagens desse desempenho são o custo mais elevado e o maior ruído.

O caminho mais curto entre dois pontos é uma linha reta. Mas, ao projetar um sistema de movimento linear, você precisará considerar o suporte estrutural, guias, acionamentos, vedações, lubrificação e acessórios entre os pontos A e B.

Quer você opte por projetar e construir seu sistema do zero usando peças padrão ou comprar um já projetado para você, fazer as escolhas certas desde o início ajudará a manter tudo funcionando a longo prazo.

Apoio e orientação

Construir um sistema linear significa, literalmente, começar do zero — com um sistema de suporte estrutural. O principal componente desse sistema de suporte é geralmente uma extrusão de alumínio.

Para aplicações que exigem posicionamento preciso, é possível usinar a superfície de montagem da extrusão da base e a superfície onde a guia linear é fixada. Para aplicações de transporte com menor precisão, otimize as bases para resistir à flexão sob carga e evitar distorções durante a extrusão.

Uma base robusta permite que o sistema se apoie apenas nas extremidades. Perfis mais leves podem precisar de suportes intermediários ao longo de seu comprimento.
Guias fixam-se à base para facilitar o movimento. Os principais tipos são guias de esfera, guias de roda e guias deslizantes ou prismáticas.
Os guias de esferas suportam as cargas mais pesadas e possuem a maior rigidez. Suas configurações de trilho simples ou duplo se movem com pouco atrito. As desvantagens são o custo mais elevado e o nível de ruído gerado.

Os guias de roda operam a velocidades de até 10 m/s com baixo atrito e alta rigidez. No entanto, cargas de impacto podem danificá-los.
Em guias deslizantes, buchas de polímero em formato de prisma se movem sobre a superfície do perfil. O polímero permite que elas se movam silenciosamente e suportem altas cargas de impacto. Elas toleram ambientes contaminados por sujeira, areia, poeira, óleo e produtos químicos, mas operam mais lentamente e sob cargas mais leves do que guias de esferas ou rodas, conforme indicado pela sua classificação PV, o produto da pressão e da velocidade que podem suportar.

Fusos de esferas e correias estão entre as tecnologias de acionamento disponíveis para sistemas lineares. Os acionamentos por correia são silenciosos e adequados para aplicações de alto rendimento e menor precisão. Os acionamentos por fuso de esferas, mais caros, oferecem alta eficiência, precisão e rigidez.

Força motriz

Os acionamentos movem o carro para as posições desejadas. As tecnologias de acionamento mais comuns são os acionamentos por fuso de esferas, os acionamentos por fuso trapezoidal e os acionamentos por correia.

Em um acionamento por fuso de esferas, os rolamentos de esferas se movem ao longo das ranhuras de um eixo roscado — o fuso de esferas — e recirculam através de uma porca de esferas. Como os rolamentos compartilham a carga, os acionamentos por fuso de esferas têm uma capacidade de empuxo relativamente alta.

O resultado é uma precisão absoluta, definida como o erro máximo entre a posição esperada e a real, de até 0,005 mm. Os sistemas com fusos de esferas retificados e pré-carregados são os mais precisos.

Os sistemas possuem capacidade de empuxo de até 40 kN e alta rigidez. Sua velocidade crítica é determinada pelo diâmetro da raiz do parafuso, comprimento sem suporte e configuração do suporte final. Com um novo suporte de parafuso, as unidades acionadas por parafuso podem percorrer até 12 m e aceitar velocidades de entrada de 3.000 rpm. Os acionamentos por fuso de esferas oferecem eficiência mecânica de 90%, portanto, seu custo mais elevado é frequentemente compensado pela menor necessidade de energia.

Os suportes do sistema linear são geralmente perfis de alumínio extrudado que podem ser usinados para maior precisão.

Os acionamentos por fuso de esferas não conseguem igualar a precisão de posicionamento absoluto dos acionamentos por fuso de esferas, mas sua repetibilidade — a capacidade de retornar a uma posição durante a operação, aproximando-se da mesma direção, com a mesma velocidade e taxa de desaceleração — é de 0,005 mm. Eles são usados ​​em posicionamento com ciclo de trabalho baixo a médio e operam silenciosamente.

Os acionamentos por correia funcionam em aplicações de transporte de alto rendimento com velocidades de até 10 m/s e aceleração de até 40 m/s².

Lubrificação e vedaçãos para dispositivos lineares

A maioria dos sistemas de guia e de acionamento requer lubrificação. Você pode simplificar a manutenção preventiva futura garantindo fácil acesso aos pontos de lubrificação. Por exemplo, os bicos de lubrificação instalados no carro podem alimentar uma rede de lubrificação que atende tanto o fuso de esferas quanto o sistema de rolamentos lineares durante a instalação e em intervalos periódicos de manutenção.

A unidade de acionamento linear possui uma vedação magnética. A tira de aço inoxidável se levanta logo à frente do carro e se fecha logo atrás, graças a ímãs e âncoras com mola nas tampas das extremidades.

As guias prismáticas não necessitam de manutenção. O material polimérico do cursor possui lubrificação inerente, e os raspadores de feltro lubrificados repõem o lubrificante a cada movimento.

As vedações mantêm o lubrificante dentro e os contaminantes fora. Um tipo é a vedação de fita magnética — faixas magnéticas de aço inoxidável que se estendem de uma extremidade do canal à outra. As faixas são fixadas às tampas das extremidades e acionadas por mola para manter a tensão. Elas passam por uma cavidade no carro, de modo que a fita se eleva dos ímãs logo à frente e atrás do carro à medida que ele percorre o sistema.
Uma tecnologia de vedação alternativa, as faixas de cobertura de plástico, utiliza tiras de borracha flexíveis que se encaixam na extrusão da base, como um saco plástico com fecho hermético. Os perfis de encaixe macho-fêmea criam uma vedação labiríntica que impede a entrada de partículas.

Outro fator a considerar é como você irá montar o motor. A carcaça e o acoplamento do motor devem ser compatíveis com o tamanho e o diâmetro do círculo dos parafusos na flange do motor, o diâmetro do piloto do motor e o diâmetro e comprimento do eixo do motor.

Muitos motores possuem dimensões que atendem aos padrões NEMA, mas outros são específicos do fabricante e do modelo. Em ambos os casos, suportes de motor flexíveis, usinados a partir de peças brutas comuns, facilitam a montagem em praticamente qualquer motor, com alinhamento garantido.

Encaixes de borracha flexíveis mantêm as faixas de cobertura de plástico seguras e impedem a entrada de partículas.

Misture e combine

Nem toda combinação de acionamentos e guias faz sentido. Em aplicações práticas, é mais provável encontrar fusos de esferas acionando guias de esferas ou guias deslizantes; fusos de esferas combinados com guias de esferas ou guias deslizantes; e correias acionando guias de esferas, deslizantes ou de rodas.

Um acionamento por fuso de esferas, combinado com uma guia de esferas, proporciona movimento repetível e um sistema rígido capaz de suportar altas forças e momentos. Esses sistemas são ideais para aplicações de posicionamento de precisão com cargas elevadas e ciclos de trabalho intensos, como o carregamento e descarregamento de engrenagens em máquinas-ferramenta.

Unidades acionadas por correia e guiadas por esferas são destinadas a aplicações de alta velocidade e aceleração com cargas pesadas e altos momentos de força. Essas unidades operam sobre bases que se estendem por um vão e são suportadas nas extremidades ou de forma intermitente. A paletização de latas é uma aplicação.
Os sistemas lineares com acionamento por correia e guia deslizante são unidades de baixo custo, silenciosas e que exigem pouca manutenção. Operam em velocidades e acelerações moderadas, mas se destacam no gerenciamento de cargas de impacto. A adição de uma faixa de cobertura magnética torna esse tipo de sistema adequado para ambientes com alto teor de partículas e que exigem lavagem frequente, como o tratamento por aspersão de chapas metálicas.

Como as guias de roda exigem menos manutenção do que as guias de esfera, mas mais do que as guias deslizantes, as rodas acionadas por correias representam outra opção de custo moderado, baixo ruído e baixa manutenção. Esses sistemas atingem altas velocidades e acelerações lineares e são frequentemente encontrados em máquinas de embalagem e envase.