A construção de um sistema de movimento linear bem-sucedido começa com a escolha do atuador apropriado. Entre os diferentes tamanhos, tecnologias e qualidades, existem centenas de opções. O segredo é selecionar o atuador que proporcionará os melhores resultados. Felizmente, isso não é tão difícil quanto parece. Os requisitos da aplicação reduzirão o conjunto de soluções possíveis de atuadores e as restrições do projeto determinarão a melhor opção.

O processo começa considerando a série de fatores-chave listados aqui.

Velocidade

A velocidade é um fator importante a ser considerado na seleção de um atuador. Embora os atuadores do tipo parafuso sejam componentes eficazes e econômicos, em velocidades muito altas eles sofrem de um fenômeno conhecido como chicote de parafuso, no qual o parafuso se curva ao girar. O chicote de parafuso causa vibração e desgaste prematuro.

O limite para o chicoteamento do parafuso, denominado velocidade crítica, depende das dimensões e do material do parafuso. A velocidade crítica pode ser calculada analiticamente usando equações bem conhecidas. Se a velocidade for muito alta para o uso de um atuador do tipo parafuso, considere um motor linear ou um atuador acionado por correia.

Carregar

É essencial que o atuador seja dimensionado adequadamente para a carga. Há vários fatores a serem considerados no dimensionamento da capacidade de carga: a capacidade de carga radial dos mancais-guia, a capacidade de momento do carro de apoio e a capacidade de carga axial dos mancais de apoio e do fuso de esferas. É importante escolher um atuador projetado para lidar com as cargas apresentadas pela aplicação.

Um equívoco comum é que apenas a capacidade de carga importa, e a capacidade de carga permite calcular a vida útil de um atuador sob uma determinada carga. No entanto, outros fatores precisam ser considerados, como a rigidez do atuador em várias direções de carga. A equipe de projeto pode executar cálculos de carga-deflexão para determinar se o atuador funcionará corretamente na aplicação.

Outro fator a considerar é o posicionamento da carga. Uma massa apoiada sobre um carro que corre ao longo do eixo do atuador introduz forças muito diferentes de uma carga suspensa que aplica um momento de tombamento. Certifique-se de que o atuador esteja dimensionado e apoiado corretamente.

Aplicações verticais exigem cuidados especiais para preservar a posição da carga. Para determinados parâmetros de projeto, os fusos de avanço são autotravantes. Isso significa que eles não podem ser acionados de volta, mesmo em caso de falha do motor. Para garantir que um fuso seja autotravante, sua eficiência precisa ser inferior a 50%, sendo que a eficiência é uma função do ângulo de avanço e do coeficiente de atrito entre a porca e o fuso. Alternativamente, atuadores de cremalheira e pinhão também podem funcionar.

As correias melhoraram significativamente nos últimos anos. São robustas e altamente projetadas, de modo que não exigem mais tensionamentos regulares como antigamente. Transmissões por correia são boas opções se os requisitos de velocidade e curso estiverem fora do alcance de um fuso de esferas ou fuso de avanço. Cuidados especiais devem ser tomados se uma transmissão por correia for utilizada em aplicações verticais. Recomenda-se o uso de um contrapeso ou freio, conforme apropriado, para desacelerar, parar e suportar a carga por questões de segurança.

Comprimento do curso

O próximo fator a considerar é o curso. Atuadores com parafuso são eficazes e podem, em alguns casos, ser usados ​​para cursos de até 1,5 m ou mais. Deve-se tomar cuidado com atuadores com parafuso de curso muito longo para não exceder a velocidade crítica. Para cursos longos, acionamentos por correia são opções melhores. As correias atuais são materiais altamente projetados que exigem pouca manutenção. Elas podem ser usadas em distâncias de até 15 m.

Outra opção para cursos longos é um motor linear. Essencialmente servomotores desenrolados, os motores lineares consistem em uma força que se propaga ao longo de uma trilha magnética fixa. Em teoria, a trilha pode ter o comprimento desejado. Do ponto de vista prático, os motores lineares são limitados tanto pela necessidade de fornecer uma trilha magnética nivelada e cuidadosamente alinhada quanto pelo custo dos ímãs. Gerenciar os cabos do motor em percursos muito longos também pode ser um desafio.

Repetibilidade

Toda aplicação tem um requisito de repetibilidade. A escolha certa do atuador proporciona um sistema que não só atenderá a esses requisitos, mas também ajudará o projeto a atingir as metas de orçamento e tempo de montagem. Atuadores do tipo parafuso oferecem repetibilidade na ordem de ±0,0001 a ±0,003 pol. Isso se compara a ±0,002 a ±0,010 pol. para um acionamento por correia.

A escolha ideal depende das necessidades da aplicação. Acionamentos por correia não apresentam desempenho tão bom quanto atuadores do tipo parafuso, mas para aplicações com tolerâncias mais flexíveis, os acionamentos por correia podem oferecer economias significativas. Para aplicações mais exigentes, os atuadores de motor linear oferecem repetibilidade que pode ser inferior a um micron.

Ciclo de trabalho

O ciclo de trabalho tem um grande impacto na vida útil do equipamento. É importante escolher um atuador linear que atenda aos requisitos da aplicação. Parafusos de avanço, por exemplo, são baseados em contato deslizante — normalmente de aço inoxidável a plástico (há muitas opções disponíveis dependendo da aplicação). Isso introduz um desgaste significativo ao longo da vida útil do dispositivo. Como resultado, parafusos de avanço devem ser evitados se você tiver uma aplicação combinada de alta carga e alto ciclo de trabalho.

Em vez disso, opte por um atuador de fuso de esferas recirculante. Esses dispositivos possuem fricção de rolamento, não fricção de deslizamento, portanto, duram mais e sua vida útil é mais previsível.. As esferas podem ser danificadas, especialmente com cargas elevadas. Para aplicações que não toleram falhas, experimente um parafuso de rolo planetário. Esses dispositivos distribuem o peso para minimizar o desgaste, tornando-os ideais para aplicações militares e aeroespaciais, entre outras. Para aplicações mais econômicas, um acionamento por correia também pode funcionar.

Ambiente

O ambiente operacional de uma aplicação também influencia na escolha do atuador. Em um ambiente de sala limpa, evite atuadores com fuso de avanço. O contato metal-plástico gera partículas que comprometerão a classificação da sala limpa.

Por outro lado, ambientes extremamente sujos podem danificar os atuadores. Em atuadores tipo haste, o parafuso é selado dentro da carcaça. Como resultado, atuadores tipo haste são razoavelmente seguros em ambientes com contaminação e líquidos. Em atuadores sem haste, a carga repousa sobre um carro que deve se conectar ao parafuso, o que pode expor o atuador à contaminação..

Como resultado, atuadores sem haste precisam de provisões especiais, seja a tecnologia base um atuador do tipo parafuso ou um motor linear. Procure componentes com classificações IP. Considere montar a fenda voltada para baixo para reduzir a entrada de partículas. Esteja ciente de que a lubrificação pode aprisionar e reter partículas em superfícies danificadas ao longo do tempo.

Outro fator a considerar em relação ao ambiente é a quantidade de espaço disponível. O melhor atuador do mundo é inútil se não couber no envelope disponível. Especifique os atuadores logo no início da fase de projeto para garantir que haja espaço suficiente. Trabalhe em estreita colaboração com seu fornecedor para aproveitar todos os fatores que podem oferecer as características que você precisa em um formato compacto.

Orçamento

É sempre importante ter em mente as metas de preço. Motores lineares são os mais caros, seguidos por atuadores do tipo parafuso (parafuso planetário, fuso de esferas e fuso de avanço). Acionamentos por correia são os mais econômicos.

A engenharia sempre envolve concessões. A lista acima é um primeiro passo na seleção de atuadores. Para qualquer aplicação, restrições especiais podem significar que o orçamento é uma prioridade maior do que o desempenho, por exemplo, ou que o ciclo de trabalho é mais importante do que a velocidade. Inicie o processo de especificação de um atuador o mais cedo possível na fase de projeto. Tente trabalhar com componentes padrão. Se nenhum deles atender às suas necessidades, converse com seu fornecedor sobre o desenvolvimento de um produto personalizado que atenda às suas necessidades.