A construção de um sistema de movimento linear eficiente começa com a escolha do atuador adequado. 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 de atuadores possíveis e as restrições do projeto determinarão a melhor opção.

O processo começa com a análise da série de fatores-chave listados aqui.

Velocidade

A velocidade é um fator importante a ser considerado na seleção de um atuador. Embora os atuadores de parafuso sejam componentes eficazes e econômicos, em velocidades muito altas, eles sofrem com um fenômeno conhecido como vibração do parafuso, no qual o parafuso se curva para fora durante a rotação. Essa vibração causa desgaste prematuro e vibrações.

O limite para a vibração da rosca, chamado de velocidade crítica, depende das dimensões e do material da rosca. A velocidade crítica pode ser calculada analiticamente usando equações bem conhecidas. Se a velocidade for muito alta para o uso de um atuador tipo rosca, considere um motor linear ou um atuador com transmissão por correia.

Carregar

É essencial que o atuador seja dimensionado adequadamente para a carga. Vários fatores devem ser considerados ao dimensionar a capacidade de carga: a capacidade de carga radial dos mancais guia, a capacidade de momento do carro de suporte e a capacidade de carga axial dos mancais de suporte e do fuso de esferas. É importante escolher um atuador projetado para suportar as cargas apresentadas pela aplicação.

Um equívoco comum é que apenas a capacidade de carga importa, e de fato, 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 diferentes direções de carga. A equipe de projeto pode realizar cálculos de carga-deflexão para determinar se o atuador terá um desempenho adequado na aplicação.

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

Aplicações verticais exigem cuidados especiais para preservar a posição da carga. Para determinados parâmetros de projeto, os fusos de esferas são autoblocantes. Isso significa que não podem ser acionados no sentido inverso, mesmo em caso de falha do motor. Para garantir que um fuso seja autoblocante, sua eficiência precisa ser inferior a 50%, sendo a eficiência uma função do ângulo de passo e do coeficiente de atrito entre a porca e o fuso. Como alternativa, atuadores de cremalheira e pinhão também podem ser utilizados.

As correias evoluíram consideravelmente nos últimos anos. São robustas e de alta tecnologia, dispensando o tensionamento regular que era necessário antigamente. As transmissões por correia são uma boa opção quando a velocidade e o curso exigidos ultrapassam os limites de um fuso de esferas ou fuso trapezoidal. É preciso ter cuidado especial ao utilizar uma transmissão por correia em aplicações verticais. Recomenda-se o uso de um contrapeso ou freio, conforme apropriado, para reduzir a velocidade, parar e suportar a carga com segurança.

Comprimento do curso

O próximo fator a ser considerado é o comprimento do curso. Atuadores de parafuso são eficazes e podem, em alguns casos, ser usados ​​para cursos de até 1,5 metro ou mais. Deve-se ter cuidado com atuadores de parafuso de curso muito longo para não exceder a velocidade crítica. Para cursos longos, as transmissões por correia são opções melhores. As correias atuais são feitas de materiais de alta tecnologia que exigem pouca manutenção. Elas podem ser usadas em distâncias de até 15 metros.

Outra opção para cursos longos é o motor linear. Essencialmente servomotores desenrolados, os motores lineares consistem em uma força que se desloca 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 uma trilha magnética nivelada e cuidadosamente alinhada quanto pelo custo dos ímãs. O gerenciamento dos cabos do motor em cursos muito longos também pode ser um desafio.

Repetibilidade

Toda aplicação possui um requisito de repetibilidade. A escolha correta do atuador proporciona um sistema que não apenas atende a esses requisitos, mas também ajuda o projeto a cumprir as metas de orçamento e tempo de montagem. Os atuadores de parafuso oferecem repetibilidade na ordem de ±0,0001 a ±0,003 polegadas. Isso se compara a ±0,002 a ±0,010 polegadas para um acionamento por correia.

A escolha ideal depende das necessidades da aplicação. Os acionamentos por correia não têm o mesmo desempenho que os atuadores de parafuso, mas para aplicações com tolerâncias mais flexíveis, podem oferecer economias significativas. Para aplicações mais exigentes, os atuadores com motor linear oferecem repetibilidade que pode ser submicrométrica.

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. Os fusos de esferas, por exemplo, são baseados em contato deslizante — tipicamente aço inoxidável com plástico (existem muitas opções disponíveis, dependendo da aplicação). Isso introduz um desgaste significativo ao longo da vida útil do dispositivo. Consequentemente, os fusos de esferas devem ser evitados em aplicações que combinam alta carga e alto ciclo de trabalho.

Em vez disso, escolha um atuador de fuso de esferas recirculante. Esses dispositivos possuem atrito de rolamento, e não de deslizamento, portanto, duram mais e sua vida útil é mais previsível.As esferas podem ser danificadas, especialmente sob cargas elevadas. Para aplicações que não toleram falhas, experimente um fuso de rolos planetário. Esses dispositivos distribuem o peso para minimizar o desgaste, tornando-os adequados para aplicações militares e aeroespaciais, entre outras. Para aplicações com orçamento limitado, uma transmissão por correia também pode funcionar.

Ambiente

O ambiente operacional de uma aplicação também influencia a escolha do atuador. Em ambientes de sala limpa, evite atuadores de fuso de esferas. O contato metal-plástico gera partículas que comprometem a classificação de sala limpa.

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

Consequentemente, os atuadores sem haste exigem cuidados especiais, independentemente de a tecnologia base ser um atuador de parafuso ou um motor linear. Procure componentes com classificação IP. Considere montar a fenda voltada para baixo para reduzir a entrada de partículas. Esteja ciente de que a lubrificação pode reter partículas e danificar as superfícies 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 espaço 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 quaisquer fatores que possam oferecer as características necessárias em um formato compacto.

Orçamento

É sempre importante ter em mente as metas de preço. Os motores lineares são os mais caros, seguidos pelos atuadores de parafuso (parafuso planetário, fuso de esferas e fuso trapezoidal). As transmissões por correia são as mais econômicas.

A engenharia sempre envolve concessões. A lista acima é uma primeira abordagem para a seleção de atuadores. Para qualquer aplicação específica, 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 nenhuma dessas opções atender às suas necessidades, converse com seu fornecedor sobre o desenvolvimento de um produto personalizado que execute a tarefa.