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 truque é selecionar o atuador que fornecerá os melhores resultados. Felizmente, isso não é tão difícil quanto parece. Os requisitos da aplicação reduzirão o conjunto de possíveis soluções de atuadores e as restrições do projeto determinarão o melhor ajuste.

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

Velocidade

A velocidade é um fator importante a considerar ao selecionar 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 do parafuso, no qual o parafuso se curva para fora à medida que gira. O chicote do parafuso causa vibração e desgaste prematuro.

O limite para o chicote do parafuso, chamado de 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 tipo parafuso, considere um motor linear ou um atuador de acionamento por correia.

Carregar

É essencial que o atuador seja dimensionado adequadamente para a carga. Há vários fatores a serem considerados ao dimensionar a capacidade de carga: a capacidade de carga radial dos rolamentos guia, a capacidade de momento do carro de suporte e a capacidade de carga axial dos rolamentos de suporte e do fuso de esferas. É importante escolher um atuador projetado para atender às cargas apresentadas pela aplicação.

Um equívoco comum é que apenas a capacidade de carga importa, e a capacidade de carga torna possível calcular a vida útil de um atuador sob uma determinada carga. Entretanto, outros fatores precisam ser considerados, como a rigidez do atuador em diversas direções de carga. A equipe de projeto pode executar cálculos de deflexão de carga para determinar se o atuador funcionará com êxito 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 radial que aplica um momento de tombamento. Certifique-se de que o atuador esteja dimensionado e apoiado adequadamente.

Aplicações verticais requerem cuidados especiais para preservar a posição da carga. Para determinados parâmetros de projeto, os parafusos de avanço são autotravantes. Isto significa que não podem ser retrocedidos, mesmo em caso de falha do motor. Para garantir que um parafuso seja autotravante, a eficiência do parafuso precisa ser inferior a 50%, onde a eficiência é função do ângulo de ataque e do coeficiente de atrito entre a porca e o parafuso. Alternativamente, atuadores de cremalheira e pinhão também podem funcionar.

Os cintos melhoraram acentuadamente nos últimos anos. Eles são robustos e altamente projetados para que não precisem mais de tensionamento regular como antes. Os acionamentos por correia são boas escolhas se os requisitos de velocidade e curso estiverem fora do que um fuso de esfera ou de avanço pode fornecer. Cuidado especial deve ser tomado se uma transmissão por correia for usada em aplicações verticais. Recomenda-se que um contrapeso ou freio seja usado conforme apropriado para desacelerar, parar e apoiar a carga por segurança.

Comprimento do curso

O próximo fator a considerar é o comprimento do curso. Os atuadores baseados em parafuso são eficazes e podem, em alguns casos, ser usados ​​para cursos de até 5 pés ou mais. Deve-se tomar cuidado para que os atuadores aparafusados ​​de curso muito longo não excedam a velocidade crítica. Para cursos longos, os acionamentos por correia são as melhores opções. As correias atuais são materiais altamente projetados que necessitam de pouca manutenção. Eles podem ser usados ​​em distâncias de até 50 pés.

Outra opção para cursos longos é um motor linear. Servomotores essencialmente desenrolados, os motores lineares consistem em uma força que se desloca ao longo de uma trilha magnética fixa. Em teoria, a pista pode ser tão longa quanto desejada. Do ponto de vista prático, os motores lineares são limitados tanto pela necessidade de fornecer um trilho magnético nivelado e cuidadosamente alinhado quanto pelos custos dos ímãs. O gerenciamento dos cabos do motor em percursos muito longos também pode ser um desafio.

Repetibilidade

Cada aplicação tem um requisito de repetibilidade. A escolha certa do atuador proporciona um sistema que não apenas satisfará esses requisitos, mas também ajudará o projeto a cumprir as metas de orçamento e tempo de montagem. Os atuadores do tipo parafuso oferecem repetibilidade da ordem de ±0,0001 a ±0,003 pol. Isso se compara a ±0,002 a ±0,010 pol. para uma transmissão por correia.

A escolha ideal depende das necessidades da aplicação. Os acionamentos por correia não funcionam tão bem quanto os atuadores do tipo parafuso, mas para uma aplicação com tolerâncias mais tolerantes, os acionamentos por correia podem oferecer economias significativas. Para aplicações mais exigentes, os atuadores de motor linear oferecem repetibilidade que pode ser inferior a mícron.

Ciclo de trabalho

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

Em vez disso, escolha um atuador de parafuso esférico recirculante. Esses dispositivos têm atrito de rolamento e não de deslizamento, por isso duram mais e a vida útil é mais previsível. As bolas 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 adequados para aplicações militares e aeroespaciais, entre outras. Para aplicações orçamentárias, uma transmissão por correia também pode funcionar.

Ambiente

O ambiente operacional de uma aplicação também influencia a escolha do atuador. Em um ambiente de sala limpa, evite atuadores de parafuso 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. Nos atuadores tipo haste, o parafuso é vedado na carcaça. Como resultado, os atuadores tipo haste são razoavelmente seguros em ambientes com contaminação e líquidos. Em atuadores sem haste, a carga repousa sobre um carro que deve ser conectado ao parafuso, o que pode expor o atuador à contaminação.

Como resultado, os atuadores sem haste precisam de disposições especiais, seja a tecnologia básica 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. Esteja ciente de que a lubrificação pode reter e reter partículas que danificam as superfícies ao longo do tempo.

Outro fator a considerar sobre o meio ambiente é a quantidade de espaço disponível. O melhor atuador do mundo é inútil se não caber no envelope que tem em mãos. Especifique os atuadores 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 fornecer as características que você precisa em um formato compacto.

Orçamento

É sempre importante manter as metas de preços em mente. Os motores lineares são os mais caros, seguidos pelos atuadores do tipo parafuso (parafuso planetário, fuso de esfera e fuso de avanço). Os acionamentos por correia são os mais econômicos.

A engenharia sempre envolve compensações. A lista acima é um primeiro corte na seleção do atuador. 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 nada disso satisfizer suas necessidades, converse com seu fornecedor sobre o desenvolvimento de um produto personalizado que dê conta do recado.