Aqui estão algumas perguntas que engenheiros e projetistas devem fazer antes de escolher atuadores lineares.

Os projetistas que se preparam para escolher um atuador linear para um dispositivo ou máquina específica devem ter uma lista de perguntas prontas para fazer aos fornecedores e fabricantes desses dispositivos. Essas listas geralmente contêm FAQs (perguntas frequentes), e a maioria das empresas que vendem atuadores está preparada para elas. Mas esses fornecedores, em muitos casos, esperam que os potenciais compradores façam outras perguntas, talvez mais investigativas e reveladoras: as chamadas perguntas pouco frequentes (iFAQs).

Aqui estão duas perguntas que os engenheiros devem fazer ao considerar a especificação de atuadores lineares.

P: Preciso de velocidade e precisão em um comprimento considerável. Que tipo de atuador devo usar?

A. Essa é uma pergunta inteligente. Muitos engenheiros de projeto superestimam a precisão de motores e atuadores tradicionais em longos percursos. Eles acreditam erroneamente que, se o atuador funciona bem em percursos curtos, funcionará igualmente bem em percursos longos. Embora muitos tipos de sistemas lineares atendam a dois dos três requisitos normalmente desejados pelos engenheiros (longos percursos, alta velocidade e alta precisão de posicionamento), os atuadores de motor linear são os únicos que oferecem os três sem comprometer a precisão. Eles são frequentemente usados ​​na fabricação de semicondutores, inspeção de eletrônicos de consumo, aplicações médicas e de ciências da vida, máquinas-ferramenta, impressão e embalagens.

Para contextualizar um pouco, vamos definir motores lineares. Essencialmente, um motor linear é um motor rotativo que foi desenrolado e disposto em uma superfície plana. Isso permite que o motor se acople diretamente à carga linear. Em contraste, outros projetos utilizam um motor rotativo e o acoplam por meio de mecanismos, o que pode introduzir folga, perdas de eficiência e outras imprecisões. Os motores lineares também tendem a ter velocidades máximas mais altas em comparação com fusos de esferas de mesmo comprimento de curso.

Existem três tipos principais de motores lineares em uso atualmente. O primeiro é o de núcleo de ferro, que possui bobinas enroladas em torno de dentes feitos de materiais ferrosos e envoltos em laminado. Esses motores apresentam a maior força por unidade de tamanho e boa transferência de calor, sendo geralmente os mais baratos. No entanto, a presença de ferro no motor leva a um aumento do torque de cogging (torque devido às interações entre os ímãs do motor), tornando-os, portanto, um pouco menos precisos do que o segundo tipo, os motores lineares sem núcleo de ferro.

Como o nome indica, os motores lineares sem núcleo de ferro não possuem ferro em seu interior. O atuador é essencialmente uma placa de epóxi na qual bobinas de cobre firmemente enroladas são inseridas. Ela desliza entre duas fileiras de ímãs posicionadas frente a frente (também conhecido como canal magnético em U). Uma barra espaçadora em um dos lados dos ímãs os conecta. As principais vantagens dos motores sem núcleo de ferro são as menores forças de atração e a ausência de cogging (torção por cogging). Isso os torna mais precisos do que os motores com núcleo de ferro. No entanto, as duas fileiras de ímãs tornam as unidades sem núcleo de ferro mais caras do que as versões com núcleo de ferro. O gerenciamento da transferência de calor também pode ser difícil, por isso é importante entender desde o início se uma determinada aplicação corre o risco de superaquecimento. Os motores sem núcleo de ferro mais recentes apresentam bobinas sobrepostas que proporcionam maior contato superficial para dissipação de calor. Esse design também permite que o motor tenha uma densidade de força maior.

O terceiro e último tipo são os motores lineares sem ranhuras, que são basicamente híbridos dos dois primeiros tipos. Um motor sem ranhuras possui uma única fileira de ímãs, como o motor com núcleo de ferro, o que ajuda a manter seu preço mais baixo. Um revestimento de ferro laminado garante boa transferência de calor, além de forças de atração e cogging menores do que os motores com núcleo de ferro. Os motores sem ranhuras também oferecem a vantagem de um perfil de altura mais baixo do que os motores com núcleo de ferro, além do preço mais acessível. Para projetistas que priorizam manter os componentes de suas máquinas o menor possível, cada milímetro de espaço economizado pode ser crucial.

P: Como posso saber se um determinado atuador é adequado para uso em um ambiente específico?

A. Muitas vezes, os engenheiros de projeto escolhem atuadores isoladamente, sem considerar onde serão utilizados. Os atuadores lineares possuem partes móveis críticas que só funcionam corretamente nos ambientes para os quais foram projetados e fabricados. O uso de um atuador linear inadequado pode causar problemas que variam desde operação incorreta até danos irreparáveis ​​ao próprio atuador. Para aplicações em ambientes com alta concentração de partículas e resíduos, como ferramentas de corte que geram partículas e sucata, o atuador exigirá vedação e blindagem para protegê-lo de contaminantes.

Sob a perspectiva oposta, um atuador sem a devida proteção pode introduzir contaminação em um ambiente limpo, comprometendo a aplicação. O desgaste normal fará com que os estágios lineares gerem partículas ao longo do tempo. Salas limpas ou ambientes de vácuo geralmente restringem o uso a equipamentos que não liberam partículas; portanto, é fundamental que os atuadores usados ​​nesses ambientes sejam equipados com vedações e proteções para impedir a entrada de partículas. Alguns dispositivos mecânicos que proporcionam movimento linear, como os utilizados no processamento de semicondutores, movem-se apenas em mícrons por vez, de modo que mesmo a menor quantidade de contaminação pode comprometer e arruinar uma aplicação.

Vedações e proteções protegem componentes críticos da exposição a ambientes agressivos, permitindo que os atuadores lineares funcionem conforme projetado. Em ambientes limpos, vedações e proteções protegem o ambiente da aplicação contra possíveis contaminantes gerados pelo atuador, e não o próprio atuador. Além de vedações e proteções, atuadores lineares personalizados podem ser projetados com portas de pressão positiva que eliminam contaminantes internos, mantendo o desempenho e a vida útil no máximo.

Diversos fatores ambientais devem ser considerados na escolha de atuadores lineares. Entre eles, estão a temperatura ambiente, a presença de umidade, a exposição a produtos químicos e gases (além do ar ambiente), a radiação, o nível de pressão atmosférica (para aplicações realizadas em vácuo), a limpeza e a presença de equipamentos próximos. Por exemplo, existe algum equipamento nas proximidades que possa transmitir vibrações que afetem o desempenho do estágio linear?

A classificação de Proteção contra Ingresso (IP) de um estágio linear, geralmente fornecida em suas especificações, indica se ele possui a proteção adequada contra ambientes específicos. As classificações IP definem os níveis de eficácia das vedações de um invólucro contra a intrusão de corpos estranhos (poeira e sujeira) e vários níveis de umidade.

A classificação de proteção de um invólucro é indicada pela sigla “IP-” seguida de dois dígitos. O primeiro dígito indica o grau de proteção contra partes móveis e corpos estranhos. O segundo dígito identifica o nível de proteção contra diferentes níveis de umidade (de gotejamento a respingos e submersão total).

Verificar a classificação IP de um atuador logo no início do processo de seleção oferece uma maneira rápida e fácil de eliminar unidades inadequadas para o ambiente. Por exemplo, um atuador com classificação IP30 não oferece proteção contra umidade, mas impede a entrada de objetos do tamanho de um dedo. Se a proteção contra umidade for essencial, procure um atuador com uma classificação superior, como IP54, que protege contra poeira e respingos de água. Atuadores sem proteção contra intrusão ou umidade, no entanto, podem oferecer alternativas econômicas para ambientes onde contaminantes não são uma preocupação.