Este artigo explicará os fundamentos do projeto de um sistema linear, incluindo o sistema de suporte estrutural, a tecnologia de guia, a tecnologia de acionamento, vedação, lubrificação e acessórios. Primeiramente, serão discutidos os prós e contras das diferentes tecnologias, como acionamentos por fuso de avanço, acionamentos por fuso de esferas, acionamentos por correia, guias de esferas, guias deslizantes e guias de rodas. Em seguida, o artigo analisará as vantagens e desvantagens de projetar e construir seu próprio sistema linear em comparação com a configuração de um sistema a partir de blocos de construção padrão. Por fim, o artigo descreverá um processo passo a passo baseado na web para dimensionar e selecionar um sistema linear com base em componentes padrão e econômicos.

Os blocos de construção de um sistema linear são o sistema de suporte estrutural, o sistema de acionamento, o sistema de guia, a vedação, a lubrificação e os acessórios. O principal componente do sistema de suporte estrutural é normalmente uma extrusão de alumínio, disponível em comprimentos de até 12 metros. A superfície de montagem da base pode ser usinada para aplicações que exigem posicionamento preciso. As extrusões da base para aplicações de transporte de menor precisão geralmente não são usinadas. As bases utilizadas em aplicações de transporte são otimizadas para resistência à flexão sob carga e à distorção durante o processo de extrusão, permitindo que o sistema seja apoiado apenas nas extremidades.

Os principais tipos de guias são guias de esferas, guias de rodas e guias deslizantes ou prismáticas. As guias de esferas suportam altas cargas úteis de até 38.000 Newtons (N) e altas cargas de momento de até 27,60 Newton metros (Nm). Outras vantagens das guias de esferas incluem baixo atrito e alta rigidez. As guias de esferas estão disponíveis em configurações de trilho simples ou duplo. As fraquezas das guias de esferas incluem custo relativamente alto e altos níveis de ruído. Uma vantagem fundamental das guias de rodas é sua capacidade de operar em velocidades excepcionalmente altas, de até 10 metros por segundo (m/s). As guias de rodas também oferecem baixo atrito e rigidez muito alta. Por outro lado, as guias de rodas têm resistência relativamente baixa a cargas de choque. As guias deslizantes usam buchas de polímero em forma de prisma que funcionam diretamente na superfície do perfil para proporcionar uma operação muito silenciosa e suportar altas cargas de choque. Uma vantagem fundamental das guias deslizantes é sua capacidade de operar em ambientes contaminados. As guias deslizantes têm menor velocidade e capacidade de carga do que as guias de esferas ou rodas.

As tecnologias de acionamento mais populares são acionamentos por fuso de esferas, fusos de avanço e correias. O acionamento por fuso de esferas consiste em um fuso de esferas e uma porca de esferas com rolamentos de esferas recirculantes. Os fusos de esferas retificados e pré-carregados proporcionam uma precisão de posicionamento excepcionalmente alta. A carga no fuso de esferas é distribuída por um grande número de rolamentos de esferas, de modo que cada esfera é submetida a uma carga relativamente baixa. O resultado é uma alta precisão absoluta de até 0,005 mm, alta capacidade de empuxo de até 40 KN e alta rigidez. A precisão absoluta é definida como o erro máximo entre a posição esperada e a real. Os acionamentos por fuso de esferas normalmente fornecem eficiência mecânica de 90%, portanto, seu custo mais alto é frequentemente compensado por requisitos de potência reduzidos. A velocidade crítica de um fuso de esferas é determinada pelo diâmetro da raiz do fuso, comprimento sem suporte e configuração do suporte final. Os suportes dos fusos de esferas permitem o uso de unidades acionadas por fuso com até 12 metros de curso e velocidade de entrada de 3.000 rpm. Os acionamentos por fuso de avanço não podem igualar a precisão absoluta de posicionamento dos acionamentos por fuso de esferas, mas oferecem excelente repetibilidade de 0,005 mm. Repetibilidade é definida como a capacidade de um sistema de posicionamento retornar a um local durante a operação ao se aproximar da mesma direção na mesma velocidade e taxa de desaceleração. Acionamentos por fuso de avanço são usados ​​em aplicações de posicionamento de ciclo de trabalho baixo a médio e operam com baixos níveis de ruído. Acionamentos por correia são usados ​​em aplicações de transporte de alta velocidade e alto rendimento com velocidades de até 10 m/s e aceleração de até 40 m/s². Tanto o sistema de guia quanto o sistema de acionamento normalmente requerem lubrificação. O fácil acesso aos acessórios de lubrificação simplifica a manutenção preventiva. Uma abordagem eficaz é o uso de acessórios Zerk no carro que alimentam uma rede através da qual tanto o fuso de esferas quanto o sistema de rolamento linear são lubrificados durante a instalação e em intervalos periódicos de manutenção. O sistema de guia de prisma não requer manutenção. Além da lubricidade inerente do polímero, há limpadores de feltro lubrificados que reabastecem o lubrificante a cada curso. A tecnologia de vedação é importante em muitas aplicações. Uma vedação de tira magnética consiste em uma banda magnética de aço inoxidável que é carregada por mola para manter a tensão. As duas extremidades são fixadas às placas terminais do sistema e a faixa de cobertura ou tira de vedação é passada através de uma cavidade no carro. À medida que os carros percorrem o sistema, a tira é levantada dos ímãs para permitir a passagem do carro.

Uma tecnologia alternativa de vedação, as faixas de cobertura plásticas utilizam uma tira de borracha flexível que se encaixa na extrusão da base, agindo como um saco Ziploc. Os perfis macho e fêmea acoplados criam uma vedação tipo labirinto extremamente eficaz na prevenção da entrada de partículas. Suportes flexíveis para motores simplificam a integração de sistemas lineares em montagens automatizadas. Os usuários podem simplesmente solicitar um suporte para motor NEMA padrão ou fornecer informações de montagem específicas para o seu motor, ou ainda informar o nome e o número da peça do fabricante do motor. A carcaça e o acoplamento são usinados a partir de peças brutas comuns para se adaptarem às principais características do motor do cliente: tamanho do parafuso e diâmetro do círculo do parafuso no flange do motor; diâmetro do piloto do motor; e diâmetro e comprimento do eixo do motor. Isso permite que os trilhos sejam facilmente montados, horizontalmente, verticalmente, inclinados ou invertidos, em praticamente qualquer motor, com alinhamento garantido.

Nem toda combinação de tipo de acionamento e tipo de guia faz sentido. Os sete grupos de tecnologia utilizados em aplicações práticas incluem acionamento por fuso de esferas e guia de esferas, acionamento por fuso de esferas e guia de deslizamento, acionamento por fuso de esferas e guia de deslizamento, acionamento por correia e guia de esferas, acionamento por correia e guia de deslizamento, e acionamento por correia e guia de rodas. Os diagramas de aranha descrevem os pontos fortes e fracos relativos de cada uma dessas tecnologias. A tecnologia de acionamento por fuso de esferas e guia de esferas oferece alta repetibilidade, alta rigidez e capacidade de lidar com altas forças e momentos. Ela é utilizada em aplicações de posicionamento de precisão com altas cargas e altos ciclos de trabalho, como o sistema linear utilizado para carregar e descarregar peças brutas de engrenagens em uma máquina-ferramenta. Unidades guiadas por esferas acionadas por correia são projetadas para aplicações de alta velocidade e aceleração com cargas úteis pesadas e altas cargas de momento. Este grupo de tecnologia é adequado para aplicações que abrangem uma abertura e são apoiadas nas extremidades ou intermitentemente. Uma aplicação típica envolve a paletização de latas. Sistemas lineares guiados por correias e guias de deslizamento fornecem velocidade e capacidade de aceleração moderadas. Guias de deslizamento podem lidar com cargas de impacto, mas são um tanto limitadas em suas velocidades lineares. Essa combinação proporciona uma solução econômica e silenciosa que requer pouca manutenção. A adição de uma faixa de cobertura magnética torna essa solução ideal para ambientes com alto teor de partículas e requisitos de lavagem, como aplicações de tratamento por pulverização de chapas metálicas. Unidades acionadas por correia e guiadas por rodas oferecem alta velocidade linear e capacidades de aceleração, juntamente com custo moderado, baixo ruído e requisitos de manutenção relativamente baixos. Uma aplicação típica é a máquina de embalagem e envase.

Fabricar ou comprar? Ao considerar fabricar ou comprar um sistema linear, é importante considerar o tempo de engenharia e a experiência necessários para projetá-lo. Projetar um sistema inclui cálculos de engenharia como vida útil dos rolamentos lineares e radiais, vida útil do fuso de esferas, velocidade crítica do fuso de esferas, deflexão do perfil de suporte, seleção da lubrificação, projeto da tampa, etc. A abordagem de superdimensionar o sistema linear para reduzir o tempo de projeto tem a desvantagem de que o custo e o envelope aumentam, e a engenharia básica ainda é necessária para garantir que nada básico tenha sido esquecido. Ao comprar sistemas lineares, haverá momentos em que os produtos padrão do catálogo não atenderão aos requisitos da aplicação. Nesse caso, modificações significativas nos produtos padrão ou projetos em branco são alternativas viáveis. Um parceiro com uma ampla gama de produtos e recursos de engenharia pode trabalhar com você para resolver seu problema, economizando tempo e dinheiro e acelerando o ciclo de desenvolvimento.