Este artigo explicará os fundamentos do projeto de um sistema linear, incluindo o sistema de suporte estrutural, tecnologia de orientação, tecnologia de acionamento e vedação, lubrificação e acessórios. Primeiro, discutiremos os prós e os contras das diferentes tecnologias, como fusos de avanço, fusos de esferas, acionamentos por correia, guias de esferas, guias deslizantes e guias de rodas. O artigo examinará então as vantagens e desvantagens de projetar e construir seu próprio sistema linear versus configurar um sistema a partir de blocos de construção padrão. Finalmente, o artigo descreverá um processo passo a passo baseado na web para dimensionar e selecionar um sistema linear baseado em componentes padrão econômicos.

Os blocos de construção de um sistema linear são o sistema de suporte estrutural, sistema de acionamento, sistema de guia, vedação, lubrificação e acessórios. O principal componente do sistema de suporte estrutural é normalmente uma extrusão de alumínio que está disponível em comprimentos de até 12 metros. A superfície de montagem da base pode ser usinada para aplicações que exigem posicionamento preciso. Extrusões de 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 esféricas, guias de rodas e guias deslizantes ou prismáticas. As guias esféricas suportam cargas úteis elevadas de até 38.000 Newtons (N) e cargas de alto momento de até 27,60 Newton metros (Nm). Outras vantagens das guias esféricas incluem baixo atrito e alta rigidez. As guias esféricas estão disponíveis em configurações de trilho simples ou duplo. Os pontos fracos das guias esféricas incluem custo relativamente alto e altos níveis de ruído. Uma vantagem importante das guias de rodas é a sua capacidade de operar em velocidades excepcionalmente altas, de até 10 metros por segundo (m/s). As guias das rodas também oferecem baixo atrito e rigidez muito alta. Por outro lado, as guias das rodas apresentam resistência relativamente baixa às cargas de choque. As guias deslizantes utilizam buchas de polímero em forma de prisma que passam diretamente na superfície do perfil para proporcionar uma operação muito silenciosa e suportar altas cargas de choque. Uma vantagem importante das guias deslizantes é a sua capacidade de operar em ambientes contaminados. As guias deslizantes têm menor velocidade e capacidade de carga do que as guias esféricas ou de roda.

As tecnologias de acionamento mais populares são acionamentos por fuso de esferas, acionamentos por fuso de avanço e acionamentos por correia. O fuso de esferas consiste em um fuso de esferas e uma porca esférica 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 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 fusos de esferas normalmente fornecem eficiência mecânica de 90%, de modo que seu custo mais alto é frequentemente compensado pela redução dos requisitos de energia. A velocidade crítica de um fuso de esferas é determinada pelo diâmetro da raiz do parafuso, pelo comprimento sem suporte e pela configuração do suporte final. Os suportes de fuso de esferas permitem o uso de unidades aparafusadas com até 12 metros de curso e velocidade de entrada de 3.000 rpm. Os fusos de avanço não conseguem igualar a precisão de posicionamento absoluta dos fusos de esferas, mas oferecem excelente repetibilidade de 0,005 mm. A 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. Os fusos de avanço são usados ​​em aplicações de posicionamento de ciclo de trabalho baixo a médio e operam com baixos níveis de ruído. Os 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 alimenta uma rede através da qual o fuso de esferas e o sistema de rolamento linear são lubrificados durante a instalação e em intervalos de manutenção periódicos. O sistema de guia de prisma não necessita de manutenção. Além da lubrificação inerente ao polímero, existem limpadores de feltro lubrificados que reabastecem o lubrificante a cada passagem. A tecnologia de vedação é importante em muitas aplicações. Uma vedação de tira magnética consiste em uma faixa magnética de aço inoxidável que é acionada por mola para manter a tensão. As duas extremidades são fixadas às placas terminais do sistema e a faixa de cobertura ou faixa de vedação é direcionada através de uma cavidade no carro. À medida que os carros atravessam o comprimento do sistema, a tira é levantada dos ímãs para permitir a passagem do carro.

Uma tecnologia de vedação alternativa, as faixas de cobertura de plástico usam uma tira de borracha compatível que se interliga com a extrusão da base, agindo como um saco Ziploc. Os perfis macho e fêmea correspondentes criam uma vedação em labirinto que é extremamente eficaz na prevenção da entrada de partículas. Montagens de motor flexíveis simplificam a integração de sistemas lineares em montagens automatizadas. Os usuários podem simplesmente solicitar um suporte de motor NEMA padrão ou fornecer informações de montagem específicas para seu motor ou fornecer 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 combinar com as principais características do motor do cliente: tamanho do parafuso e diâmetro do círculo do parafuso no flange do motor; diâmetro piloto do motor; e diâmetro e comprimento do eixo do motor. Isso permite que os slides sejam montados facilmente, horizontalmente, verticalmente, inclinados ou invertidos, em praticamente qualquer motor, com alinhamento garantido.

Nem toda combinação de tipo de unidade e tipo de guia faz sentido. Os sete grupos de tecnologia usados ​​em aplicações práticas incluem fuso de avanço e guia de esfera, fuso de avanço e guia de deslizamento, fuso de esfera e guia de esfera, fuso de esfera e guia de deslizamento, acionamento por correia e guia de esfera, acionamento por correia e guia de deslizamento e acionamento por correia e guia de roda. Os diagramas de aranha representam 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. Ele é usado em aplicações de posicionamento de precisão com altas cargas e altos ciclos de trabalho, como o sistema linear usado para carregar e descarregar peças brutas de engrenagens em uma máquina-ferramenta. As unidades acionadas por correia e guiadas por esfera são projetadas para aplicações de alta velocidade e aceleração com cargas úteis pesadas e cargas de alto momento. Este grupo de tecnologia é adequado para aplicações que abrangem uma lacuna e são suportadas nas extremidades ou de forma intermitente. Uma aplicação típica envolve a paletização de latas. Sistemas lineares acionados por correia e guiados por deslizamento fornecem velocidade moderada e capacidade de aceleração. As guias deslizantes podem gerenciar cargas de impacto, mas são um tanto limitadas em suas velocidades lineares. Essa combinação fornece uma solução econômica e de baixo ruído que requer pouca manutenção. A adição de uma faixa de cobertura magnética torna esta solução ideal para ambientes com alto teor de partículas e requisitos de lavagem, como aplicações de tratamento por pulverização de chapa metálica. Unidades acionadas por correia e guiadas por rodas fornecem 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.

Fazer ou comprar? Ao considerar a possibilidade de fabricar ou comprar um sistema linear, é importante considerar o tempo e a experiência de engenharia necessários para projetar um sistema linear. O projeto de um sistema inclui cálculos de engenharia, como vida útil do rolamento linear e radial, vida útil do fuso de esferas, velocidade crítica do fuso de esferas, deflexão do perfil de suporte, seleção de lubrificação, projeto da tampa, etc. 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 seja esquecido. Ao comprar sistemas lineares, haverá momentos em que os produtos do catálogo padrão não atenderão aos requisitos da aplicação. Neste caso, modificações significativas em produtos padrão ou designs de folhas brancas são alternativas viáveis. Um parceiro com uma ampla gama de produtos e capacidades de engenharia pode trabalhar com você para resolver seu problema, economizando tempo e dinheiro e acelerando o ciclo de desenvolvimento.