Este artigo explicará os princípios básicos do projeto de um sistema linear, incluindo o sistema de suporte estrutural, a tecnologia de guia, a tecnologia de acionamento e os sistemas de vedação, lubrificação e acessórios. Primeiramente, serão discutidas as vantagens e desvantagens das diferentes tecnologias, como 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 um sistema linear personalizado em comparação com a configuração de um sistema a partir de componentes padrão. Por fim, o artigo descreverá um processo passo a passo online para dimensionar e selecionar um sistema linear com base em componentes padrão econômicos.

Os componentes básicos 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 tipicamente 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. Extrusões de base para aplicações de transporte com 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 suportado apenas nas extremidades.

Os principais tipos de guias são as guias de esferas, as guias de rodas e as guias deslizantes ou prismáticas. As guias de esferas suportam cargas úteis elevadas, de até 38.000 Newtons (N), e momentos de força elevados, de até 27,60 Newton-metros (Nm). Outras vantagens das guias de esferas incluem baixo atrito e alta rigidez. Elas estão disponíveis em configurações de trilho simples ou duplo. As desvantagens das guias de esferas incluem o custo relativamente alto e os níveis de ruído elevados. Uma vantagem fundamental das guias de rodas é a 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 uma resistência relativamente baixa a impactos. As guias deslizantes utilizam buchas de polímero em formato de prisma que se movem diretamente sobre a superfície do perfil para proporcionar uma operação muito silenciosa e suportar altos impactos. Uma vantagem fundamental das guias deslizantes é a sua capacidade de operar em ambientes contaminados. As guias deslizantes têm capacidade de velocidade e carga inferior às guias de esferas ou de rodas.

As tecnologias de acionamento mais populares são os acionamentos por fuso de esferas, os acionamentos por fuso trapezoidal e os acionamentos por correia. O acionamento por fuso de esferas consiste em um fuso de esferas e uma porca de esferas com rolamentos de esferas recirculantes. 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 seja submetida a uma carga relativamente baixa. O resultado é uma alta precisão absoluta de 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 posição real. Os acionamentos por fuso de esferas normalmente oferecem uma eficiência mecânica de 90%, portanto, seu custo mais elevado é frequentemente compensado pela redução da necessidade de energia. A velocidade crítica de um fuso de esferas é determinada pelo diâmetro da raiz do fuso, pelo comprimento sem suporte e pela configuração do suporte final. Os suportes para 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 trapezoidal não conseguem igualar a precisão de posicionamento absoluta dos acionamentos por fuso de esferas, mas oferecem excelente repetibilidade de 0,005 mm. A repetibilidade é definida como a capacidade de um sistema de posicionamento retornar a uma posição durante a operação, aproximando-se na mesma direção, com a mesma velocidade e taxa de desaceleração. Os acionamentos por fuso de esferas são utilizados em aplicações de posicionamento com ciclos de trabalho baixos a médios e operam com baixos níveis de ruído. Os acionamentos por correia são utilizados 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 pontos de lubrificação simplifica a manutenção preventiva. Uma abordagem eficaz é o uso de bicos de lubrificação (Zerk) no carro, que alimentam uma rede através da qual tanto o fuso de esferas quanto o sistema de rolamentos lineares são lubrificados durante a instalação e em intervalos periódicos de manutenção. O sistema de guia prismática não requer manutenção. Além da lubricidade inerente do polímero, existem raspadores de feltro lubrificados que repõem o lubrificante a cada curso. A tecnologia de vedação é importante em muitas aplicações. Uma vedação de fita magnética consiste em uma fita magnética de aço inoxidável com 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 inserida através de uma cavidade no carro. À medida que os carros percorrem 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 plásticas utilizam uma tira de borracha flexível que se encaixa na extrusão da base, funcionando de forma semelhante a um saco Ziploc. Os perfis de encaixe macho-fêmea criam uma vedação labiríntica extremamente eficaz na prevenção da entrada de partículas. Os suportes de motor flexíveis simplificam a integração de sistemas lineares em conjuntos automatizados. Os usuários podem simplesmente solicitar um suporte de motor NEMA padrão ou fornecer informações de montagem específicas para seu motor, ou ainda 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 e diâmetro do círculo dos parafusos no flange do motor; diâmetro do piloto do motor; e diâmetro e comprimento do eixo do motor. Isso permite que os suportes deslizantes sejam montados facilmente, horizontalmente, verticalmente, inclinados ou invertidos, em praticamente qualquer motor, com alinhamento garantido.

Nem todas as combinações de acionamento e guia fazem sentido. Os sete grupos de tecnologia usados ​​em aplicações práticas incluem acionamento por fuso de esferas e guia de esferas, acionamento por fuso de esferas e guia deslizante, acionamento por fuso de esferas e guia de esferas, acionamento por fuso de esferas e guia deslizante, acionamento por correia e guia de esferas, acionamento por correia e guia deslizante e acionamento por correia e guia de roda. Os diagramas de aranha ilustram 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 suportar altas forças e momentos. É usada em aplicações de posicionamento de precisão com altas cargas e altos ciclos de trabalho, como o sistema linear usado para carregar e descarregar engrenagens em uma máquina-ferramenta. As unidades acionadas por correia e guias de esferas são projetadas para aplicações de alta velocidade e aceleração com cargas pesadas e altos momentos de carga. Este grupo de tecnologia é adequado para aplicações que abrangem um vão e são suportadas nas extremidades ou intermitentemente. Uma aplicação típica envolve a paletização de latas. Os sistemas lineares acionados por correia e guias deslizantes oferecem capacidade moderada de velocidade e aceleração. As guias deslizantes podem suportar cargas de impacto, mas são um tanto limitadas em suas velocidades lineares. Essa combinação oferece uma solução econômica, silenciosa e que requer pouca manutenção. A adição de uma faixa de cobertura magnética torna essa solução ideal para ambientes com alto teor de partículas e que exigem lavagem frequente, como em aplicações de tratamento por aspersão de chapas metálicas. Unidades acionadas por correia e guiadas por rodas proporcionam alta velocidade linear e capacidade de aceleração, além de custo moderado, baixo ruído e requisitos de manutenção relativamente baixos. Uma aplicação típica é em máquinas de embalagem e envase.

Fabricar ou comprar? Ao considerar a fabricação ou a compra de um sistema linear, é importante analisar o tempo e a expertise em engenharia necessários para o projeto. O projeto de 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 cobertura, etc. A abordagem de superdimensionar o sistema linear para reduzir o tempo de projeto tem a desvantagem de aumentar o custo e o volume, além de ainda exigir engenharia básica para garantir que nenhum aspecto fundamental tenha sido negligenciado. Ao comprar sistemas lineares, haverá momentos em que os produtos padrão de catálogo não atenderão aos requisitos da aplicação. Nesse caso, modificações significativas em produtos padrão ou projetos totalmente novos 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.