Para a maioria das aplicações de movimento linear, os sistemas convencionais acionados por correia ou parafuso funcionam bem. No entanto, podem surgir problemas quando são necessárias distâncias lineares maiores.

Os sistemas acionados por correia são uma escolha óbvia quando são necessários movimentos lineares longos. Esses sistemas relativamente simples utilizam polias para criar tensão ao longo da correia e podem atingir altas velocidades rapidamente. No entanto, à medida que esses sistemas atingem cursos mais longos, podem surgir problemas com a folga da correia. A tensão não pode ser mantida ao longo de todo o comprimento do sistema.

O sistema também apresenta uma folga inerente devido às próprias correias de borracha ou plástico. Essa flexibilidade ao longo do sistema pode causar vibração ou oscilação, o que gera um efeito chicote no carro. Se um processo específico não suportar essa característica, um sistema acionado por parafuso pode ser uma opção melhor. Os sistemas acionados por parafuso possuem um elemento mecânico fixo que garante o controle total do carro em todos os momentos, com parada e posicionamento precisos.

A segurança é outra vantagem dos sistemas acionados por parafuso. Os sistemas acionados por correia são menos seguros devido à possibilidade de ruptura da correia. Tal falha seria incontrolável e, em aplicações verticais, a carga poderia cair e danificar máquinas ou até mesmo ferir pessoas. Um sistema acionado por parafuso não apresenta esse problema. Mesmo em caso de falha, um sistema acionado por parafuso impediria a queda da carga e garantiria a segurança.

Historicamente, o problema com os sistemas acionados por parafuso tem sido a dificuldade em alcançar comprimentos de curso maiores. Os sistemas acionados por parafuso podem ser fornecidos com comprimentos de até 6 metros, utilizando pares de blocos de apoio para suportar o parafuso e evitar qualquer efeito de vibração em altas velocidades de rotação. Mesmo em velocidades mais baixas, parafusos mais longos precisam de suporte para evitar a flexão causada pelo próprio peso. Esse sistema de suporte com blocos de apoio consiste tradicionalmente em pares de blocos conectados por uma haste ou fio. Os pares se movem juntos ao longo do sistema de movimento linear.

Quando um sistema requer um curso mais longo, podem ser adicionados mais pares de blocos de apoio para suportar o parafuso em intervalos regulares ao longo do seu comprimento. Ter até três ou mesmo quatro pares trabalhando juntos pode ser prático, mas conectar as hastes ou fios entre os blocos torna-se difícil a partir desse número.

Golpes mais longos

O primeiro desafio para alcançar um curso mais longo é criar um sistema que ofereça mais pontos de apoio para o fuso mais comprido. Uma solução é eliminar o sistema de blocos interligados e, em vez disso, utilizar um sistema em que os blocos possam se encaixar uns nos outros e se separar quando necessário. Uma vez que os blocos atingem a posição definida, eles permanecem lá para guiar e suportar o fuso. Em tal sistema, é possível obter 10, 12 ou até mesmo 13 pontos de apoio com pares de blocos de apoio. Esse sistema de suporte para o fuso de esferas ou fuso trapezoidal permite longos percursos sem flexão ou vibração excessiva.

Para ultrapassar os 6 metros de comprimento, o próximo desafio é criar um parafuso mais longo. No entanto, devido às limitações da matéria-prima disponível, os parafusos normalmente são produzidos apenas com até 6 metros de comprimento. Então, como alcançar um comprimento de curso superior a 10 metros? A resposta está em unir dois parafusos e empregar técnicas de fabricação precisas.

Os fusos trapezoidais e os fusos de esferas são fabricados em uma linha de laminação, e cada peça pode ser produzida com uma pequena variação no passo da hélice. Portanto, para unir duas peças, é necessário compensar essas diferenças no passo da hélice. Para que dois fusos sejam unidos com sucesso, é preciso utilizar fusos de esferas de altíssima precisão com a menor variação possível. Os fusos de esferas devem ser usinados com precisão, garantindo que o calor não penetre na peça e altere o diâmetro ou a geometria do passo. Mesmo uma variação tão pequena quanto 0,01 ou 0,001 milímetro pode causar problemas para o sistema final.

Após a usinagem, os parafusos são unidos por meio de um macho e furo, com mínima variação entre as duas roscas. Finalmente, são fixados com adesivo de alta resistência. (Soldar os parafusos alteraria a geometria e criaria problemas.)

Sistemas acionados por parafuso com blocos de suporte retráteis e parafusos fabricados com precisão podem ter comprimentos de 10,8 metros ou mais. Um sistema com um curso de 2 a 3 metros teria uma velocidade máxima de cerca de 4.000 rpm. Normalmente, em um sistema mais longo, a velocidade de rotação teria que ser consideravelmente reduzida para evitar vibrações. Mas, com suportes adicionais, um sistema acionado por parafuso de até 10 metros de comprimento pode operar a 4.000 rpm.

Aplicações de grande comprimento

Sistemas acionados por parafuso com longos cursos são utilizados em uma ampla gama de indústrias para proporcionar posicionamento linear preciso. Um bom exemplo é um sistema automatizado de soldagem para tubos metálicos. O posicionamento preciso de um bocal de soldagem em longos percursos é essencial. Em aplicações onde materiais de alta qualidade são soldados, como o titânio, a operação é realizada a vácuo para evitar a oxidação do metal.

Muitas aplicações na indústria automotiva exigem longos percursos. Por exemplo, robôs de seis eixos são frequentemente montados em atuadores lineares de longo curso para operações de soldagem ou alimentação de máquinas. Embora a velocidade possa não ser um fator crítico para o transporte de braços robóticos, são necessários grande comprimento e posicionamento de alta precisão.

A fabricação de cabos ópticos é uma operação contínua e de alta velocidade que não pode ser interrompida sem comprometer a qualidade das fibras produzidas. Os cabos são enrolados em grandes bobinas. Quando uma bobina está cheia, ela deve ser substituída rapidamente para minimizar a perda de produto. Precisão e velocidade são vitais para a eficiência do processo. Sistemas de enrolamento com acionamento por parafuso podem oferecer ambas as características nessa aplicação, além da capacidade de suportar a carga pesada das bobinas.

Qualquer aplicação que exija a movimentação de equipamentos pesados ​​no plano vertical se beneficia da rigidez e da funcionalidade à prova de falhas de um parafuso linear. Na indústria aeronáutica, por exemplo, câmeras de alta precisão são movimentadas para cima e para baixo. Os parafusos suportam o peso elevado com segurança e precisão. Nessas aplicações, são utilizados sistemas especiais de guias de esferas com esferas de grande diâmetro para absorver o momento da carga dinâmica.

Melhorias em sistemas existentes

Em muitas aplicações de movimento linear de grande comprimento, o fuso de esferas permanece completamente aberto. Existem dois problemas comuns com esses sistemas: ou o sistema não consegue operar na velocidade desejada, ou a manutenção é difícil, visto que o fuso aberto atrai poeira e detritos, exigindo limpeza regular para evitar falhas prematuras da porca de esferas.

Em tais aplicações, o suporte adicional fornecido pela configuração de blocos de rolamentos empilhados permite que o parafuso opere em velocidades muito maiores. Problemas de limpeza e confiabilidade podem ser resolvidos com o uso de um sistema fechado e selado que protege o parafuso e oferece reduções significativas nas necessidades de manutenção. O parafuso encapsulado fica protegido contra a entrada de poeira e detritos e, sem a necessidade de limpeza regular, pode manter desempenho e confiabilidade ideais.

Em um sistema como esse, o carro pode ser equipado com canais perfurados e conectado a um bico de lubrificação. Isso permite a lubrificação a partir de um único ponto, sem a necessidade de abrir a carcaça. Como a unidade nunca precisa ser aberta, quantidades limitadas de poeira ou água podem penetrar no sistema. Ele fica protegido mesmo nos ambientes mais sujos.