A melhor abordagem para especificar e dimensionar trilhos lineares é definir primeiro os parâmetros mais críticos da aplicação; restringir as opções com base nesses requisitos; e então aplicar variáveis ​​críticas para fazer a seleção final do trilho linear.

Primeiro o básico:Trilhos-guia lineares, guias e corrediças são sistemas mecânicos compostos por trilhos e mancais que suportam e movimentam cargas físicas ao longo de uma trajetória linear com baixo coeficiente de atrito. Geralmente, são classificados como elementos rolantes ou buchas planas. Como diversos formatos e tamanhos estão disponíveis, de diversos fabricantes, projetados para atender a necessidades específicas de engenharia, sua aplicação específica determina a lista de parâmetros críticos que você deve considerar, bem como sua ordem de importância.

Os tipos mais comuns de guias e rolamentos incluem trilhos perfilados (quadrados) com blocos de esferas recirculantes, guias para rolamentos de rolos e trilhos redondos com buchas de esferas recirculantes ou buchas planas. Trilhos perfilados são adequados para aplicações que exigem rigidez e precisão excepcionais, como em cabeçotes de máquinas-ferramenta e movimentos de precisão de placas de circuito. Os sistemas de rolamentos de rolos destinam-se a uma gama mais ampla de aplicações, como elevação e transferência de peças ou aplicações de coleta e colocação.

Para selecionar qual trilho é mais adequado para uma aplicação, primeiro analise as necessidades específicas do sistema. Em seguida, entenda os requisitos do cliente ou as diretrizes do programa, que incluem o número de eixos, a repetibilidade, a tolerância e a precisão necessárias para atingir o resultado final. Por fim, considere a contaminação ambiental, como poeira, água, fibras e outras substâncias.

Para qualquer sistema, o ambiente operacional determina o tipo de rolamento a ser selecionado. Por exemplo, ambientes sujos podem contaminar o conjunto e interferir no funcionamento adequado das trajetórias de esferas recirculantes. A contaminação é mais controlável em sistemas de rolos, pois os elementos rolantes são geralmente maiores. Rolamentos planos são adequados para aplicações onde a lubrificação por contato superficial não é recomendada ou não pode ser exposta ao ambiente, como em certos laboratórios de pesquisa ou instalações de fabricação de chips de silício.

Após selecionar um sistema, reúna os parâmetros para dimensioná-lo corretamente. Para cada movimento em um sistema de guia linear, considere os seguintes parâmetros: curso, carga, velocidade, ciclo de trabalho, área de montagem e orientação de montagem.

Dimensione o sistema de guia linear

A carga estática consiste no peso da sela, do suporte de encaixe, da carga útil e dos mancais. Se 18 kg (40,0 lb) forem centralizados horizontalmente para frente/trás e da esquerda para a direita em um conjunto típico de trilho duplo e quatro carros, cada um dos blocos de mancais seria carregado estaticamente com 4,5 kg (10,0 lb).

Os slides são encontrados em dois tipos básicos: de sela e cantilever. O slide de sela padrão, com base horizontal, utiliza uma sela ou bloco que se move entre dois blocos de extremidade fixos. Com o slide cantilever, o corpo principal e o cilindro permanecem estáticos, enquanto a placa de ferramentas se estende e retrai. Uma segunda aplicação em cantilever existe para a movimentação vertical de cargas. Com um trilho e dois carros, ambos os carros de rolamento podem ser carregados igualmente na direção radial. Para o dimensionamento do rolamento ou do carro, a carga total para o slider com maior estresse estático é normalmente definida como o pior cenário.

Ao dimensionar os mancais, organize o parâmetro de carga e sua distância ao centro de gravidade (CG) ou centro de massa. Carga refere-se ao peso ou força aplicada ao sistema, que inclui tanto a carga estática quanto a dinâmica. A carga estática compreende o peso da sela, do dispositivo de encaixe, da carga útil e dos mancais. A carga dinâmica (ou cinética) deve levar em conta as cargas aplicadas conforme elas interagem com a sela carregada pelo mancal. Normalmente, essa carga imporia uma exigência de torção aos mancais. O CG da sela fornece um único valor de carga a alguma distância dos centros dos mancais.

Esses valores dinâmicos, bem como os valores de carga estática, podem ser organizados como radial (Corad), axial (Coax), torque em torno do eixo "X" (Mx), torque em torno do eixo "Y" (My) e torque em torno do eixo "Z" (Mz). As variáveis ​​podem ser usadas em praticamente qualquer aplicação de dimensionamento de rolamentos para selecionar o tamanho apropriado do carro. Os valores de carga são normalmente apresentados em lb ou Newtons (N) estaticamente e em pol.-lb ou Newton-metros (Nm) para carga dinâmica.

O centro das cargas individuais está a uma distância relativa do centro do sistema de guias ou dos centros dos mancais; a massa total tem uma distância CG aos trilhos-guia de 1,5 pol. (60 pol.-lb/40 lb). Os mancais teriam que suportar uma carga de torque de 60 pol.-lb, especialmente quando o assento é acelerado ou desacelerado rapidamente.

Velocidade:A velocidade é crucial a ser considerada, pois as cargas aplicadas afetam o sistema de forma diferente durante a aceleração e a desaceleração em comparação ao movimento a uma taxa constante. A velocidade é normalmente fornecida em polegadas/s ou o equivalente métrico em m/s. Fatores como o tipo de perfil de movimento determinam a aceleração necessária para atingir a velocidade ou o tempo de ciclo desejados. A carga acelera rapidamente em um perfil de movimento trapezoidal e, em seguida, move-se a uma velocidade constante antes de desacelerar. Um perfil de movimento triangular, por outro lado, acelera e desacelera rapidamente. Além disso, ao calcular a velocidade da aplicação, considere a taxa máxima de movimento, bem como a aceleração e a desaceleração necessárias para atingir o tempo total de um movimento.

Ciclo de trabalho:O parâmetro do ciclo de trabalho deve considerar o movimento total do selim em um ciclo completo, que geralmente corresponde a duas vezes o curso mais as operações em marcha lenta em um período de tempo desejado. O curso da aplicação é a duração do movimento geral completo em uma direção ao longo de um caminho linear. Normalmente, o parâmetro do ciclo de trabalho é organizado como o número de ciclos necessários por minuto.

Área de montagem:A área de montagem do trilho-guia e dos mancais de sela ajuda a determinar o comprimento total (OAL) e a distância entre os trilhos do sistema de guia. Na maioria das aplicações, é melhor considerar a maior área de contato possível para a operação dos mancais. A menos que você utilize mancais lineares telescópicos, que agem de maneira semelhante a corrediças de gaveta simples, o OAL do trilho-guia deve incluir o curso do movimento linear, bem como a área de contato do mancal.

A área de montagem também precisa levar em consideração o substrato ou o sistema de estrutura para fixação da guia. A área de contato do rolamento é a distância da frente de um carro até a traseira do carro mais distante ao longo de uma guia linear. Muitos eixos perfilados precisam ser montados em superfícies completamente usinadas e retificadas para atender adequadamente aos requisitos de precisão do programa. Outros projetos podem ser aplicados diretamente em estruturas de alumínio ou tubulares sem perda de capacidade ou rigidez.

Orientação:A orientação de montagem das guias é crucial para definir o parâmetro de carga, pois a sela pode se mover horizontalmente, verticalmente, ao longo de uma montagem em parede ou até mesmo em posição invertida. Para melhor desempenho, gerencie a carga da aplicação com a parte mais resistente do sistema de rolamentos. Por exemplo, o cursor radial do rolamento de esferas deve ser orientado para suportar a carga radialmente, não axialmente.

Agora faça uma seleção de guia linear

Este é um exemplo de aplicação que envolve um ambiente padrão com leve contaminação por poeira, que requer repetibilidade média. Devido a esses dois fatores, foi selecionado um sistema de rolamentos de rolos pré-carregados, operando em pistas de aço temperado. A velocidade é rápida e uma vida útil mais longa pode ser alcançada sem a necessidade de atingir os níveis máximos de capacidade.

Geralmente, para uma guia de 1 pol., os mancais planos não devem exceder 20 pol./s, os sistemas de esferas recirculantes 80 pol. e os rolos cerca de 200 pol./s. Para atingir o curso completo de 118 pol. em 3 s, aceleraremos e desaceleraremos 6 pol. em 0,5 s cada. Isso permitiria 106 pol. de curso e 2 s para atingir o tempo alvo. Cada uma das guias deve ter pelo menos 162 pol. de comprimento, porque o curso é de 118 pol. e o comprimento da sela é de 44 pol. na dimensão que corre ao longo da guia. Às vezes, é útil deixar uma ou duas polegadas extras em cada extremidade do curso para interruptores de limite, amortecedores ou sensores.

Cada um dos mancais será igualmente carregado com 45 kg (100 lb), pois os mancais são montados em cada canto da sela, e o centro de gravidade da massa é centralizado para frente e para trás e da esquerda para a direita. Cada um dos carros de mancais pode suportar 227 kg (500 lb) de carga radial máxima, portanto, uma vida útil adequada é calculada aqui, pois os mancais são carregados dentro da faixa de 20 a 50% da capacidade total.