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, em seguida, aplicar variáveis ​​críticas para fazer a seleção final do trilho linear.

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

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

Para selecionar os trilhos mais adequados para uma aplicação, primeiro analise as necessidades específicas do sistema. Em seguida, compreenda 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 rolamentos que devem ser selecionados. Por exemplo, ambientes sujos podem contaminar o conjunto e interferir no funcionamento adequado dos circuitos de recirculação de esferas. 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.

Dimensionar o sistema de guia linear

A carga estática consiste no peso do suporte, do dispositivo de fixação, da carga útil e dos rolamentos. Se 40,0 lb estiverem centralizados horizontalmente na direção longitudinal e transversal em um conjunto típico de trilho duplo e quatro carros, cada um dos blocos de rolamento estará sujeito a uma carga estática de 10,0 lb.

Os deslizadores são de dois tipos básicos: de sela e de braço oscilante. O deslizador de sela padrão, com base horizontal, utiliza uma sela ou bloco que se move entre dois blocos fixos nas extremidades. No deslizador de braço oscilante, o corpo principal e o cilindro permanecem estáticos, enquanto a placa da ferramenta se estende e se retrai. Uma segunda aplicação de braço oscilante existe para movimentar cargas verticalmente. Com um trilho e dois carros, ambos os carros de apoio podem ser carregados igualmente na direção radial. Para dimensionar o rolamento ou o carro, a carga total para o deslizador mais tensionado estaticamente é normalmente definida como o pior cenário possível.

Ao dimensionar os rolamentos, 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, incluindo cargas estáticas e dinâmicas. A carga estática compreende o peso da sela, do dispositivo de fixação, da carga útil e dos rolamentos. A carga dinâmica (ou cinética) deve considerar as cargas aplicadas à medida que interagem com a sela carregada com os rolamentos. Normalmente, essa carga impõe uma exigência de torção aos rolamentos. O CG da sela fornece um único valor de carga a uma certa distância dos centros dos rolamentos.

Esses valores dinâmicos, assim como os valores de carga estática, podem então 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 então 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 libras ou Newtons (N) para carga estática e em polegadas-libras 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 rolamentos; a massa total tem uma distância do centro de gravidade (CG) aos trilhos-guia de 1,5 polegadas (60 pol-lb/40 lb). Os rolamentos teriam que suportar uma carga de torque de 60 pol-lb, especialmente quando o selim é acelerado ou desacelerado rapidamente.

Velocidade:A velocidade é um fator crítico a ser considerado, pois as cargas aplicadas afetam o sistema de maneira diferente durante a aceleração e a desaceleração em comparação com o movimento a uma taxa constante. A velocidade é normalmente fornecida em polegadas por segundo (pol./s) ou o equivalente métrico em metros por segundo (m/s). Fatores como o tipo de perfil de movimento determinam a aceleração necessária para atingir a velocidade ou o tempo de ciclo desejado. 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 do movimento.

Ciclo de trabalho:O parâmetro de ciclo de trabalho deve considerar o movimento completo do selim durante um ciclo completo, que geralmente corresponde a duas vezes o curso mais as operações em marcha lenta, dentro de um período de tempo desejado. O curso, na aplicação em questão, é o comprimento total do movimento em uma direção ao longo de um percurso linear. Normalmente, o parâmetro de ciclo de trabalho é expresso em número de ciclos necessários por minuto.

Área de montagem:A área de montagem do trilho guia e dos mancais de apoio ajuda a determinar o comprimento total (CDT) e o espaçamento entre os trilhos do sistema de guia. Na maioria das aplicações, é melhor considerar a maior área de contato possível para os mancais operarem. A menos que se utilizem mancais lineares telescópicos, que funcionam de maneira semelhante a corrediças de gaveta simples, o CDT 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 sistema de estrutura que sustentará a guia. A área de contato do mancal é a distância da frente de um carro até a parte traseira do carro mais distante ao longo de uma guia linear. Muitos eixos perfilados precisam ser montados em superfícies totalmente 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 os parâmetros de carga, pois o carro pode se mover horizontalmente, verticalmente, ao longo de uma parede ou até mesmo em posição invertida. Para obter o melhor desempenho, distribua a carga da aplicação utilizando a parte mais resistente do sistema de rolamentos. Por exemplo, o deslizador radial com rolamento de esferas deve ser orientado para suportar a carga radialmente, e não axialmente.

Agora faça uma seleção de guia linear.

Este é um exemplo de aplicação em um ambiente padrão com leve contaminação por poeira, que exige repetibilidade média. Devido a esses dois fatores, optou-se por um sistema de rolamentos pré-carregados com pistas de aço temperado. A velocidade é alta e a vida útil prolongada pode ser alcançada sem a necessidade de atingir os níveis máximos de capacidade.

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

Cada um dos rolamentos será submetido a uma carga igual de 100 lb, pois estão montados em cada canto do suporte e o centro de gravidade da massa está centralizado longitudinalmente e horizontalmente. Cada um dos carros dos rolamentos suporta uma carga radial máxima de 500 lb, portanto, uma vida útil adequada é calculada considerando que os rolamentos estão sendo carregados dentro da faixa de 20 a 50% da capacidade total.