O desafio para os sistemas de automação mecânica no passado tem sido a conversão bem-sucedida do movimento rotacional de motores elétricos ou mecânicos em formas úteis de movimento linear. Um avanço nesse sentido, o sistema de esteira transportadora representou uma das primeiras implementações úteis de conversão de movimento rotativo em linear para uso em um ambiente de produção. Esses sistemas são capazes de transportar uma ampla variedade de matérias-primas e peças de trabalho de maneira muito mais eficiente do que era possível anteriormente com o uso de força mecânica bruta, sendo extremamente úteis em ambientes de produção.

Atualmente, importantes avanços na área de engenharia de conversão de movimento rotativo resultaram em uma classe diversificada de atuadores mecânicos lineares, úteis para uma ampla gama de aplicações avançadas de automação. O desafio reside na seleção do atuador mais adequado à funcionalidade desejada, seja ela a simples movimentação de matéria-prima em um ambiente de manufatura ou a construção de sistemas de movimento mais complexos, projetados para posicionar ferramentas com precisão.

Para selecionar o atuador mecânico linear adequado, é preciso levar em consideração alguns fatores importantes, como a capacidade de carga desejada, ou força de empuxo, e a distância de curso necessária. Embora esses sejam fatores primordiais, outros, como a necessidade de manutenção, certamente também desempenham um papel importante.

Dois tipos amplamente utilizados de atuadores lineares mecanizados se diferenciam por seus mecanismos de acionamento: atuadores acionados por correia e atuadores acionados por fuso de esferas. Ambos os tipos são empregados em aplicações semelhantes, mas diferem significativamente em sua função. Cada tipo possui vantagens e limitações importantes que devem ser cuidadosamente consideradas na seleção de um atuador.

Atuadores acionados por correia

O atuador acionado por correia opera segundo os mesmos princípios do sistema de correia transportadora. A transmissão por correia converte o movimento rotativo em movimento linear através de uma correia dentada conectada entre duas polias circulares. A correia dentada é geralmente feita de elastômero reforçado com fibra, mas muitos outros materiais estão disponíveis para aplicações mais exigentes. A correia possui dentes que interagem com as polias do rotor para transferir o torque de forma eficiente e evitar deslizamentos. O atuador é alojado em um corpo de alumínio, enquanto o carro se desloca sobre ele, e a interface do eixo de transmissão geralmente fica perpendicular à lateral do atuador.

Atuadores acionados por fuso de esferas

O princípio fundamental por trás do atuador acionado por fuso de esferas é essencialmente uma melhoria em relação a um sistema acionado por fuso trapezoidal. Nos atuadores acionados por fuso de esferas, a rotação do fuso aciona a porca de esferas/carro montado nela, devido ao fato de a interface entre o pino e o fuso ser essencialmente um sistema de rolamentos de esferas, onde esferas de aço endurecido na porca rolam ao longo da pista do pino. Semelhante ao atuador acionado por correia, os componentes de acionamento do atuador acionado por fuso de esferas são encapsulados dentro de um corpo de alumínio, enquanto o carro se move sobre ele. Ao contrário dos atuadores acionados por correia, a interface do eixo de transmissão está localizada alinhada com o fuso de esferas, na extremidade do atuador.

Pontos fortes e limitações de cada um

Os atuadores acionados por correia são geralmente preferidos para aplicações que exigem longos percursos, o que pode ser alcançado de forma mais econômica do que com um atuador acionado por fuso de esferas de comprimento semelhante. Além disso, o atuador acionado por correia é geralmente mais eficiente, possuindo menos peças móveis críticas, o que reduz a necessidade de manutenção trabalhosa. Apesar disso, a tensão adequada da correia é crucial para garantir a transferência correta do torque, sendo geralmente necessário reajustá-la durante as manutenções periódicas.

Alternativamente, o fuso de esferas assemelha-se bastante a um sistema de rolamentos de esferas e, portanto, é capaz de suportar cargas maiores e atingir uma força de empuxo superior. Por esse motivo, os atuadores acionados por fuso de esferas são ideais em aplicações onde o posicionamento de cargas grandes e pesadas com alta precisão é necessário. A lubrificação periódica do fuso de esferas pode ser necessária, dependendo do projeto específico do atuador.

Uma comparação mais aprofundada entre os dois tipos de atuadores revela desvantagens adicionais para o atuador acionado por correia, apesar de sua simplicidade e eficiência. Correias significativamente mais espessas são necessárias para demandas de carga/empuxo mais elevadas. As correias também são suscetíveis a cargas de choque, embora essa preocupação possa ser mitigada até certo ponto pela seleção cuidadosa dos materiais da correia, que podem adicionar resistência à custa da elasticidade. Além disso, devido à vulnerabilidade da correia ao alongamento, a precisão de posicionamento dos atuadores com fuso de esferas tende a ser superior à dos atuadores acionados por correia. Por isso, os atuadores com fuso de esferas são preferidos para aplicações que exigem altos graus de confiabilidade e repetibilidade por longos períodos. Os atuadores com fuso de esferas são a escolha preferencial para demandas de alta aceleração e alto empuxo, visto que a polia de acionamento por correia é vulnerável ao deslizamento no rotor sob tais demandas repetidas.

Em conclusão, os atuadores acionados por fuso de esferas são a melhor escolha em aplicações que exigem alta carga e/ou força de empuxo, além de posicionamento de alta precisão. No entanto, devido à sua alta eficiência e simplicidade, os atuadores acionados por correia continuam sendo a melhor opção para aplicações com cargas menores, especialmente onde são necessárias velocidades mais altas. Os atuadores acionados por correia também podem ser uma solução econômica para aplicações com curso longo. Embora a tarefa de selecionar entre atuadores mecânicos acionados por correia e por fuso de esferas possa parecer complexa, à primeira vista, os pontos fortes e fracos de cada projeto oferecem opções claras para cada aplicação específica.