O desafio para os sistemas de automação mecânica no passado era 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 correias transportadoras representou uma das primeiras implementações úteis da conversão de movimento rotativo para movimento linear para uso em ambientes de produção. Esses sistemas são capazes de transportar uma ampla variedade de matérias-primas e peças de uma maneira muito mais eficiente do que seria possível anteriormente com o uso de forças mecânicas brutas e são extremamente úteis em ambientes de produção.

Atualmente, um significativo trabalho de engenharia na área de conversão de movimento rotativo resultou em uma classe diversificada de atuadores mecânicos lineares, úteis para uma ampla gama de aplicações avançadas de automação. O desafio é selecionar um atuador apropriado para a funcionalidade desejada, seja ela simplesmente a movimentação de matéria-prima em um ambiente de manufatura ou a construção de sistemas de movimento mais avançados, projetados para mover ferramentas em posições precisas.

Para selecionar o atuador mecânico linear adequado, algumas considerações importantes, como a capacidade de carga desejada, ou força de empuxo, e a distância de curso necessária, devem ser levadas em consideração. Embora essas sejam considerações primárias, outras, como a carga de manutenção, certamente 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 pontos fortes e limitações importantes que devem ser cuidadosamente considerados na seleção de um atuador.

Atuadores acionados por correia

O atuador acionado por correia opera segundo os mesmos princípios do sistema de correia transportadora. O acionamento por correia converte o movimento rotativo em movimento linear por meio de uma correia dentada conectada entre duas polias circulares. A correia dentada geralmente é feita de um elastômero reforçado com fibra, mas muitos outros materiais de correia estão disponíveis para aplicações mais exigentes. A correia contém dentes que interagem com as polias do rotor para transferir torque com eficiência e evitar deslizamentos. O acionamento por correia é encapsulado em um corpo de alumínio, enquanto o carro se desloca sobre ele, e a interface do eixo de transmissão normalmente 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 ao sistema acionado por fuso de esferas. Em atuadores acionados por fuso de esferas, a rotação do fuso de esferas aciona a porca esférica/carro montado devido ao fato de que a interface entre o pino e o fuso de esferas é essencialmente um sistema de rolamento de esferas, onde esferas de aço temperado 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 em um corpo de alumínio, enquanto o carro se move na parte superior. 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

Atuadores acionados por correia são geralmente preferidos para aplicações que exigem longas distâncias de deslocamento, 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 torna a manutenção menos trabalhosa. Apesar disso, a tensão adequada da correia é fundamental para garantir a transferência adequada de torque, sendo geralmente necessário retensioná-la em períodos de manutenção periódica.

Alternativamente, a unidade de fuso de esferas assemelha-se bastante a um sistema de rolamento de esferas e, portanto, é capaz de suportar cargas maiores e atingir uma força de empuxo maior. Por esse motivo, atuadores acionados por fuso de esferas são ideais em aplicações onde o posicionamento de cargas grandes e pesadas pode ser necessário com alto nível de precisão. 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 no atuador acionado por correia, apesar de sua simplicidade e eficiência. Correias significativamente mais espessas são necessárias para maiores demandas de carga/empuxo. 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 em detrimento da elasticidade. Além disso, devido à vulnerabilidade da correia ao alongamento, a precisão de posicionamento dos atuadores de fuso de esferas tende a ser superior à dos atuadores acionados por correia. Por isso, os atuadores acionados por fuso de esferas são preferidos para aplicações que exigem altos graus de confiabilidade e repetibilidade por longos períodos de tempo. Os atuadores acionados por fuso de esferas são a escolha preferida para altas demandas de aceleração e alto empuxo, pois a polia de transmissão por correia é vulnerável a escorregar no rotor sob tais demandas repetidas.

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