Quando se trata de atuadores lineares, os dispositivos eletromecânicos estão se tornando a opção preferida em relação aos seus primos pneumáticos devido à sua velocidade, precisão e tamanho.

Nos últimos anos, as exigências de gerentes de fábricas e empresas para o uso de mais atuadores elétricos tipo haste e menos atuadores pneumáticos em equipamentos de automação industrial têm se intensificado. Diversos fatores estão impulsionando essa conversão, mas os mais significativos incluem a crescente necessidade de:

• Melhore o desempenho da máquina com atuadores eletromecânicos capazes de maior precisão.
• Reduza o tamanho do equipamento com atuadores eletromecânicos que requerem apenas cerca de um quarto do espaço para fornecer o mesmo impulso que os atuadores pneumáticos.
• Utilize energia de forma mais eficiente, porque atuadores eletromecânicos não precisam de compressores de ar funcionando 24 horas por dia, 7 dias por semana, mantendo a pressão.
• Reduza a manutenção e o custo total de propriedade, porque os atuadores eletromecânicos usam menos componentes, não requerem compressores e não sofrem vazamentos de ar.

Uma vez tomada a decisão de substituir atuadores pneumáticos por atuadores eletromecânicos, o próximo passo é selecionar os atuadores eletromecânicos corretos entre as diversas marcas. Embora as especificações básicas de empuxo possam ser semelhantes, existem diferenças significativas nas áreas de desempenho do ciclo de vida, manutenibilidade e resistência ambiental.

Em termos gerais, quanto maior o diâmetro do fuso de esferas, maior o potencial de empuxo. No entanto, para atingir esse objetivo, é necessário o acoplamento adequado do mancal de encosto e de todos os pontos de fixação, incluindo o tubo de extensão, a porca de esferas interna, a carcaça do mancal e a carcaça do limpador. Caso contrário, qualquer aumento no empuxo prejudicaria a vida útil do sistema. Um componente muito fraco para suportar sua carga se desgastará muito mais rapidamente ou até mesmo será danificado.

Você poderia ter dois atuadores, cada um equipado com um fuso de esferas de 16 mm e fornecendo 750 N de empuxo, e um, por exemplo, pode ter uma vida útil de 2.000 km, enquanto o outro fornece 8.000 km de curso. A diferença está na qualidade do acoplamento do fuso de esferas e dos outros componentes.

Além disso, devido aos diâmetros maiores dos fusos de esferas, que se correlacionam com o custo e a área ocupada, o acoplamento adequado do fuso de esferas com outros componentes reduz ambos. Para atender a uma exigência de aplicação de 3.200 N de força, um fornecedor pode usar um fuso de esferas com 20 mm de diâmetro, enquanto outro fornecedor, com componentes acoplados corretamente, pode obter o mesmo empuxo com um fuso de 12 mm de diâmetro. Assim, o último fuso de esferas pode ser reduzido sem comprometer o desempenho.

O acoplamento adequado dos fusos de esferas com outros componentes afeta significativamente a vida útil do atuador e, quando combinados com o projeto do suporte, os dois fatores têm o maior impacto na precisão e na capacidade de carga. Outro objetivo do projeto do atuador é reduzir a folga radial e lateral. Os fatores que afetam isso são o diâmetro do corpo do suporte, a área da superfície de contato e o uso de pernas de apoio. Um corpo de suporte maior, por exemplo, suporta cargas radiais externas maiores, maximizando a área da superfície de contato em situações de carga lateral. A capacidade de carregar lateralmente atuadores elétricos eleva o desempenho, a precisão e a compactação a um nível não atingível com atuadores pneumáticos ou hidráulicos.

Embora maximizar as áreas de superfície melhore a capacidade de carga radial e lateral, isso não necessariamente contribui para a estabilidade. Isso geralmente é resolvido travando pernas elevadas em canais ranhurados (três na imagem acima). Essas pernas de apoio reduzem as vibrações, que podem adicionar ruído e contribuir para o desgaste. A maioria dos projetos utiliza uma ou duas dessas ranhuras, eliminando assim alguma folga, mas isso pode gerar ruídos de clique à medida que o sistema começa a se desgastar com o tempo. O uso de quatro pernas em vez de duas, no entanto, reduz o desgaste e o ruído, proporcionando uma proteção antirrotacional mais eficaz e durável. Além disso, as pernas adicionais garantem um movimento de retorno sem aderência, reduzindo ainda mais a folga devido ao desgaste.

Além disso, a curvatura externa dessas pernas do suporte cria uma pré-carga radial, o que reduz a folga no tubo de impulso. Isso também centraliza o corpo do suporte e a porca esférica, eliminando a necessidade de calçar o suporte na extrusão e compensando o desgaste ao longo da vida útil do dispositivo. Manter tudo alinhado reduz a necessidade de calibrar o atuador para um torque de marcha lenta consistente.

Tolerâncias rigorosas são essenciais para reduzir o desgaste e o ruído. Mas, se não houver entreferro, a pressão aumenta quando os atuadores operam em altas velocidades. Isso causa superaquecimento, contribuindo para problemas de lubrificação e outros problemas de durabilidade. Para resolver isso, faça duas das características da chave macho nas pernas do suporte mais baixas do que as duas restantes — essa é a abordagem que a Thomson adota com muitos de seus atuadores. Isso fornece folga suficiente para evitar o acúmulo de pressão. Como visto na imagem acima, duas das características da chave macho situadas ortogonalmente nas pernas do suporte são mais baixas do que as duas restantes.

Manutenibilidade

A facilidade de manutenção afeta o desempenho do ciclo de vida e contribui para os benefícios de produtividade. Os atuadores eletromecânicos diferem em sua lubrificação e manuseio do motor. A maioria dos atuadores se retrai para expor parcialmente as peças em 60% a 70% para lubrificação. Os técnicos removem as tampas, localizam as peças que precisam de lubrificação, adicionam graxa e podem precisar repetir esse processo.

Uma abordagem melhor, no entanto, é estender ou retrair o tubo completamente, revelando todos os componentes para máxima exposição. Isso permite que as empresas utilizem lubrificação automatizada. Além disso, o uso de um bico de lubrificação eliminaria a necessidade de remover a tampa, simplificando ainda mais a manutenção.

A manutenção também pode ser acelerada eliminando o tempo necessário para acoplar o motor ao atuador mecânico. Tradicionalmente, a montagem do motor em configuração paralela leva de 20 a 25 minutos. Após a montagem do motor, um técnico precisa usar diversas ferramentas para ajustá-lo e garantir a tensão e o alinhamento adequados da correia. Isso requer pelo menos 12 etapas.

No entanto, se o atuador vier com uma solução paralela pré-montada, a correia pode ser pré-tensionada durante a montagem, eliminando a necessidade de ajustes de tensão em várias etapas — o motor pode ser parafusado e utilizável em apenas três etapas. Para montagem em linha, os benefícios de uma solução pré-montada são semelhantes, embora não tão drásticos.

Além disso, o uso de rolamentos straddle-mount elimina o risco de desalinhamento. Também protege o eixo do motor contra cargas radiais, o que reduz o ruído e prolonga ainda mais a vida útil do atuador.

Resistência Ambiental

Atuadores eletromecânicos diferem em sua capacidade de suportar condições adversas, o ambiente e lavagens frequentes de alta pressão. Isso depende do perfil externo, da escolha do material e dos métodos de vedação.

Perfis com superfícies lisas são mais limpos do que superfícies ranhuradas, pois não acumulam poeira e fluidos. Portanto, são mais adequados para ambientes agressivos, onde são necessárias lavagens frequentes. No entanto, pode haver uma desvantagem em ter um exterior elegante. Se usado em aplicações que exigem a fixação de sensores, pode ser necessário um acessório plástico extra para fixar o sensor.

A resistência ambiental também depende da composição do material do tubo de extensão. A maioria dos sistemas utiliza aço cromado, mas o aço inoxidável é uma escolha muito melhor para ambientes agressivos.

Um indicador-chave de resistência ao ambiente é o Código de Proteção de Entrada (IP). Uma classificação IP de 65, por exemplo, significa que o dispositivo é à prova de poeira e protegido contra jatos de água de baixa pressão de qualquer direção, como pode ser encontrado em uma operação de lavagem na indústria de alimentos e bebidas. Apenas alguns atuadores elétricos atendem a essa classificação, mas em ambientes corrosivos, ela é crítica. Uma classificação IP de 54 oferece alguma proteção contra respingos de água e menos de 100% de proteção contra poeira, tornando-a aceitável para algumas aplicações de lavagem, mas não se houver pressão envolvida. Uma classificação IP de 40, comum entre atuadores lineares, implica que não há proteção contra poeira ou líquidos.

Classificações IP mais altas dependem principalmente do uso de vedações de melhor qualidade. A Thomson, por exemplo, veda todos os compartimentos, incluindo os suportes do motor, em seus atuadores eletromecânicos. Todas as juntas também devem ser vedadas e se estender até o motor, em vez de parar na placa de montagem.

A próxima geração de controle de movimento

À medida que o mercado cresce em demanda por maior produtividade, tempos de troca mais curtos, maior confiabilidade, maior economia de energia e menores custos de manutenção e operação, cada vez mais projetistas e usuários finais estão migrando para atuadores eletromecânicos em vez de pneumáticos. Para máquinas que exigem controle de movimento sofisticado, os atuadores eletromecânicos são praticamente a única alternativa. Mas mesmo para tarefas simples de movimento linear, projetistas e usuários de controle de movimento preferem o acionamento elétrico devido à menor e/ou mais fácil manutenção, maior economia de energia e operação mais limpa.

Benefícios ainda maiores são possíveis comparando cuidadosamente diferentes marcas de atuadores elétricos. Sempre interprete a "capacidade de carga" no contexto da vida útil do sistema e dos requisitos de espaço. Há compensações reais nessas áreas. O projeto do suporte afeta a precisão, bem como as capacidades de suporte de carga lateral e rotativa, portanto, preste muita atenção à forma como o suporte é fixado no canal e ao formato e tamanho de quaisquer mecanismos de guia.

Mecanismos e peças aprimorados, como pernas de apoio e designs de pernas que podem ser curvados para melhor aderência, aumentarão a precisão e o desgaste. E o perfil externo adequado, a escolha de materiais e a estratégia de vedação são fatores-chave para a resistência ambiental. Perfis mais lisos, materiais de aço inoxidável e classificações IP mais altas tendem a oferecer a maior proteção.