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

Nos últimos anos, as demandas dos gerentes de fábricas e empresas aumentaram cada vez mais para usar mais atuadores elétricos do tipo haste e menos atuadores pneumáticos em equipamentos de automação de fábrica. Vários fatores estão impulsionando essa conversão, mas os mais significativos incluem as necessidades crescentes 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 a energia com mais eficiência, pois os 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, pois os atuadores eletromecânicos utilizam menos componentes, não necessitam de compressores e não sofrem vazamentos de ar.

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

De modo geral, quanto maior o diâmetro do fuso de esferas, maior será o potencial de empuxo. No entanto, conseguir isso requer o acoplamento adequado do rolamento axial e de todos os pontos de fixação, incluindo o tubo de extensão, a porca esférica interna, o alojamento do rolamento e o alojamento do limpador. Caso contrário, qualquer aumento no empuxo ocorreria às custas da vida do sistema. Um componente demasiado fraco para suportar a sua carga irá desgastar-se muito mais rapidamente ou até mesmo ser danificado.

Você poderia ter dois atuadores, cada um equipado com um parafuso esférico de 16 mm e fornecendo 750 N de empuxo, e um, por exemplo, pode ter uma vida útil de deslocamento de 2.000 km, enquanto o outro fornece 8.000 km de deslocamento. A diferença está em quão bem o fuso de esferas e outros componentes são acoplados entre si.

Além disso, devido aos diâmetros maiores do fuso de esferas, correlacionados com o custo e a área ocupada, o acoplamento adequado do fuso de esferas e de outros componentes reduz ambos. Para atender a um requisito de aplicação de 3.200 N de força, um fornecedor pode usar um parafuso de esfera com 20 mm de diâmetro, enquanto outro fornecedor, com componentes adequadamente acoplados, pode obter o mesmo impulso com um parafuso de 12 mm de diâmetro. Assim, o último fuso de esferas pode ser reduzido sem sacrificar o desempenho.

O acoplamento adequado dos parafusos 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 transportador, a área da superfície de contato e o uso de pernas de apoio. Um corpo transportador maior, por exemplo, suporta cargas radiais externas maiores, maximizando a área de contato superficial em situações de carga lateral. A capacidade de carregar atuadores elétricos lateralmente aumenta o desempenho, a precisão e a compactação a um nível não alcançável com atuadores pneumáticos ou hidráulicos.

Embora a maximização das áreas de superfície melhore a capacidade de carga radial e lateral, isso não ajuda necessariamente na estabilidade. Isso geralmente é resolvido travando as pernas elevadas em canais ranhurados (três na imagem acima). Estas pernas de apoio reduzem as vibrações, o que pode aumentar o ruído e contribuir para o desgaste. A maioria dos designs usa uma ou duas dessas saliências, eliminando assim alguma folga, mas pode gerar sons de clique à medida que o sistema começa a se desgastar com o tempo. Usar quatro pernas em vez de duas, entretanto, reduz o desgaste e o ruído, proporcionando proteção anti-rotacional mais eficaz e durável. Além disso, as pernas adicionais garantem um movimento de retorno livre de aderência, reduzindo ainda mais a folga devido ao desgaste.

Além disso, curvar essas pernas transportadoras para fora cria uma pré-carga radial, o que reduz a folga no tubo de impulso. Ele também centraliza o corpo do transportador e a porca esférica, eliminando a necessidade de calçar o transportador na extrusão e compensando o desgaste ao longo da vida útil do dispositivo. Manter tudo alinhado reduz a quantidade de vezes que o atuador deve ser calibrado para obter torque de marcha lenta consistente.

Tolerâncias estreitas são essenciais para reduzir o desgaste e o ruído. Mas se não houver nenhum entreferro, a pressão aumenta quando os atuadores funcionam em altas velocidades. Isto causa superaquecimento, contribuindo para problemas de lubrificação e outros problemas de durabilidade. Para resolver isso, faça com que duas das principais características masculinas nas pernas do transportador sejam mais baixas do que as duas restantes – essa é a abordagem que a Thomson adota com muitos de seus atuadores. Isso fornece espaço suficiente para evitar o aumento da pressão. Como pode ser visto na imagem acima, duas das principais características masculinas situadas ortogonalmente nas pernas do suporte são mais baixas que as duas restantes.

Capacidade de manutenção

A facilidade de manutenção afeta o desempenho do ciclo de vida e contribui para benefícios de produtividade. Os atuadores eletromecânicos diferem na lubrificação e no manuseio do motor. A maioria dos atuadores 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, entretanto, é estender ou retrair o tubo completamente, revelando todos os componentes para exposição máxima. Isso permite que as empresas usem lubrificação automatizada. Além disso, o uso de um niple de lubrificação eliminaria a necessidade de remover a tampa, simplificando ainda mais a manutenção.

A manutenção também pode ser acelerada se você eliminar o tempo necessário para acoplar o motor ao atuador mecânico. Tradicionalmente, a montagem do motor em configuração paralela leva de 20 a 25 minutos. Depois que o motor estiver sendo montado, um técnico deve usar uma variedade de ferramentas para ajustá-lo para obter 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 poderá ser pré-tensionada durante a montagem, eliminando a necessidade de ajustes de tensão em várias etapas – o motor pode ser aparafusado e utilizável em apenas três etapas. Para montagem em linha, os benefícios de uma solução pré-montada são semelhantes, embora não tão dramáticos.

Além disso, o uso de rolamentos montados em straddle elimina o risco de desalinhamento. Ele 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

Os atuadores eletromecânicos diferem em sua capacidade de resistir a condições adversas, ao meio ambiente e a 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 que superfícies ranhuradas porque não acumulam poeira e fluidos. Assim, são mais apropriados para ambientes agressivos quando são necessárias lavagens frequentes. No entanto, pode haver uma desvantagem em ter um exterior elegante. Se usado em aplicações que exigem acessórios de sensor, poderá ser necessário um complemento de plástico extra para fixar o sensor.

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

Um indicador chave de resistência ao meio ambiente é o Código de Proteção de Ingresso (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 vindos de qualquer direção, como pode ser encontrado em uma operação de lavagem da 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 fornece 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 melhores. A Thomson, por exemplo, veda todos os compartimentos, incluindo suportes de motor, em seus atuadores eletromecânicos. Todas as juntas também devem ser vedadas e estender-se até o motor, em vez de parar na placa de montagem.

A próxima geração de controle de movimento

À medida que crescem as demandas do mercado 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, os projetistas e usuários de controle de movimento preferem a atuação elétrica devido à manutenção menor e/ou mais fácil, 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 transporte de carga” no contexto da vida útil do sistema e dos requisitos de espaço reivindicados. Existem compensações reais nessas áreas. O projeto do transportador afeta a precisão, bem como as capacidades de suporte de carga lateral e rotativa; portanto, preste muita atenção à forma como o transportador é fixado no canal e ao formato e tamanho de quaisquer mecanismos de orientação.

Mecanismos e peças aprimorados, como pernas de suporte e designs de pernas, que podem ser curvados para melhor aderência, melhorarão a precisão e o desgaste. E o perfil exterior apropriado, as escolhas 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 maior proteção.