No que diz respeito a atuadores lineares, os dispositivos eletromecânicos estão se tornando a opção preferida em relação aos seus equivalentes pneumáticos devido à sua velocidade, precisão e tamanho.

Nos últimos anos, a demanda por parte de gerentes de fábricas e empresas para o uso de atuadores elétricos de haste em detrimento de atuadores pneumáticos em equipamentos de automação industrial tem aumentado consideravelmente. Diversos fatores impulsionam essa mudança, sendo os mais significativos a crescente necessidade de:

• Melhore o desempenho das máquinas com atuadores eletromecânicos capazes de maior precisão.
• Reduza o tamanho dos equipamentos com atuadores eletromecânicos que requerem apenas cerca de um quarto do espaço para fornecer o mesmo empuxo que os atuadores pneumáticos.
• Utilize a energia de forma mais eficiente, pois os atuadores eletromecânicos não precisam de compressores de ar funcionando 24 horas por dia, 7 dias por semana, para manter 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 com vazamentos de ar.

Uma vez tomada a decisão de substituir os atuadores pneumáticos por atuadores eletromecânicos, o próximo passo é selecionar os atuadores eletromecânicos adequados dentre as diversas marcas disponíveis. Embora as especificações básicas de empuxo possam ser semelhantes, existem diferenças significativas em termos de desempenho ao longo do ciclo de vida, facilidade de manutenção e resistência ambiental.

De modo geral, quanto maior o diâmetro do fuso de esferas, maior o potencial de empuxo. No entanto, para atingir esse potencial, é necessário o acoplamento adequado do rolamento de encosto com todos os pontos de fixação, incluindo o tubo de extensão, a porca de esferas interna, a caixa do rolamento e a caixa do raspador. Caso contrário, qualquer aumento no empuxo ocorrerá à custa da vida útil do sistema. Um componente muito frágil para suportar a carga se desgastará muito mais rapidamente ou poderá até mesmo ser 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 deles, por exemplo, poderia ter uma vida útil de 2.000 km, enquanto o outro ofereceria 8.000 km. A diferença reside na qualidade do acoplamento entre o fuso de esferas e os demais componentes.

Além disso, devido ao maior diâmetro dos fusos de esferas estar correlacionado com custo e espaço ocupado, o acoplamento adequado entre o fuso de esferas e os demais componentes reduz ambos. Para atender a um requisito de aplicação de 3.200 N de força, um fornecedor pode usar um fuso de esferas com 20 mm de diâmetro, enquanto outro, com componentes adequadamente acoplados, pode atingir o mesmo empuxo com um fuso de 12 mm de diâmetro. Assim, o segundo fuso de esferas pode ser reduzido em tamanho sem comprometer o desempenho.

A correta integração dos fusos de esferas com outros componentes afeta significativamente a vida útil do atuador e, quando combinada com o projeto do suporte, esses 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 de contato e o uso de pés de apoio. Um corpo de suporte maior, por exemplo, suporta cargas radiais externas maiores, maximizando a área de contato em situações de carga lateral. A capacidade de aplicar carga lateral em atuadores elétricos eleva o desempenho, a precisão e a compactação a um nível inatingível com atuadores pneumáticos ou hidráulicos.

Embora maximizar a área de superfície melhore a capacidade de carga radial e lateral, isso não necessariamente contribui para a estabilidade. A solução para esse problema geralmente é encaixar pernas elevadas em canais ranhurados (três na imagem acima). Essas pernas de apoio reduzem as vibrações, que podem gerar ruído e contribuir para o desgaste. A maioria dos projetos utiliza uma ou duas dessas ranhuras, eliminando parte da folga, mas isso pode gerar estalos à medida que o sistema começa a se desgastar com o tempo. No entanto, o uso de quatro pernas em vez de duas reduz o desgaste e o ruído, proporcionando uma proteção antirrotação mais eficaz e durável. Além disso, as pernas adicionais garantem um retorno sem travamentos, reduzindo ainda mais a folga causada pelo desgaste.

Além disso, curvar essas hastes de suporte para fora cria uma pré-carga radial, o que reduz a folga no tubo de impulso. 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 quantidade de vezes que o atuador precisa ser calibrado para um torque de marcha lenta consistente.

Tolerâncias rigorosas são cruciais para reduzir o desgaste e o ruído. Mas, se não houver folga de ar, a pressão aumenta quando os atuadores operam em altas velocidades. Isso causa superaquecimento, contribuindo para problemas de lubrificação e outras questões de durabilidade. Para solucionar isso, duas das ranhuras macho nas hastes de suporte são posicionadas mais baixas que as outras duas — essa é a abordagem que a Thomson adota em muitos de seus atuadores. Isso proporciona a folga necessária para evitar o acúmulo de pressão. Como pode ser visto na imagem acima, duas das ranhuras macho, ortogonalmente posicionadas nas hastes de suporte, são mais baixas que as outras duas.

Manutenibilidade

A facilidade de manutenção afeta o desempenho ao longo do ciclo de vida e contribui para o aumento da produtividade. Os atuadores eletromecânicos diferem em sua lubrificação e manuseio do motor. A maioria dos atuadores se retrai, expondo 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, expondo todos os componentes para máxima visibilidade. 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 agilizada 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. Após a montagem do motor, um técnico precisa usar diversas ferramentas para ajustá-lo, garantindo a tensão correta da correia e o alinhamento adequado. 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 estar pronto para uso em apenas três etapas. Para montagem em linha, os benefícios de uma solução pré-montada são semelhantes, embora não tão expressivos.

Além disso, o uso de mancais de montagem em ângulo 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

Os 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 que exigem lavagens frequentes. No entanto, ter um exterior liso pode ter uma desvantagem. Se usado em aplicações que exigem a fixação de sensores, pode ser necessário um acessório plástico adicional para fixá-los.

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 opção muito melhor para ambientes agressivos.

Um indicador fundamental de resistência ao ambiente é o Código de Proteção contra 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 os encontrados em operações de lavagem na indústria de alimentos e bebidas. Apenas alguns atuadores elétricos atendem a essa classificação, mas em ambientes corrosivos, ela é crucial. Uma classificação IP de 54 oferece alguma proteção contra respingos de água e menos de 100% de proteção contra poeira, sendo 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 elevadas dependem principalmente do uso de vedações melhores. 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 terminar na placa de montagem.

A próxima geração do controle de movimento

Com o aumento das demandas do mercado por maior produtividade, tempos de troca mais curtos, maior confiabilidade, maior economia de energia e custos operacionais e de manutenção reduzidos, um número crescente de projetistas e usuários finais está optando por 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 sistemas de controle de movimento preferem a atuação elétrica devido à menor e/ou mais fácil manutenção, maior economia de energia e operação mais limpa.

É possível obter benefícios ainda maiores comparando cuidadosamente diferentes marcas de atuadores elétricos. Interprete sempre a "capacidade de carga" no contexto da vida útil declarada do sistema e dos requisitos de espaço. Existem compensações reais nessas áreas. O projeto do suporte afeta a precisão, bem como as capacidades de carga lateral e rotativa; portanto, preste muita atenção em como o suporte é fixado no canal e no formato e tamanho de quaisquer mecanismos de guia.

Mecanismos e componentes aprimorados, como pernas de apoio e designs de pernas que podem ser curvadas para melhor aderência, melhoram a precisão e a durabilidade. Além disso, o perfil externo adequado, a escolha dos materiais e a estratégia de vedação são fatores essenciais para a resistência ambiental. Perfis mais suaves, materiais em aço inoxidável e índices IP mais altos tendem a oferecer a maior proteção.