E como isso pode ser evitado…

Os pórticos diferem de outros tipos de sistemas multieixos (como robôs cartesianos e tabelas XY) por usarem dois eixos de base (X) em paralelo, com um eixo perpendicular (Y) conectando-os. Embora esse arranjo de eixo X duplo forneça uma área ampla e estável e permita que os sistemas de pórtico ofereçam alta capacidade de carga, longos percursos e boa rigidez, ele também pode levar a um fenômeno comumente conhecido como estantes.

Sempre que dois eixos lineares são montados e conectados em paralelo, existe o risco de os eixos não se deslocarem em perfeita sincronização. Em outras palavras, durante o movimento, um dos eixos X pode “ficar atrás” do outro, e o eixo principal tentará puxar seu parceiro atrasado. Quando isso acontece, o eixo de conexão (Y) pode ficar distorcido – não mais perpendicular aos dois eixos X. A condição em que os eixos X e Y perdem a ortogonalidade é chamada de trasfega e pode resultar em emperramento à medida que o sistema se move na direção X, bem como em forças potencialmente prejudiciais em ambos os eixos X e Y.

As estantes em sistemas de pórtico podem ser causadas por uma variedade de fatores de projeto e montagem, mas um dos fatores mais influentes é o método de acionamento dos eixos X. Com dois eixos X em paralelo, os projetistas têm a opção de acionar cada eixo X de forma independente ou acionar um eixo e tratar o outro como um eixo “escravo” ou seguidor.

Em aplicações de baixa velocidade com uma distância relativamente pequena entre os dois eixos X (curso curto do eixo Y), pode ser aceitável acionar apenas um eixo X e permitir que o segundo eixo X seja um seguidor, sem mecanismo de acionamento. Neste projeto, uma preocupação fundamental é a rigidez da conexão entre os eixos – em outras palavras, a rigidez do eixo Y.

Como o eixo acionado está efetivamente “puxando” o eixo não acionado, se a conexão entre eles sofrer flexão, torção ou outro comportamento não rígido, qualquer diferença no atrito ou carga entre os dois eixos X pode levar imediatamente à trasfega e vinculativo. E quanto mais longo for o eixo Y, menos rígido será. É por isso que o arranjo “seguidor acionado” é geralmente recomendado para aplicações onde a distância entre os eixos X é inferior a um metro.

A solução de acionamento mais sofisticada é usar um motor separado em cada eixo, com os motores sincronizados em um arranjo mestre-escravo através do controlador. Neste arranjo, no entanto, os erros de deslocamento dos acionamentos mecânicos precisam ser perfeitamente (ou quase perfeitamente) combinados - caso contrário, a trasfega e a ligação podem ser causadas por pequenos desvios na distância que cada eixo percorre por revolução do motor.

Para aplicações de pórtico de precisão e alta velocidade, os mecanismos de acionamento preferidos normalmente são fusos de esferas e acionamentos de cremalheira e pinhão. Ambas as tecnologias podem ser combinadas seletivamente para fornecer erros lineares semelhantes em cada eixo, evitando parte do acúmulo de erros que pode ocorrer em conjuntos de acionamento incompatíveis. Como os acionamentos por correia e corrente apresentam erros de passo difíceis de combinar e compensar, eles geralmente não são recomendados para sistemas de pórtico quando os eixos X são acionados de forma independente. Por outro lado, os motores lineares são uma excelente escolha para eixos paralelos em sistemas de pórtico, pois não apresentam erros mecânicos e podem fornecer longos percursos e altas velocidades.

Outra solução – uma espécie de compromisso entre as duas opções descritas acima – é usar um motor para acionar ambos os eixos X. Isto pode ser feito conectando a saída do eixo motorizado à entrada do segundo eixo através de um acoplamento distanciador (também chamado de eixo de conexão). Esta configuração elimina o segundo motor (e a sincronização que seria necessária).

No entanto, a rigidez torcional do acoplamento distanciador é importante. Se o torque transferido entre os eixos fizer com que o acoplamento sofra “enrolamento”, ainda poderá ocorrer trasfega e emperramento. Esta configuração costuma ser uma boa opção quando a distância entre os eixos X está entre um e três metros, com requisitos moderados de carga e velocidade.

Outro fator que pode causar estantes em sistemas de pórtico é a falta de precisão de montagem e paralelismo entre os dois eixos X. Sempre que duas guias lineares são montadas e operadas em paralelo, elas exigem uma certa tolerância em paralelismo, planicidade e retilineidade para evitar sobrecarregar os rolamentos em uma ou ambas as guias. Em sistemas de pórtico, onde os eixos X tendem a estar muito espaçados (devido ao longo percurso no eixo Y), a montagem e o paralelismo dos eixos X tornam-se ainda mais críticos, com erros angulares sendo amplificados em longas distâncias.

Diferentes tecnologias de guia exigem níveis variados de precisão para paralelismo, planicidade e retilineidade. Em aplicações de pórtico, a melhor tecnologia de guia linear para os eixos X paralelos é normalmente aquela que oferece maior “perdão” em erros de montagem e alinhamento, ao mesmo tempo que fornece a capacidade de carga e rigidez necessárias.

Guias de trilhos perfilados de rolos ou esferas recirculantes normalmente fornecem a maior capacidade de carga e rigidez de todas as tecnologias de guia linear, mas quando usadas em uma configuração paralela, elas exigem altura de montagem muito precisa e tolerâncias de paralelismo para evitar emperramento. Alguns fabricantes oferecem versões “autocompensadoras” de rolamentos de esferas recirculantes que são capazes de compensar algum desalinhamento, embora a rigidez e a capacidade de carga possam ser reduzidas.

Por outro lado, as rodas-guia que correm em trilhos de precisão exigem menos precisão na montagem e no alinhamento do que as guias de trilhos perfilados. Eles podem até ser montados em superfícies moderadamente imprecisas sem causar problemas de funcionamento, como trepidação e emperramento, mesmo quando dois trilhos são usados ​​em paralelo.

Embora o alinhamento possa ser feito com ferramentas simples, como relógios comparadores e fios, os longos comprimentos envolvidos nos sistemas de pórtico muitas vezes tornam isso impraticável. Além disso, o alinhamento de vários eixos paralelos e perpendiculares aumenta exponencialmente a complexidade e o tempo e o trabalho necessários.

É por isso que um interferômetro a laser costuma ser a melhor ferramenta para garantir retilineidade, planicidade e ortogonalidade entre os eixos do pórtico.