Revisar os conceitos básicos dos dispositivos de posicionamento linear mais populares ajudará os usuários a especificá-los corretamente em suas aplicações.

Sistemas de acionamento linear são utilizados há milhares de anos, desde os tempos dos antigos egípcios, que usavam troncos de árvores para mover pesados ​​blocos de pedra, sendo o precursor de soluções de movimento linear como fusos de esferas e sistemas de pinhão e rolos. Hoje, a tecnologia de movimento linear é utilizada para suportar, posicionar, guiar e movimentar componentes de máquinas em uma ampla gama de aplicações nas indústrias aeroespacial, de máquinas-ferramenta, médica, de automação industrial e de embalagens, entre outras. Embora os requisitos básicos da tecnologia de movimento linear sejam a capacidade de suportar cargas e a precisão do movimento, outros requisitos também são importantes em muitos casos.

A tecnologia de acionamento linear utilizada em um produto desempenha um papel fundamental na funcionalidade, desempenho, durabilidade, consumo de energia e outros atributos que permitem que o produto supere a concorrência. Os engenheiros podem escolher entre uma variedade de opções de tecnologia de acionamento linear, como fusos trapezoidais, fusos de esferas, sistemas de cremalheira e pinhão, transmissões por correia, motores lineares e sistemas de rolos e pinhões. É crucial considerar cuidadosamente todas as opções para evitar problemas comuns, como baixa precisão, folga/vibrações, alto custo, operação suja, alta manutenção, baixa capacidade de carga, ruído excessivo, baixa velocidade e assim por diante. Um processo de seleção sistemático pode garantir que a tecnologia de acionamento linear escolhida atenda aos requisitos da aplicação. A escolha da tecnologia correta também pode reduzir a complexidade do projeto, melhorar o desempenho e reduzir o custo total de montagem.

1. Fusos de esferas
Os fusos trapezoidais utilizam o ângulo da hélice de uma rosca para converter o movimento rotativo em movimento linear. A grande área de contato deslizante entre os membros macho e fêmea da rosca gera perdas por atrito relativamente altas. Como resultado, os fusos trapezoidais são menos eficientes e menos precisos do que os fusos de esferas. Os fusos trapezoidais oferecem uma capacidade de carga relativamente alta, embora normalmente menor do que a dos fusos de esferas. Uma vantagem fundamental dos fusos trapezoidais é o baixo custo — eles geralmente custam apenas um décimo do preço de fusos de esferas equivalentes. Os fusos trapezoidais estão disponíveis em uma variedade de tamanhos de passo, o que significa que o passo pode ser selecionado para fornecer o equilíbrio certo entre precisão de posicionamento e velocidade. Os fusos trapezoidais geralmente produzem ruído mínimo, desde que haja lubrificação suficiente. No entanto, eles podem ser difíceis de usar em movimentos de longa distância, pois o fuso geralmente não possui suporte entre as duas extremidades.

2. Fusos de esferas
O acionamento por fuso de esferas consiste em um fuso de esferas e uma porca de esferas com rolamentos recirculantes que giram nas ranhuras formadas pelo fuso e pela porca. O fuso de esferas distribui a carga por um grande número de elementos rolantes, resultando em alta capacidade de carga. O uso de um grande número de elementos rolantes de precisão também proporciona altos níveis de exatidão. Além disso, os fusos de esferas oferecem baixos níveis de atrito. Isso se traduz em alta eficiência mecânica e menores requisitos de energia. O ciclo de trabalho dos fusos de esferas é bastante alto porque eles geram níveis relativamente baixos de calor por atrito. No entanto, em comparação com outras tecnologias de acionamento linear, os fusos de esferas tendem a ser caros e exigem lubrificação constante para garantir uma vida útil razoável. Por fim, os fusos de esferas são propensos a ruídos, causados ​​principalmente pela recirculação das esferas.

3. Sistemas de transmissão por correia
Sistemas de movimento linear com acionamento por correia e guias de esferas são geralmente escolhidos quando altas velocidades, altas taxas de aceleração e longos cursos são os critérios mais importantes. Atuadores lineares com acionamento por correia e guias deslizantes oferecem capacidades de velocidade e aceleração um pouco menores, com um custo correspondente mais baixo. A precisão de posicionamento linear dos acionamentos por correia, como seria de esperar, não é tão grande quanto a dos fusos trapezoidais ou de esferas. A capacidade de carga dos acionamentos por correia, tanto com guias de esferas quanto com guias deslizantes, é um pouco menor do que a dos fusos de esferas. Alongamento e rigidez da correia são outras desvantagens. Os sistemas de movimento linear com acionamento por correia geralmente são capazes de altos ciclos de trabalho, pois evitam as preocupações com o acúmulo de calor por atrito nos rolamentos de um fuso trapezoidal ou de esferas. Outras vantagens dos sistemas com acionamento por correia incluem o fato de gerarem relativamente pouco ruído e exigirem relativamente pouca manutenção.

4. Transmissões por corrente
As transmissões por corrente convertem o movimento rotativo em movimento linear através de uma série de elos de corrente que se encaixam em uma roda dentada e em um guia linear. Por serem de metal, as transmissões por corrente apresentam vantagens sobre as transmissões por correia. Elas também ocupam menos espaço e não são suscetíveis a danos causados ​​por óleo, graxa, luz solar ou desgaste. Ao contrário das transmissões por correia, as transmissões por corrente também podem operar em condições úmidas. Por outro lado, as transmissões por corrente geralmente geram mais ruído e têm maior tendência a vibrar do que as transmissões por correia, além de apresentarem menor capacidade de carga e vida útil do que as transmissões por engrenagem.

5. Motores lineares
Os motores lineares baseiam-se no conceito de um servomotor rotativo convencional, com o estator atuando como atuador e o rotor transformando-se em uma bobina ou trilha magnética. Os motores lineares permitem obter movimento linear direto sem a necessidade de dispositivos de transmissão rotativa para linear. Os motores lineares com escovas utilizam bobinas na trilha linear e ímãs no atuador. As escovas no atuador entram em contato com uma barra que percorre o comprimento do motor para realizar a comutação. Tanto os enrolamentos quanto o atuador estão contidos no próprio atuador de um motor de passo linear. As vantagens dos motores lineares incluem altas velocidades, alta precisão e resposta rápida. As limitações dessa abordagem incluem alto custo, tamanho grande e geração considerável de calor. Os motores lineares também possuem baixa capacidade, similar à comparação entre motores de acionamento direto e motores com caixa de engrenagens — o motor de acionamento direto precisa ser significativamente maior para obter a mesma capacidade.

6. Conjuntos de cremalheira e pinhão
Os conjuntos de cremalheira e pinhão consistem em uma engrenagem circular chamada pinhão, que engata nos dentes de uma engrenagem linear chamada cremalheira, convertendo movimento rotacional em movimento linear. Esses conjuntos são comumente usados ​​como atuadores lineares em uma ampla gama de máquinas. Por exemplo, são utilizados para movimentar os eixos de máquinas-ferramenta CNC, como centros de usinagem. Cremalheiras helicoidais oferecem funcionamento mais silencioso em altas velocidades e maior capacidade de carga devido à maior relação de contato entre os dentes. A lubrificação é importante para garantir a longa vida útil dos conjuntos de cremalheira e pinhão. Como possuem relativamente poucos componentes, os conjuntos de cremalheira e pinhão ajudam a economizar tempo durante a instalação e aumentam a confiabilidade. Também oferecem altos níveis de precisão, mesmo em longos percursos. As desvantagens dos conjuntos de cremalheira e pinhão incluem seus níveis relativamente altos de atrito, o que reduz sua eficiência, aumenta o consumo de energia e limita sua vida útil. Além disso, os acionamentos por cremalheira e pinhão precisam operar com folga, portanto, a folga entre os dentes pode ser uma grande desvantagem.

Todos esses sistemas de acionamento linear oferecem sua própria combinação de vantagens e desvantagens. Para aplicar o tipo correto de tecnologia de movimento linear em uma aplicação específica, o engenheiro de projeto deve considerar cuidadosamente as capacidades específicas de cada alternativa. Selecionar a tecnologia certa pode melhorar o desempenho, garantir uma longa vida útil e reduzir o custo total do conjunto.