Acionador linear – Conversão da rotação para translação

Um comando linear converte os movimentos rotacionais em movimentos lineares e vice-versa. Atuadores lineares são componentes-chave para controlo de movimento em muitos sistemas mecânicos e engenharia mecânica. Muitas vezes, essa conversão é necessária para converter potência e movimento gerados por motores e outros equipamentos rotativos em translação (movimento linear). O inversor é realizado industrialmente com motores ou também manualmente. O artigo apresenta conceitos frequentemente utilizados e comuns e lista os critérios de design. Por fim, discutiremos exemplos para aplicações de engenharia mecânica.

Inversor linear – Conversão do movimento rotativo em movimento linear

A engenharia mecânica depende de vários conceitos para converter um movimento rotativo num movimento linear. A eficiência dos motores em ambientes industriais é alta e pode ser convertida em movimentos lineares por vários mecanismos. A rotação do motor pode ser utilizada tanto em rotação como translação.

Os princípios mais comuns são:

• Mecanismo da manivela deslizante
• Chave de parafuso de avanço
• Engrenagem de cames
• Mecanismo excêntrico

O mecanismo da manivela deslizante consiste numa manivela accionada, um acoplamento (também chamado de biela) para transferência de energia e um deslizador orientado linearmente. A transmissão é alimentada por um movimento rotacional que roda a cambota e, assim, a manivela. A biela tem uma ligação rotativa em ambas as extremidades. O cursor só pode ser movido de forma translacional. O movimento restrito da manivela e do cursor cria uma transmissão que gera translação a partir da rotação.

• 1 Parafuso de avanço
• 2 Porca de parafuso de esfera com flange
• 3 Rolamento
• 4 Transportador
• 5 Motor com caixa de velocidades
• 6 Parafuso de chumbo trapezoidal
• 7 Parafuso guia (secção transversal)

A chave de parafusos de avanço é uma engrenagem de parafuso que consiste num parafuso de avanço rotativo e numa estrutura guiada linearmente. O parafuso guia é acionado por um motor e o passo do parafuso guia faz com que o transportador se mova translacionalmente. O movimento guiado e a translação definida e uniforme permitem um movimento muito preciso e fácil de controlar.

As chaves de parafusos de avanço e outras engrenagens de parafuso são frequentemente alimentadas manualmente para ajustar objetos.

As engrenagens de came são transmissões não uniformes. O movimento rotativo é convertido por uma geometria de transmissão definida e alimentada (por exemplo, um disco de came) e um scanner. O scanner é orientado linearmente.

As engrenagens de came são classificadas pelo método de bloqueio, entre outras coisas. São distinguidas pelo bloqueio de fricção e pelo bloqueio.

• As transmissões com bloqueio de fricção são mais fáceis e menos dispendiosas de fabricar, mas não são tão eficientes de operar e podem ser destruídas por ressonâncias.
• As soluções de engenharia de interbloqueio são mais dispendiosas de fabricar devido à superfície guia adicional e à precisão. Por conseguinte, estas transmissões requerem normalmente mais espaço.

O mecanismo excêntrico consiste num disco de controlo construído com uma excentricidade (desvio ao eixo de rotação) e uma haste de ligação. O mecanismo excêntrico é uma engrenagem de acoplamento e funciona como a manivela deslizante. O disco de controlo é a manivela. O design muitas vezes permite um espaço de instalação menor e tem propriedades operacionais mais suaves devido a massas mais elevadas.

Outros métodos para converter a rotação em translação

Os inversores com movimentos rotativos também podem seguir outros princípios. Em princípio, os transportadores de correia e os inversores de tração também transformam a rotação em translação. No entanto, estas implementações não são adequadas para translação em rotação e, portanto, deixam de ser consideradas.

Critérios de projeto do inversor linear

O design dos atuadores lineares difere pelos mecanismos empregados. Em princípio, os atuadores lineares são engrenagens que convertem uma relação de engrenagem de um movimento rotativo para uma translação.

• Curso: Além do inversor, a faixa de movimento translacional é o recurso principal de um inversor linear. O curso resulta da geometria da relação de engrenagem. A velocidade de translação e a uniformidade do movimento dependem da geometria e da velocidade de rotação do inversor. A síntese do inversor linear também é influenciada pelo peso e inércia, uma vez que os movimentos lineares geralmente funcionam com mudanças direcionais no final do curso.
• Inversor: O inversor é alimentado por uma rotação, geralmente iniciada em engenharia mecânica por um motor elétrico, que fornece torque e velocidade de rotação. Este ponto de funcionamento pode ser alterado com uma transmissão ou um controlo de velocidade rotativo. Ao selecionar o inversor, também deve ser observado se determinadas circunstâncias ou o princípio ditam que o inversor deve ser capaz de alterar a direção da rotação. Alterações na velocidade rotativa devido a vários pontos operacionais ou movimentos irregulares durante a síntese também devem ser observadas levando-se em consideração a inércia da massa do sistema.
• Condições de limite: As condições ambientais também devem ser consideradas ao selecionar atuadores lineares. O espaço de instalação é determinado pelo ambiente e pela periferia e pode excluir determinados princípios. O peso também pode desempenhar um papel fundamental neste momento.

Exemplos de aplicação para inversores lineares em engenharia mecânica

A aplicação de atuadores lineares na engenharia mecânica é diversificada e muitas vezes podem ser implementadas várias formas de realização para uma aplicação. Exemplos de movimento linear em engenharia mecânica são:

• Sistemas de ordenação: Uma manivela de impulso move-se perpendicularmente a uma correia transportadora e empurra os componentes para baixo da correia transportadora para o lado.
• Impressoras 3D: Impressoras 3D industriais utilizam atuadores lineares para posicionamento.
• Fresadora: O sistema de controlo de movimento de uma máquina CNC é formado por um parafuso de avanço por eixo.
• Rotulagem: As engrenagens de cames ou deslizadores acionam os mecanismos e rotulam os frascos em engenharia médica ou engenharia de embalagens gerais.
• Robótica: Robôs em ambientes industriais usam parafusos esféricos para obter um movimento preciso e de baixa fricção com grandes forças de ação.
• Ajuste: As transmissões de parafusos, como as chaves de parafusos de chumbo, são utilizadas para bloquear componentes nas fixações.

Ao sintetizar uma transmissão linear, como uma manivela deslizante, a oficina MISUMI tem os conectores certos, como parafusos de dobradiça e blocos de rolamentos de dobradiças, para suportar movimentos rotacionais, bem como braços articulados, hastes de ligação e rolamentos esféricos para conceber a relação de transmissão.

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