Dimensionamento e seleção de sistemas de movimento linear
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movimento linear. Qual a capacidade de carga do sistema? Com que velocidade se poderá mover? Qual a geometria economicamente mais vantajosa? Um erro frequente ao dimensionar e selecionar módulos lineares é negligenciar requisitos críticos de funcionamento do equipamento, o que pode resultar na necessidade de intervenções e alterações dispendiosas após o arranque da máquina. De igual modo a sobrevalorização de algum requisito funcional pode também resultar no sobredimensionamento ineficiente e economicamente indesejado. Muitas das variáveis importantes a considerar podem ser resumidas num acrónimo (covariantes) que auxilia o engenheiro ou projetista na recolha das informações necessárias para dimensionar e selecionar módulos de movimento linear para qualquer aplicação: Carga: pesos, forças ou momentos aplicados ao sistema; Orientação: posição relativa no espaço e posição de montagem; Velocidade: taxa de mudança da posição com o tempo; Aceleração: taxa de mudança da velocidade com o tempo; compRImento: distância extrema da direção do movimento do eixo linear;
Para se alcançar um bom desempenho global, cada uma destas variáveis deverá ser analisada individualmente e em combinação com as restantes. Na tarefa de seleção do sistema linear mais adequado, a relação entre todas as variáveis nunca deverá ser descurada. Por exemplo: uma massa em movimento normalmente impõe mais esforços aos patins lineares durante a aceleração rápida do que durante o movimento com uma velocidade constante.
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À medida que os fabricantes se familiarizam com a flexibilidade e simplicidade de sistemas modulares de movimento linear – quer sejam de um, dois ou três eixos cartesianos – aumenta o número destas soluções nas áreas de produção. Um módulo linear é composto fundamentalmente por uma estrutura, um ou mais guiamentos e por um acionamento mecânico. Normalmente surgem como opção proteções mecânicas, limitadores de curso, acionamentos elétricos e interfaces de fixação. As geometrias possíveis variam conforme se pretenda uma elevada modularidade, sistemas compactos, eixos de elevada precisão ou mesas rígidas. Com tantas soluções disponíveis é fácil ficar-se confuso quando confrontado com a tarefa de selecionar um sistema de
AmbieNTe: as condições físicas e químicas nas quais o sistema vai funcionar; Exatidão: grau de aproximação da posição, velocidade ou força dos valores pretendidos; Serviço: a quantidade de tempo durante o qual o sistema trabalha dentro de um certo período de tempo total. Mário Lindo Diretor Técnico Equinotec – Soluções de Engenharia, Lda. Tel.: +351 229 350 755 · +351 218 400 850 comercialnorte@equinotec.com · comercialsul@equinotec.com www.equinotec.com · www.brp.pt · /Equinotec
Virtualmente todos os processos de fabrico incorporam algum tipo de movimento linear.
À medida que cada vez mais soluções de movimento linear passam da junção de vários componentes independentes para a utilização de módulos lineares integrados ou mesmo sistemas pré-concebidos de vários eixos, as interações entre os diferentes componentes como patins, guias, fusos ou correias dentadas, tornam-se mais complexas e selecionar o equipamento correto tornase tecnicamente mais desafiante. Seguir os passos indicados pelo acrónimo COVARIANTES pode ajudar os projetistas a evitar erros, simplesmente ao lembrar quais os fatores a considerar durante o desenvolvimento e seleção do sistema linear. Segue uma descrição de cada um dos fatores bem como as questões chave a considerar durante o dimensionamento e seleção de um sistema de movimento linear.
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Que tipo de contaminantes estão presentes ou serão produzidos pela própria máquina onde o sistema será integrado? Quais as exigências particulares da indústria onde o sistema linear irá trabalhar?
EXATIDÃO A exatidão de um sistema linear indica o grau de aproximação aos valores pretendidos do movimento ou força que se pretende obter. Esta grandeza é o resultado de vários outros conceitos, nomeadamente: Precisão do movimento – resulta de como um sistema se comporta enquanto se move de um ponto para o outro; Precisão do posicionamento – quão perto o sistema se imobiliza do ponto ideal pretendido; Repetibilidade – indica a proximidade entre vários pontos de paragem quando se pretende alcançar sempre um mesmo ponto teórico; Histerese de sentido – quantifica a diferença nas posições de paragem quando se alcança um qualquer ponto num ou noutro sentido do movimento de um eixo linear. Compreender a diferença entre estas definições é, muitas vezes, crítico de modo a assegurar que o sistema se comporta de acordo com o desempenho pretendido. Os requisitos de exatidão global do sistema influenciam fortemente a seleção do tipo de acionamento mecânico e a rigidez do sistema. A escolha entre fuso de esferas, correia dentada, cremalheira ou motor linear terá de ser efetuada tendo em consideração a precisão mecânica intrínseca de cada uma destas hipóteses e a tecnologia de medição utilizada. Naturalmente que o sistema de medição utilizado (direto ou indireto), a sua exatidão, resolução e velocidade de processamento são também fatores primordiais a ter em consideração.
Convém não esquecer que exigências de exatidão muito elevadas trazem custos significativos e envolvem exigências ambientais que, muitas vezes, são menosprezadas como o controlo rigoroso da temperatura e das vibrações mecânicas. Tolerâncias de posicionamento muito apertadas em aplicações dinâmicas poderão também aumentar os tempos de paragem. Questões chave a colocar: Qual a importância real da exatidão do movimento na aplicação? As posições de paragem são sempre atingidas no mesmo sentido? A exatidão do sistema linear é mais importante do que, por exemplo, o tempo de ciclo?
SERVIÇO O serviço de um sistema linear é definido como o tempo em que o sistema realmente está ativo dentro de um determinado tempo total. O termo ativo relaciona-se não só com o movimento, mas também quando algum esforço é mantido durante uma paragem. Normalmente é pedido ou indicado um fator de serviço que representa uma percentagem de tempo dentro de um certo tempo limite. Por exemplo, se for especificado um fator de serviço máximo de 70% em 10 minutos, então deverá ser possível utilizar o equipamento em causa consecutivamente no seu ponto de trabalho nominal durante 7 minutos, devendo depois ficar imobilizado, sem carga, durante 3 minutos. O serviço que uma aplicação exige de um módulo linear influencia naturalmente a vida útil global do sistema. Por exemplo o número de quilómetros que um patim linear consegue efetuar é diretamente influenciado pela carga a que está sujeito, no entanto a vida do patim
em anos depende do tempo em que realmente está solicitado. Um sistema linear poderá estar corretamente dimensionado em termos de todos os outros fatores mencionados, mas se estiver solicitado continuamente 24 horas por dia, 7 dias por semana poderá não alcançar a vida útil esperada. Adicionalmente, a quantidade de calor produzida no interior de um sistema sujeito a um fator de serviço elevado poderá provocar o aumento indesejável da temperatura de componentes, afetando diretamente a exatidão, os custos de manutenção e a vida útil do sistema. Clarificar atempadamente estes assuntos poderá poupar tempo e evitar problemas no futuro. Ao dimensionar um módulo linear para um elevado fator de serviço será conveniente usar componentes sem desgaste e de baixo atrito, tomar precauções com a lubrificação e considerar coeficientes de segurança dinâmicos mais largos. Em casos extremos poderá ser necessário recorrer a sistemas de refrigeração forçados. Questões chave a colocar: Qual o tempo de ciclo e quanto tempo estará cada eixo a funcionar durante esse ciclo? Quantas vezes por dia estará o sistema em uso incluindo movimentos e paragens? Qual o tempo de vida especificado ou esperado para o equipamento? O acrónimo COVARIANTES permite relembrar algumas variáveis básicas interligadas e algumas questões fundamentais a colocar, aquando do dimensionamento e seleção de sistemas modulares de movimento linear. No entanto, para conseguir os melhores resultados deverá consultar o Departamento de Projeto do fabricante ou um distribuidor autorizado com capacidade real de aconselhamento. Estas entidades terão o conhecimento ímpar dos produtos, bem como a experiência resultante de centenas de aplicações. Pequenas recomendações dos fabricantes poderão levar à redução significativa de tempos e custos associados à seleção e posterior operação dos equipamentos. O principal objetivo será sempre conseguir o melhor sistema linear possível associado ao menor custo de posse.