Os Fatores que Determinam a Precisão e Repetibilidade em Atuadores Eletromecânicos
Por Gustavo Marinho, CFPHS
Em sistemas de movimento linear eletromecânico, precisão e repetibilidade são fundamentais para medir o desempenho de um atuador. Esses dois fatores definem as técnicas de produção adequadas que são fundamentais para a padronização e a consistência necessárias ao automatizar os processos de fabricação.
Precisão é a capacidade do sistema de se mover para a posição pretendida dentro de alguma tolerância mensurável. Repetibilidade é a capacidade de atingir esse nível especificado de precisão cada vez que é chamado à ação. Existem várias variáveis que podem afetar a precisão e a repetibilidade. Um atuador eletromecânico (EMA) é mais eficiente na mitigação
dessas variáveis para melhorar a precisão e a repetibilidade do que atuadores pneumáticos ou hidráulicos. Os fatores são explicados abaixo:
Fuso de Esferas
Tanto para unidades acionadas por parafuso macho quanto para haste, a precisão e repetibilidade são principalmente uma função do parafuso e sua porca de acoplamento.
Na maioria dos casos, a precisão é impulsionada pela precisão dos processos de fabricação usados para formar as roscas no parafuso. O parafuso percorrido pela porca precisa ser dimensionalmente consistente, mantendo as tolerâncias especificadas para variáveis críticas. A manutenção do controle de tolerância é crítica, pois cada rotação do parafuso se traduz em uma quantidade correspondente de distância de deslocamento. Se houver algum desvio de fabricação ao longo do comprimento do parafuso, a distância percorrida para cada rotação do eixo de entrada pode variar. Isso poderia levar a variações na posição da carga.
Dois processos notáveis de fabricação de
parafusos são usados para parafusos implementados em EMAs. Muitos fusos de
esferas possuem roscas que são enroladas (uma forma de conformação a frio em
que as roscas são forjadas em uma placa de aço redonda). Esse processo gera
formas de “thread” altamente consistentes ao longo do comprimento total do
elemento de unidade. Um benefício adicional da laminação de roscas é que a
superfície da rosca é muito mais suave do que outros processos de produção de
parafusos. Isso reduz o atrito e ajuda a mitigar o desgaste. As formas de rosca
também podem ser cortadas ou retificadas, como é típico nos parafusos Acme,
Trapezoidal e de rolo.
A quantidade de “folga” ou liberdade de movimento entre as superfícies de contato do parafuso e a porca é conhecida como folga. Folga pode estar presente em todas as formas de parafuso. Quando essa liberdade permitida é reduzida, seja através de processos de fabricação mais precisos ou da capacidade de pré-carregar porcas (onde duas porcas esféricas são pré-tensionadas umas contra as outras com uma mola ou espaçador), a folga associada pode ser reduzida ou eliminada completamente. Isso melhora a repetibilidade do atuador.
Guias Lineares
Os EMAs acionados por correias podem oferecer precisão e confiabilidade consideráveis, embora com algumas limitações inerentes a esses tipos de inversores. Tal como acontece com os EMA acionados por parafuso, a consistência no mecanismo de acionamento por correia, nomeadamente as polias e a correia de transmissão, é crucial para a precisão resultante. Qualidade de fabricação e controle de design são fundamentais para esses componentes. Quanto mais precisamente os componentes são fabricados, maior será a melhoria na precisão e repetibilidade do sistema.
A tensão da correia também é um fator e deve ser verificada regularmente para garantir que os níveis de precisão e repetibilidade sejam mantidos. Isto é especialmente verdadeiro para sistemas que experimentam cargas de força elevadas (porque a correia de transmissão pode esticar) e para sistemas de comprimento de curso mais longos (porque há uma maior tendência para as correias de transmissão caírem e desengatarem a polia).
Deve-se notar que a precisão e a repetibilidade de todos os EMAs dependem da capacidade do motor de fornecer uma saída consistente. Se o motor estiver equipado com um codificador capaz de fornecer feedback posicional, então a precisão pode ser controlada adicionalmente. Em alguns casos, a lógica do sistema de controle pode ser usada para calcular as variações na viagem relativas às tolerâncias de empilhamento. Isso permite que a precisão e a repetibilidade sejam controladas e levadas em conta no sistema ao longo da vida útil do atuador. Isso permite ao usuário compensar o desgaste ao longo do tempo, o que não é possível em nenhum outro tipo de sistema de movimento linear. As relações mecânicas entre os componentes do sistema EMA são facilmente definíveis e calculáveis, o que torna seu desempenho mais previsível.
Referências:
https://www.huntvalveactuators.com/
– Electronic Control Specialist Study Manual (IFPS)