Quando se pretende obter movimento linear com curso longo, são geralmente utilizados sistemas de pinhão-cremalheira (Figura 4.7). Isto deve-se ao seu baixo custo comparativamente com o sistema de fuso. Existem dois métodos de transmissão de movimento: no primeiro, a cremalheira é fixada à parte imóvel do sistema, estando o pinhão ligado à parte móvel; no outro caso, está-se perante o inverso do primeiro, ou seja, o pinhão está numa posição fixa e faz com que a cremalheira movimente toda a parte móvel do sistema. São, geralmente, usadas engrenagens com um ângulo de pressão de 20˚ (Overby 2010).
Figura 4.7: Sistema de transmissão por pinhão-cremalheira (Andantex 2017).
Estes sistemas proporcionam uma grande capacidade para movimentar cargas elevadas e são fabricados com materiais mais macios no pinhão para que este se desgaste mais rapidamente. Isto porque a substituição do pinhão é bastante mais simples do que a substituição da cremalheira. Um pinhão mais pequeno tem tendência a desgastar mais rapidamente, devido ao maior tempo de contacto dos dentes durante o funcionamento (Overby 2010).
A principal desvantagem desta solução construtiva é o aparecimento de folgas. Estas podem ser diminuídas recorrendo a uma boa lubrificação e a cremalheiras paralelas conduzidas com pinhões sincronizados (Overby 2010).
4.3 - Acionamento
Para o acionamento de sistemas de movimento linear são, geralmente, utilizados motores passo a passo ou servomotores.
No caso dos servomotores, estão disponíveis versões alimentadas a corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA). Os servomotores de corrente contínua são motores de alto desempenho normalmente aplicados quando as condições de arranque e paragem devem ser realizadas de forma rápida e precisa. Nestes, o binário é controlado pela corrente e a velocidade pela tensão fornecidas. Os servomotores de corrente alternada são, basicamente, motores de indução reversíveis, com diferentes fases, adaptados para a servo operação. Estão disponíveis em versões assíncronas e síncronas (Stoeterau 2004).
Por outro lado, os motores passo a passo convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos discretos, denominados de passos. Podem ser classificados quanto às soluções construtivas existentes: motores de relutância variável, motores de íman permanente e motores híbridos (Stoeterau 2004).
A escolha de um tipo de motor dependerá principalmente do sistema que se pretende implementar e das características de cada solução disponível. Assim, em seguida é apresentada uma breve lista de características para cada tipo de motor.
• Custo inferior;
• Boa precisão, em condições normais de operação; • Possibilidade de utilização de encoder;
• Utilização de um sistema em malha aberta;
• Não é necessária afinação, caso sejam utilizados abaixo das suas capacidades máximas;
• Velocidades de rotação tipicamente mais baixas do que as dos servomotores; • Implementação simples.
Características de um servomotor (Overby 2010):
• Custo superior, não só do motor em si, mas também de todos os sistemas periféricos;
• Utilização de um sistema em malha fechada, proporcionado uma maior segurança e controlo;
• Reduções mecânicas superiores, já que os motores apresentam uma velocidade elevada, frequentemente superior à necessária;
• Afinação necessária;
• Tempos de operação e de resposta inferiores; • Implementação complexa.
4.4 - Acoplamentos
Como método de ligação entre os sistemas de acionamento e os sistemas de transmissão são utilizados acoplamentos. Uma vez que um alinhamento perfeito entre os dois sistemas é impossível de garantir, é necessário compensar os desalinhamentos (Stoeterau 2004).
Os acoplamentos têm como função a união e transmissão de movimento entre dois veios. Permitem ainda absorver desalinhamentos, desde que estes se encontrem dentro dos limites impostos pelo fabricante (Stoeterau 2004).
Podem ser classificados como permanentes ou não permanentes, também conhecidos como embraiagens. Dentro dos permanentes estão disponíveis versões rígidas, flexíveis ou de transmissão por atrito. Já no caso dos não permanentes, estes podem ser hidráulicos magnéticos ou de forma (Stoeterau 2004).
Para o presente projeto, foram analisadas as versões correspondentes aos acoplamentos permanentes flexíveis, já que as versões rígidas e por atrito apresentam uma baixa capacidade de absorção de desalinhamentos. Os acoplamentos não permanentes foram também postos de parte, uma vez que o desacoplamento não é necessário durante o funcionamento da máquina em desenvolvimento. De realçar ainda que apenas foram analisadas versões que proporcionam uma folga nula na transmissão de movimento, aspeto bastante importante para correto controlo dos movimentos lineares.
De seguida são analisados 4 tipos de acoplamentos flexíveis disponíveis no mercado (Gonçalves 2015):
para os veios. A transmissão do movimento é realizada por dentes existentes em cada cubo. Entre as superfícies de contacto dos dentes, são colocados insertos poliméricos, geralmente em poliuretano. Esta característica aumenta a capacidade de absorção de vibrações por parte destes acoplamentos, sendo muito utilizados em situações de funcionamento contínuo como, por exemplo, no acionamento de bombas e ventiladores. Existem versões especialmente concebidas para a transmissão de movimento entre veios que proporcionam folga “zero”.
• Acoplamento de rasgo helicoidal (Figura 4.8, b) – construído a partir de uma única peça metálica. Para que o acoplamento absorva os desalinhamentos axiais, laterais e angulares, são executados rasgos helicoidais, no espaço compreendido entre os dois pontos de fixação para os veios.
• Acoplamento de disco (Figura 4.8, c) – de construção semelhante ao acoplamento de elastómero, excetuando a forma como a transmissão de movimento é realizada entre os dois cubos de fixação. Em vez de insertos plásticos entre dentes, são utilizados discos aparafusados diretamente aos cubos. Possuem uma rigidez de torsão superior às duas versões vistas anteriormente, mantendo a capacidade de acomodar desalinhamentos. Esta capacidade pode ser aumentada recorrendo a um maior número de discos aparafusados sucessivamente em série.
• Acoplamento de fole (Figura 4.8, d) – constituído por dois cubos de fixação para os veios, ligados entre si por um fole metálico. A utilização de um fole permite uma boa absorção de desalinhamentos axiais, laterais e angulares. Estes possuem ainda um baixo momento de inércia comparativamente com as outras versões analisadas.
Figura 4.8: Acoplamentos permanentes flexíveis: (a) de elastómero, (b) de rasgo helicoidal, (c) de disco e (d) de fole (R+W® 2017).