Cilindro elétrico também conhecido como atuador linear industrial, é uma das soluções de movimento linear que precisa de acionamento de alta velocidade com grande força. Projetar um cilindro elétrico para uma máquina de prensagem envolve várias considerações importantes, incluindo requisitos de força, comprimento do curso, velocidade, precisão e controle. Abaixo está um guia passo a passo para projetar um cilindro elétrico para uma aplicação de prensagem:
1. Definir requisitos de aplicação
Força (kN ou lbs): Determine a força de pressão máxima necessária.
Comprimento do curso (mm ou polegadas): Até onde o cilindro deve se estender/retrair.
Velocidade (mm/s ou pol/s): Velocidade linear desejada durante a operação.
Ciclo de trabalho: Operação contínua ou intermitente.
Precisão (mm ou polegadas): Precisão de posicionamento necessária (por exemplo, ±0,01 mm).
Ambiente: Temperatura, poeira, umidade, etc.
2. Selecione o tipo de cilindro elétrico
Os cilindros elétricos vêm em diferentes configurações:
Acionado por fuso de esferas: Alta precisão, alta força e velocidade moderada.
Acionado por parafuso de avanço: Menor custo, menor eficiência, adequado para cargas mais leves.
Acionado por correia: Alta velocidade, menor capacidade de força.
Motor Linear: Velocidade e precisão ultra-altas, caro.
Para máquinas de prensagem, cilindros elétricos acionados por fuso de esferas são comumente usados devido à sua alta força e precisão.
Servo Motor: Alta precisão, controle dinâmico, ideal para aplicações de prensagem.
Motor de passo: Menor custo, adequado para aplicações mais simples com controle em malha aberta.
Motor CA/CC com Encoder: Para controle básico de velocidade/posição.
Parâmetros principais do motor:
Torque (Nm ou lb-pol) – Deve atender aos requisitos de força.
Velocidade (RPM) – Deve corresponder à velocidade linear exigida.
Potência (kW ou HP) – Depende da força e velocidade.
Cálculo de Força:
F=2π×Torque do Motor×Eficiência/Avanço do Parafuso
Onde:
F= Força linear (N)
Avanço do parafuso = Distância percorrida por revolução (mm/rev)
Eficiência (~90% para fusos de esferas)
4. Considerações sobre projeto mecânico
Estrutura e Carcaça: Deve suportar forças de pressão sem deflexão.
Trilhos guia: Rolamentos lineares ou trilhos perfilados para movimento suave.
Paradas finais: Limites mecânicos para proteção contra ultrapassagem.
Acoplamentos e montagem: Garanta o alinhamento adequado entre o motor e o parafuso.
5. Sistema de controle
PLC ou Motion Controller: Para ciclos de prensagem automatizados.
Feedback de força e posição: Células de carga ou sensores de pressão para controle de malha fechada.
Interface IHM: Para entrada e monitoramento do operador.
Exemplo de sequência de pressionamento:
Aproximação rápida (alta velocidade, baixa força).
Prensagem (força/velocidade controlada).
Tempo de permanência (força de retenção).
Retrair.
6. Recursos de segurança
Proteção contra sobrecarga: Limites de torque em servoconversores.
Parada de Emergência: Corte de energia em caso de falha.
Freios Mecânicos: Evitam retrocesso em aplicações verticais.
7. Exemplo de cálculo
Cenário:
Força necessária: 10 kN
Comprimento do curso: 200 mm
Velocidade: 50 mm/s
Avanço do fuso de esfera: 10 mm/rev
Precisão de posicionamento desejada: ±0,02 mm
Etapas:
Cálculo do torque do motor:
Torque=F×Chumbo/2π×Eficiência=10.000N×0,01m/2π×0,9≈17,7Nm(Adicione 20-30% de margem de segurança → ~22 Nm necessários.)
Rotação do motor:
RPM=Velocidade Linear (mm/s)×60/Avanço (mm/rev)=50×60/10=300RPMRPM=Avanço (mm/rev)Velocidade Linear (mm/s)×60=1050×60=300RPMSeleção de motores:
Um servomotor com ≥22 Nm de torque e ≥300RPM (por exemplo, 400W-750W servo motor com caixa de velocidades se necessário).
8. Vantagens dos Cilindros Elétricos em Máquinas de Prensagem
Controle preciso de força e posição (vs. hidráulico/pneumático).
Eficiência energética (não é necessária pressão de fluido constante).
Limpeza e baixa manutenção (sem vazamentos de óleo ou compressores de ar).
Programável (perfis de prensa flexíveis).
9. Desafios potenciais
Custo inicial superior ao hidráulico/pneumático.
Geração de calor em ciclos de trabalho intenso (pode exigir resfriamento).
Força limitada em comparação com grandes sistemas hidráulicos.
Conclusão
Um cilindro elétrico para uma máquina de prensagem deve ser projetado com base em:
• Requisitos de força, velocidade e curso.
• Necessidades de precisão e controle.
• Seleção adequada de motor e parafuso.
• Integração com sistemas de segurança e feedback.
Para aplicações pesadas (por exemplo, >50 kN), os sistemas hidráulicos ainda podem ser preferíveis, mas os cilindros elétricos se destacam na prensagem de precisão (por exemplo, montagem de eletrônicos, fabricação de dispositivos médicos).
