Freio de retenção do atuador linear Training

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Design e teoria

Como regra geral, Atuadores lineares industriais não operam em reverso. O acionamento reverso é quando a carga de um parafuso, atuador ou sistema pode operar a unidade em reverso quando desligada.

O acionamento reverso de atuadores lineares industriais pode ser impedido de diversas maneiras. Alguns atuadores são projetados com parafusos de avanço de travamento automático. Atuadores que utilizam parafusos de esfera têm um freio de retenção integrado. O freio de retenção mais comum é o freio com mola protegida.

Como evitar o acionamento reverso

Para saber como funciona o freio com mola protegida, continue lendo, ou avance para o próximo tópico. (link)

Como funciona o freio com mola protegida

O principal componente do freio com mola protegida do atuador é a embreagem com mola protegida. Uma embreagem com mola protegida básica consiste em dois hubs e em uma mola protegida. O diâmetro interno da mola protegida é um pouco menor que o diâmetro externo dos dois hubs. Quando montada, a mola é forçada sobre os dois hubs.

Design de uma mola protegida básica

A rotação de qualquer um dos hubs na direção para desenrolar ou soltar a mola protegida permite que o hub gire livremente.

O movimento que solta a mola permite o giro livre

A rotação do hub na direção que enrola a mola com mais firmeza faz com que a mola envolva firmemente os hubs, engatando-os positivamente. Quanto maior a força da rotação, mais firmemente a mola prende os hubs.

O movimento envolve ou aperta a mola causa engate

Se um dos hubs for mantido estacionário, este conjunto poderá formar um freio. No entanto, ele só poder frear em uma direção e girar livremente na outra. Para frear em ambas as direções, como o freio com mola protegida do atuador, são necessários mais componentes.

Freio com mola protegida do atuador

O freio com mola protegida dos atuadores é composto, essencialmente, por 2 embreagens com mola protegida. As embreagens compartilham um hub de entrada em comum, que está localizado no centro, e 2 hubs de saída em cada lado. O hub de entrada é conectado ao eixo do parafuso que é acionado pelo motor, o que faz com que o atuador se estenda ou retraia (cor verde na animação).

Vista explodida do freio do atuador (simplificada)

A rotação do eixo e do conjunto do hub de entrada (verde) no sentido horário faz com que a mola protegida envolva fortemente o hub de entrada e o hub de saída esquerdo, o que causa o travamento conjunto deles. A mola protegida solta o hub direito, permitindo que ele deslize.

Freio do atuador girado no sentido horário

A rotação do eixo e do conjunto do hub de entrada (verde) no sentido anti-horário faz com que o hub de entrada e o hub de saída direito travem juntos. Assim, o hub de saída esquerdo desliza.

Freio do atuador girado no sentido anti-horário

Motor acionando a atuação

Quando o motor gira o parafuso e o conjunto do hub de entrada no sentido anti-horário, o atuador se expande. Quando o atuador se expande, a força de expansão empurra o atuador contra o hub esquerdo. Como mostrado anteriormente, o hub esquerdo é o hub que desliza nessa direção. Quando o motor gira o parafuso no sentido horário, o atuador se retrai, as forças de retração puxam o atuador contra o hub direito, e o hub direito é o hub que desliza nessa direção.

Na animação abaixo:

O tubo de extensão que contém a porca é representado pelo cilindro azul.
A direção da força externa (da tensão ou da compressão) e a força oposta contra o hub, são mostradas pelas setas laranja.
As setas amarelas representam as forças que travam os hubs e a mola juntos do parafuso e do conjunto do hub de entrada em rotação.

Freio com mola protegida do atuador expandindo e contraindo

Retenção de uma carga

Para que esse conjunto funcione como um freio, é necessário adicionar material de atrito às extremidades dos hubs externos. Quando a carga tenta comprimir o atuador, o hub de saída esquerdo é pressionado contra o material de atrito, freando o hub esquerdo. Similarmente, quando a carga puxa o atuador em tensão, o hub de saída direito é pressionado contra o material de atrito, freando o hub direito.

Ao mesmo tempo, a carga de compressão ou tensão aplicada ao atuador cria a tendência de o parafuso sofrer acionamento reverso ou girar. Essa tentativa de giro trava o eixo do parafuso e o conjunto do hub de entrada em um dos hubs de saída. Quando a carga tenta comprimir o atuador, a mola protegida trava o hub de entrada no hub de saída esquerdo. Quando a carga puxa o atuador em tensão, a mola protegida trava o hub de entrada no hub de saída direito.

Na imagem abaixo:

A direção da tentativa de acionamento reverso do parafuso é mostrada pelas setas vermelhas.
As setas amarelas mostram os hubs e a mola travados juntos no parafuso e o conjunto do hub de entrada tentando fazer acionamento reverso.

Esquerda: freio sob compressão. Direita: freio sob tensão

Observe que o conjunto do hub de entrada é travado junto com o hub de saída que está sendo forçado contra o material de atrito, o que freia seu giro. Isso acontece tanto nos cenários de compressão quanto de tensão, o que impede o giro do parafuso e do conjunto do hub de entrada. Com o conjunto impedido de girar, o tubo de extensão é retido na posição.

Cargas auxiliares

Uma carga auxiliar é uma carga que tem a mesma direção na qual o atuador está se movendo. Uma carga de compressão enquanto o motor está tentando retrair o atuador, ou uma carga de tensão enquanto o motor está tentando expandir o atuador.

Este cenário é quase igual àquele em que o motor aciona o atuador, com uma diferença. O hub forçado contra a superfície de atrito será o hub de saída oposto. Isso significa que o hub giratório girará contra o material de atrito (mostrado em rosa na animação). Nesta situação, o motor será ligado por atrito e expandirá ou contrairá o atuador. No entanto, este cenário causa certo desgaste no material de atrito.

Atuador expandindo e contraindo com a carga auxiliar