Qual guia linear é mais adequada para minha aplicação?

No nosso dia a dia, o movimento de qualquer objeto no espaço deve ser guiado, caso contrário, cairia no chão. A porta de correr do seu escritório, o carro móvel em uma plataforma linear ou a porta protetora de uma fresadora são exemplos de movimentos guiados. A principal função de um guia é restringir os graus de liberdade de um determinado objeto em movimento. Hoje vamos falar de forma geral sobre as guias lineares utilizadas na indústria. Graças à extensa oferta disponível no mercado, as guias lineares agora são acessíveis a muitos orçamentos.

As guias lineares podem ser divididas em dois grupos principais: guias lineares com contato (quando há contato físico entre a guia e o bloco) e guias sem contato (quando não há contato entre as duas partes). A grande diferença entre eles é o desgaste das guias de contato e sua necessária manutenção.

1. Guias lineares de contato

1.1. Guias lineares com rolamentos de rolos

Existem vários tipos de guias lineares com rolamentos de rolos: guias de rolos planos, guias de arco gótico e guias tipo V. São trilhos para qualquer tipo de movimento guiado, garantindo facilidade, economia e baixa manutenção (ver Figura 1). Uma das principais características desses sistemas é sua robustez, pois ambientes sujos não afetarão seu bom funcionamento. Outra característica é o seu alinhamento, pois sua superfície de montagem não precisa ser precisa, ou seja, aceitam desalinhamentos, fato que simplifica tanto a montagem da bancada quanto o processo de montagem e ajuste. Eles também têm uma manutenção notavelmente baixa, pois ainda funcionam relativamente bem mesmo quando a guia não está suficientemente lubrificada. As desvantagens incluem sua baixa precisão, pouca rigidez, o aparecimento de folgas após o tempo de manutenção, e a curta vida útil quando colocado em aplicações dinâmicas, pois as altas acelerações impedem o correto movimento dos rolos. Devido ao seu momento de inércia, o rolo desliza na superfície ao invés de rolar, causando desgaste adicional nos pontos de partida e frenagem.

1.2. Guias lineares de rolamentos de esferas

Este tipo de guia é muito popular hoje em dia graças à sua montagem simples. A padronização de tamanhos e medidas entre diferentes fabricantes tornou-os facilmente intercambiáveis. Além disso, vêm com prazos de entrega e preços muito competitivos.

Atualmente existem dois tipos de guias de rolos lineares recirculantes: as guias de bucha (que requerem uma barra cilíndrica calibrada) e as guias de esferas com blocos, que são mais utilizadas pelos fabricantes de máquinas. As vantagens desses tipos de guias incluem sua capacidade de carga, maior rigidez, excelente precisão e longa vida útil (ver Figura 2). A montagem dessas guias é fácil, pois seu tamanho compacto faz com que não ocupem muito espaço em uma bancada de montagem. Uma opção interessante é a corrente de esferas: trata-se de um divisor que garante que as esferas dentro do bloco não entrem em contato umas com as outras, reduzindo ruído, desgaste e manutenção. As guias são recomendadas para aplicações de alta velocidade, mas ainda mais em alta aceleração de até 100 m/s ². Existem diferentes opções de revestimento e uma ampla gama de tipos de persianas para usos exigentes, como na indústria alimentícia. Suas desvantagens incluem a necessidade de montar este sistema em uma bancada de trabalho precisa. Se isso não puder ser garantido, as aplicações envolvendo duas guias paralelas podem causar bloqueios ou deslizamentos com fortes forças de resistência; de fato, não devemos esquecer que a manutenção é fundamental e uma guia de esferas recirculantes sem graxa não funcionará corretamente devido ao desgaste prematuro.

1.3. Guias de rolos lineares 

Quanto a este tipo de guia, existem duas subclasses: guias de blocos prismáticos e guias de rolos transversais, sendo a primeira bastante comum em aplicações de máquinas-ferramenta. Graças à sua rigidez e precisão, as guias de rolamentos de esferas recirculantes oferecem excelente desempenho nas aplicações de mecanização mais exigentes. Eles são fáceis de montar e ajustar, tornando-os muito populares entre os fabricantes de máquinas pesadas. No lado negativo, uma bancada de trabalho muito precisa é necessária se quisermos alinhar duas guias paralelas. Além disso, as velocidades de trabalho não podem ultrapassar 2 m/s (ver Figura 3/4).

As guias de rolos transversais são bem conhecidas por seu efeito mínimo de “slip stick”. A ausência de persianas permite uma força de resistência inferior a 1N. Para evitar que os rolos deslizem, alguns fabricantes oferecem uma corrente para garantir que os rolos se movam em sincronia com a guia. Esses tipos de guias são usados ​​regularmente em aplicações com cursos curtos entre 0 e 300 mm e, como as demais guias de rolamento, requerem uma bancada de alta precisão para montagem. A montagem é um assunto delicado, pois requer um ajuste fino muito preciso por meio de um ajuste de alta precisão de um lado da guia. O ajuste incorreto pode causar desgaste prematuro devido à pré-carga excessiva.

1.4. Guias de fricção

Estes são possivelmente os guias mais antigos da história da engenharia. Hoje em dia, graças aos materiais sintéticos modernos, existe uma vasta gama deste tipo de guias disponíveis a um custo muito baixo. Essas guias são comumente aplicadas em sistemas com pouca movimentação, como ajuste de formato. As soluções de alguns fabricantes tornam-se menos robustas ao trabalhar em ambientes com sujeira, poeira ou outros elementos agressivos. No entanto, este tipo de guia oferece excelente desempenho em baixas velocidades. A sua capacidade de carga é elevada e proporcional à superfície de contacto, pelo que esta superfície terá de ser alargada no caso de cargas pesadas. Uma vantagem adicional da guia de fricção de polímero é que ela não requer manutenção, pois trabalha a seco, de fato, a presença de graxa pode causar desgaste prematuro. Algumas desvantagens estão relacionadas ao próprio atrito: o coeficiente de atrito é, na maioria dos casos, superior a 0,2µ, o que requer a construção de mecanismos de operação maiores, pois um quinto da força é perdida no processo de atrito. Aplicações de alta velocidade não podem ser projetadas com guias de fricção, pois elas se desgastam rapidamente. Essas guias apresentam algum grau de folga e, se compensadas, o resultado é mais atrito e maior desgaste (ver Figura 5).

2. Guias sem contato, sem desgaste ou manutenção

2.1 Rolamentos de ar

Este tipo é o mais simples de todos do ponto de vista da tribologia. O bloco levita acima da superfície e, portanto, oferece um coeficiente de atrito de 10 ^-7 e até 300 m/s ²em aceleração, tornando-o muito apto para aplicações dinâmicas. Outra grande vantagem é a precisão: se a superfície da bancada de montagem for precisa e altamente plana (lembramos aos leitores que as bancadas de granito são as mais indicadas para a montagem deste tipo de guias). Esses guias oferecem uma precisão excepcional em seus movimentos. A pressão do ar pode variar entre 5 e 6 bar, que está disponível em quase todos os setores da indústria hoje em dia (ver Figura 5). Sob essa pressão, o bloco levita acima da superfície em cerca de 2-5 mícrons. A vantagem mais conhecida deste guia é que, por não haver desgaste real, não requer manutenção. Isso resulta em uma guia capaz de suportar as mais severas condições de trabalho. Podemos destacar aplicações com cursos muito curtos em máquinas de teste, até movimentos de apenas alguns mícrons, bem como movimentos de alta frequência e alta dinâmica. Entre as desvantagens, podemos destacar a necessidade de uma superfície completamente plana, sem rugosidade (o que significa que deve ser retificada em intervalos regulares) e estável em termos de temperatura e deformações.

2.2. Guias hidrostáticas

Este tipo de guia é muito popular em aplicações de máquinas-ferramenta. O espaço entre a guia e o bloco é preenchido com uma fina camada de óleo. Parece funcionar como um guia de fricção, mas sem nenhum contato físico. Essa tecnologia exige uma boa superfície de montagem e um ajuste preciso para garantir a operação correta. É um guia sem desgaste e de alta precisão. Seus benefícios mais significativos são seu alto custo e baixa oferta no mercado, o que o torna bastante desconhecido entre muitos engenheiros e fabricantes OEM (ver Figura 7).

2.3 Guias eletromagnéticas

Este tipo de guia funciona de acordo com o princípio da levitação magnética. Existem diferentes pólos repelentes que representam uma distância constante entre a guia e o bloco, significando que o objeto em movimento é suspenso magneticamente. Essas guias são normalmente usadas em salas limpas ou aplicações de vácuo, onde outros tipos de guias não podem ser aceitos. A maior desvantagem destes guias é o seu preço, que é muito mais elevado do que os outros tipos (Figura 8)

3. Resumindo as principais características

A Tabela 1 abaixo mostra as principais características das guias lineares descritas, comparando-as em termos de desempenho, custo, montagem, etc.

Tabela 1 – Comparativo das principais características das guias lineares, onde – característica baixa, 0 característica média, + característica alta e ++ característica excepcionalmente alta