Escolhendo a Fixação Ideal para Cilindros Pneumáticos: Fatores-Chave para Desempenho Máximo

Por Vitor Rangel, Especialista em Marketing de Produto, Atuadores, da Emerson

Se você escolheu um atuador pneumático dimensionado corretamente para sua aplicação, agora é hora de decidir como montá-lo. Selecionar a melhor configuração de fixação para sua aplicação de cilindro é uma consideração crítica de design para garantir desempenho ótimo e maximizar a vida útil do cilindro.

Para facilitar instalação e intercambiabilidade mundial, a maioria das fixações de cilindro são construídas conforme normas NFPA ou ISO. Embora inúmeras variações estejam disponíveis, os estilos de fixação tipicamente se enquadram em três categorias principais: fixações de linha central fixa, fixações não de linha central fixa e fixações de linha central pivotante.

Ao selecionar a fixação certa para a aplicação, o elemento principal a considerar é a própria aplicação. Na maioria dos casos, a função pretendida do atuador e os requisitos ou restrições da aplicação determinarão amplamente qual tipo de fixação escolher. Alguns fatores-chave a considerar são o curso do cilindro (longo versus curto), o plano de movimento (horizontal, vertical ou ao longo de caminho curvo), o tamanho da carga e condição da carga (guiada versus não guiada), a resistência à coluna da haste do pistão e o espaço de instalação. Em algumas circunstâncias, o material da fixação também pode ser relevante dependendo de suas propriedades mecânicas e do ambiente de aplicação.

Vale notar que todos esses fatores também se aplicam a cilindros hidráulicos de alta pressão, para os quais a pressão de operação também pode se tornar fator decisivo. Certas fixações de cilindro terão classificações de pressão reduzidas para prevenir falhas prematuras associadas a tensões excessivas de cisalhamento e flexão resultantes das altas forças e pressões de operação possíveis com tais designs.

Como o ajuste adequado de amortecimento, se a configuração de fixação não for cuidadosamente considerada, pode causar falha prematura dos cilindros. Portanto, gostaríamos de fornecer diretrizes e boas práticas para ajudar a evitar problemas associados à fixação de cilindros.

Entendendo a Terminologia de Fixação de Cilindros

Em geral, a codificação dos tipos de fixação de cilindros cobertos por normas NFPA e ISO consistirá em duas letras e um número, conforme exemplos NFPA abaixo:

Fixações de linha central fixa – Tipos MX1, MX2, MX3, MF1, MF2, MF5, MF6, ME3, ME4, MS3.

Fixações não de linha central fixa – Tipos MS1, MS2, MS4, MS7

Fixações de linha central pivotante – Tipos MP1, MP2, MP3, MP4, MT1, MT2, MT4, MU3

A primeira letra indica se é uma fixação (M) ou acessório (A) e a segunda letra designa o estilo:

B – corpo
E – cabeça/tampa
F – flange
P – pivô

R – nariz roscado
S – pé ou lugs
T – munhão
X – prisioneiros ou tirantes

Nota: Também é possível que codificações de fixação consistam em 3 letras. Prática comum em configurações de haste dupla onde a letra (D) é adicionada à designação padrão (ex: MDF1 – cilindro de haste dupla com fixação de flange frontal).

Cobertos os fundamentos da nomenclatura de fixação, vejamos os benefícios e limitações distintas de cada categoria principal.

Fixações de linha central fixa

Como o nome sugere, fixações de linha central fixa são melhores para aplicações onde o empuxo do cilindro foca na linha central da haste do cilindro. Com a força focada assim, o cilindro pode ser fixado na extremidade da cabeça ou da tampa via flanges quadrados ou retangulares, tirantes estendidos ou com lugs de linha central (embora este método seja menos usado). Fixações de linha central fixa são adequadas para aplicações de força em linha reta e tendem a ser mais estáveis contra balanço no curso de extensão de potência. Fixações de flange oferecem boa resistência e rigidez, mas baixa tolerância a desalinhamento, enquanto designs de tirante estendido são menos rígidos mas mais modulares, permitindo maior flexibilidade de montagem.

Ao escolher fixação de linha central fixa, é importante estar ciente de alguns pontos adicionais. Para prevenir desalinhamento e flacidez sob cargas, deve-se fixar a montagem do cilindro a uma estrutura rígida (estrutura da máquina) e, se possível, garantir que o caminho de percurso da extremidade da haste seja linear e guiado, pois isso também poderia travar o cilindro pneumático. No caso de cilindros de curso longo, a extremidade livre do corpo do cilindro também pode requerer suporte adicional para evitar alguns dos problemas mencionados.

Fixações não de linha central fixa

Em fixações não de linha central fixa, o empuxo do cilindro é alinhado paralelo, mas não na linha central da haste do cilindro. Este estilo de fixação é provavelmente o mais fácil de montar e permite serviço e substituição simples e diretos. O cilindro pode ser fixado via lug de extremidade, lug lateral ou fixação lateral roscada.

A linha de empuxo deslocada deste estilo requer consideração especial, pois coloca tensões de flexão e cargas adicionais nos parafusos de fixação que podem causar desgaste ou afrouxamento ao longo do tempo. Portanto, para maximizar vida útil e segurança, esta fixação deve ser muito bem alinhada; a carga deve percorrer caminho linear preciso e ser bem suportada e guiada horizontal e verticalmente. Cilindros fixados rigidamente não toleram desalinhamento fixo consistente, especialmente em retração total. Dito isso, um desalinhamento menor que seja zero em retração total e aumente muito ligeiramente com o curso é tipicamente aceitável em construções pesadas.

Fixações de linha central pivotante

Fixações de linha central pivotante são geralmente usadas em aplicações onde o caminho da carga é curvo ou desalinhamento é um problema que não pode ser evitado. Com este estilo, a linha central do cilindro pode balançar em uma ou mais direções, com movimento principal geralmente ocorrendo em um plano. Fixações de clevis, olhal e munhão são exemplos de fixações de linha central pivotante.

A fixação de clevis é uma das mais versáteis e amplamente usadas, sendo mais adequada para aplicações de cilindros de curso curto, diâmetro médio ou menor. Uma fixação de munhão pode ser usada onde a de clevis normalmente seria usada, mas causaria comprimento total excessivo do cilindro.

Para cilindros de curso longo e/ou pesados, a fixação de munhão central ou intermediária é a melhor. Em geral, esta fixação suporta o peso do cilindro e deve ser localizada próxima ao ponto de equilíbrio do cilindro no momento de empuxo máximo.

A fixação esférica também é estilo comum e particular de fixações de linha central pivotante. Composta por um mancal esférico, permite movimento angular (geralmente 5 a 10 graus) em plano perpendicular ao plano principal de movimento do pivô e deve ser usada com um bico de graxa para máxima eficácia e manutenibilidade.

Por último, ao considerar fixações de linha central pivotante, é importante lembrar que a fixação da extremidade da haste do cilindro também deve poder pivotar, e é melhor usar suportes de acessórios do fabricante do cilindro e pinos de pivô de tolerância fechada para garantir ajuste e operação adequados.

Considerações adicionais para otimizar desempenho do cilindro

Como aludido ao longo deste artigo, para preservar a vida do cilindro e garantir desempenho máximo, é muito importante manter o empuxo do cilindro o mais próximo possível da linha central da haste do pistão e livre de desalinhamento ou empuxo lateral. Empuxo descentralizado e cargas laterais encurtam significativamente a vida útil prevista do mancal da haste e da vedação da haste e devem ser evitados a todo custo.

Além do estilo de fixação, vários outros aspectos não devem ser negligenciados ao instalar um cilindro. Deve-se ter cuidado para evitar danos à porção exposta da haste do pistão. Peças roscadas devem ser apertadas conforme especificação e puxadas firmemente contra ombros da rosca para minimizar flexão e reduzir tensão de fadiga. Rotação excessiva da haste do pistão dentro do cilindro deve ser evitada para prevenir possível ranhura no tubo do cilindro e danos às vedações do pistão. Por fim, suporte adicional ou incorporação de fixação intermediária deve ser considerado para prevenir flacidez danosa em cilindros de curso longo.

O portfólio extenso e líder da indústria da Emerson de cilindros pneumáticos e hidráulicos AVENTICS^TM atende às necessidades de desempenho e flexibilidade de suas aplicações de automação de máquinas. Visite www.emerson.com/aventics para saber mais sobre nossa oferta.