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Eixos lineares: Normas de precisão para eixos lineares MISUMI
Os eixos lineares são um subconjunto de guias lineares e proporcionam estabilidade e precisão em sistemas de movimento linear. São colocados vários requisitos de precisão em eixos lineares para garantir que os movimentos são realizados com baixa fricção, precisão e fiabilidade. Estes requisitos especificam arredondamento, rectidão e perpendicularidade, bem como a concentricidade do eixo linear. A MISUMI oferece eixos lineares em versões padrão e de precisão. Neste artigo, irá aprender sobre as diferentes funcionalidades, quando utilizar que variante e quais são os requisitos de precisão.
Principais parâmetros de precisão para eixos lineares
Os parâmetros de precisão típicos dos eixos lineares são a rectidão, arredondamento, perpendicularidade e concentricidade. Afetam a precisão, estabilidade e longevidade dos eixos lineares instalados e de todo o sistema em que os eixos lineares estão instalados. Mesmo desvios menores podem levar a um maior desgaste, vibração ou erros de posicionamento. Neste contexto, as tolerâncias dimensionais e a seleção do ajuste são aspetos importantes para o fabrico e utilização de eixos lineares. A tolerância de forma descreve o desvio permitido da forma geométrica do eixo da dimensão nominal ideal, enquanto que a tolerância de posição descreve o desvio permitido da posição ou alinhamento ideal de um eixo.
- (D) Diâmetro
- (K) Linearidade
- (M) Arredondamento
- (L) Comprimento de trabalho
- (Y) Comprimento global resultante
- (F) Passo, esquerdo
- (P) Diâmetro roscado ou de passo, esquerdo
- (S) Passo do comprimento da rosca, direito
- (T) Passo, direito
- (B) Passo do comprimento da rosca, esquerdo
- (Q) Diâmetro da rosca ou do passo, direito
A conformidade com as normas de precisão também é um critério chave para selecionar mercados de aquisição. Uma instalação de fabrico em Portugal dá à MISUMI a capacidade de produzir peças de precisão dentro da UE. Na MISUMI, beneficiamos disto através de entregas atempadas, rotas de entrega comparativamente curtas e materiais em conformidade com as normas europeias.
A secção seguinte discute alguns dos parâmetros principais em detalhe:
Arredondamento dos eixos lineares
O arredondamento descreve a precisão com que a secção transversal da haste corresponde a um círculo matematicamente perfeito. O elevado arredondamento garante uma carga de rolamento uniforme e um elevado desempenho. Desvios de apenas alguns milímetros podem levar a uma pré-carga, o que faz com que o eixo linear e o rolamento se desgastem mais rapidamente. As aplicações de alta precisão requerem, portanto, tolerâncias de arredondamento apertadas.
Aliás, o esgotamento e o arredondamento não são os mesmos. A excentricidade descreve como o eixo roda em torno do eixo de rotação, conforme medido num ponto fixo do eixo. Isto é especificado pelas chamadas tolerâncias de runout que descrevem o desvio do eixo ideal.
- (1) Eixo
- (2) Diâmetro ideal do eixo redondo
- (3) Desvio do diâmetro real
A tabela seguinte mostra a arredondamento M como uma função de D e a tolerância ISO:
| Tolerância ISO | ||
|---|---|---|
| Diâmetro de exemplo D | g6, h6 - eixo endurecido | f8 - Eixo não endurecido |
| Arredondamento M | Arredondamento M | |
| 10 | 0.004 | 0.011 |
| 16 | 0.005 | 0.014 |
| 30 | 0.006 | 0.017 |
| 50 | 0.007 | 0.020 |
Desvios de diâmetro externo
Um diâmetro externo preciso dentro de limites de campo de tolerância apertados é particularmente relevante se forem necessárias alta precisão e suavidade de orientação. Também forma a base se for necessário um alinhamento exato sem folga ou se forem necessários tipos específicos de ajuste, como o ajuste de interferência.
Embora o desvio permitido da versão de precisão seja de 0,02 mm, a versão padrão especifica uma tolerância de desvio de 0,1 mm.
Linearidade do eixo linear
A linearidade descreve a precisão do alinhamento de uma haste ao longo de todo o seu comprimento. Não deve desviar-se de uma linha ideal. Quanto mais precisa for a linearidade, mais precisos e uniformes são os movimentos dos componentes guiados. Uma máquina de medição de coordenadas 3D e uma sonda podem ser utilizadas para medir a linearidade.
A tabela seguinte mostra os padrões de precisão MISUMI para linearidade do eixo como uma função de D e L:
| g6, h6 - Eixo endurecido |
f8 - Eixo não endurecido |
|||
|---|---|---|---|---|
| L | D | Retilinearidade K | L | Retilinearidade K |
| * | 3 e 4 | ≤ (C/100) x 0.05 | ≤ 100 | ≤ 0.025 |
| * | 5 | ≤ (C/100) x 0.03 | ||
| ≤ 100 | 6 a 50 | ≤ 0.01 | > 100 | ≤ (L/100) x 0.025 |
| > 100 | ≤ (L/100) x 0.01 | |||
Concentração das hastes lineares
A concentricidade de um eixo é entendida como significa a precisão com que os eixos rotativos, por exemplo, um diâmetro exterior do eixo e um desvio de moente na face frontal estão alinhados entre si. Quanto maior for a concentricidade, mais uniforme será o comportamento rotacional. O runout e a concentricidade estão, portanto, diretamente relacionados. Para eixos lineares não rotativos, a concentricidade é mais relevante para a precisão do alinhamento.
Perpendicularidade do eixo linear
A perpendicularidade garante que o eixo linear está a um ângulo exato de 90° em relação a outros componentes do sistema. Podem ocorrer tensões e forças de cisalhamento laterais na ausência de perpendicularidade. Estes afetam a orientação, fricção e movimento.
Desvios de comprimento
A tabela seguinte mostra as tolerâncias de desvio das dimensões L ou Y como uma função do comprimento da peça.
| Dimensão L/(Y) | g6, h6 - eixo endurecido | f8 - Eixo não endurecido | |
|---|---|---|---|
| mais de | ou inferior | Tolerância | |
| > 3 | ≤ 6 | ±0.1 | |
| > 6 | ≤ 30 | ±0.2 | |
| > 30 | ≤ 120 | ±0.3 | |
| > 120 | ≤ 400 | ±0.5 | |
| > 400 | ≤ 1000 | ±0.8 | |
| > 1000 | ≤ 1500 | ±1.2 | |
Desvios da espessura da parede
A espessura da parede em veios ocos afeta a estabilidade geral e a resistência à flexão do veio linear. Neste caso, o foco está na poupança de material e/ou peso. Ao mesmo tempo, a espessura da parede afeta a deformação do eixo deslocando o centroide. A haste é deformada em vários graus (consulte também centricidade), dependendo da orientação da força radial que atua na haste. Nas juntas de rosca interna, a espessura da parede também afeta a precisão do alinhamento.
A tabela seguinte fornece uma visão geral dos desvios de espessura da parede do eixo oco permitidos para eixos fabricados em material equivalente à norma EN 1.3505 e EN 1.4125.
| D | EN 1.3505 Equiv. Valor do desvio da espessura da parede |
EN 1.4125 Equiv. Valor do desvio da espessura da parede |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 | ≤ 0.3 | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | ≤ 0.4 | ≤ 1.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10 | ≤ 4.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 12 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 13 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 25 | ≤ 0.6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 30 | ≤ 1.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 35 | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 40 | ≤ 1.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 50 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A escolha certa: Diferenças entre designs padrão e de precisão
A MISUMI fabrica eixos lineares em versões padrão e de precisão. Ambas as variantes diferem, por exemplo, em arredondamento e rectidão, classes de tolerância de eixo, acabamento de superfície, material, dureza do material e suas aplicações.
Para obter mais informações sobre este tópico, consulte os nossos blogues sobre testes de dureza (relevantes para a seleção de materiais) e fundamentos de rugosidade da superfície (relevantes para a precisão e longevidade dos eixos lineares).
Seguem-se alguns dos materiais utilizados para fabricar eixos:
Material: Material de precisão CF53 (DIN/EN)
O material CF53, ou número de material europeu 1.1213, é um aço temperado não ligado. A sua composição química consiste em carbono, silicone, manganês, fósforo e enxofre. A CF53 é adequada para indução e endurecimento de chamas e, portanto, pode ser usada em aplicações com altas cargas mecânicas. É normalmente utilizado na indústria automóvel, por exemplo, em componentes de eixos ou colunas guia. Com um teor médio de carbono de aproximadamente 0,5%, a CF53 pode ser maquinada com precisão através de torneamento, fresagem e moagem. A elevada estabilidade dimensional pode ser alcançada graças ao endurecimento indutivo. Por conseguinte, está prontamente adaptado para produzir veios de precisão.
Material: Material de precisão C45 (JIS)
O material C45 (JIS) corresponde ao número de material europeu 1.0503 com o nome abreviado DIN/EN S45C. É um aço temperado ou estrutural sem ligas com uma estrutura de grão muito uniforme e elevado teor de carbono. Tem alta resistência, dutilidade e resistência ao desgaste, tornando-o um aço popular para aplicações de engenharia mecânica. C45 só pode ser endurecido dentro dos limites. O endurecimento completo não é possível, mas a elevada dureza da extremidade pode ser alcançada.
Material: Material de precisão SUJ2 (JIS)
O material SUJ2 (JIS) corresponde ao número de material europeu 1.3505 com o nome abreviado DIN/EN 100 Cr6 e é um aço de rolamento. É utilizado para fabricar rolamentos, mas também é utilizado em aplicações de engenharia mecânica para componentes sujeitos a desgaste.
Material: Material de precisão SUS304 (JIS)
O material SUS304 (JIS) corresponde ao material europeu número 1.4301 com o nome abreviado DIN/EN X5CrNi18-10. É um aço inoxidável austenítico com 18% de teor de crómio e 8% de níquel. O SUS304 é um dos tipos de aço inoxidável mais utilizados. As suas propriedades mecânicas e boa resistência ao calor tornam-no a escolha preferida para aplicações que requerem resistência à resistência à corrosão e resistência à resistência. Embora o SUS 304 seja conhecido pela sua excelente resistência à corrosão, pode corroer, por exemplo, em ambientes de cloreto quente.
Material: Material de precisão SUS440C (JIS)
O material SUS440C (JIS) está em conformidade com o número de material europeu 1.4125 com a abreviatura DIN/EN X105CrMo17. É um aço inoxidável martensítico de alto carbono. O SUS440C atinge uma resistência muito elevada, dureza e excelente resistência ao desgaste após o tratamento térmico. Além das suas propriedades mecânicas, caracteriza-se por uma boa resistência à corrosão em ambientes industriais ligeiramente húmidos, ácidos ou alcalinos.
Várias tolerâncias ISO
Há várias classes de tolerância ISO para precisão de eixo linear que definem precisão dimensional e tolerâncias de fabricação. Definem os desvios permitidos da dimensão nominal para o diâmetro do eixo e influenciam a precisão do ajuste com rolamentos (por exemplo, buchas de rolamentos simples) e guias. A tolerância do eixo indica a precisão com que o diâmetro do eixo corresponde à dimensão nominal ou ideal. Os designs de precisão têm frequentemente tolerâncias mais apertadas, enquanto os designs padrão são utilizados em aplicações que permitem tolerâncias mais amplas.
O que significam as classes de tolerância ISO para eixos em detalhe?
Existe uma distinção entre tolerâncias finas e grossas. A tolerância fina significa que o eixo é fabricado com tolerâncias dimensionais muito apertadas e que não há espaço para desvios. Os eixos com tolerância fina têm alta precisão, por exemplo, classe de tolerância h5. Tolerâncias grossas permitem maiores desvios do tamanho nominal. Os eixos deste tipo, por exemplo, com tolerância f8, têm uma precisão mais baixa, mas são normalmente mais económicos. Uma classe de tolerância comumente usada é o campo de tolerância h7, que define um desvio dimensional estreito para ajustes.
As tolerâncias do eixo também interagem sempre com as tolerâncias do rolamento ou do guia, por exemplo, a tolerância de diâmetro das buchas de rolamento simples. A combinação dos diferentes campos de tolerância resulta em diferentes ajustes (por exemplo, ajuste de folga, ajuste de pressão ou ajuste de transição). Por exemplo, a combinação F8/h7 descreve um ajuste perfeito para máquinas de precisão com requisitos de posicionamento precisos. Enquanto a letra maiúscula define o campo de tolerância do furo, a letra minúscula define o campo de tolerância do eixo.
Para obter mais informações sobre tolerâncias de forma e posição, consulte nosso artigo sobre tolerâncias de forma e posição de acordo com a ISO 1101 e a norma japonesa JIS B 0001.
Versões diferentes por tipo de rolamento
Os rolamentos simples e os rolamentos cilíndricos têm requisitos diferentes para a precisão do eixo. Os rolamentos simples têm duas superfícies que se movem opostamente uma à outra, o que resulta num movimento deslizante. Os rolamentos simples têm uma grande superfície de contacto e também podem acomodar eixos feitos de material não endurecido devido à compressão da superfície inferior associada. No entanto, o posicionamento do rolamento liso no eixo é frequentemente menos preciso em comparação com os rolamentos cilíndricos. Os rolamentos simples são fáceis de fabricar e económicos. São geralmente adequados para aplicações nas quais a precisão do alinhamento do eixo é de importância secundária e que incorrem cargas de vibração ou choque.
Os rolamentos de rolo devem ser utilizados sempre que forem especificados requisitos de alta precisão. Os rolamentos de rolo reduzem a resistência à fricção com corpos de rolamento entre os anéis interno e externo. Os rolamentos de rolo são particularmente suaves devido à fricção de rolamento resultante. O aço de precisão pode ser utilizado para fabricar requisitos de precisão particularmente elevada. Como resultado, as esferas para os elementos de rolamento têm alta dureza com contacto de ponto fixo e alcançam altas classificações de carga dinâmica. Para evitar marcas de testemunho e outros danos na superfície do eixo, o material do eixo linear deve ter sempre uma dureza mais elevada do que o material dos elementos de rolamento.
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