Transmissões de parafuso esférico – Função / estrutura / tipos / classe de precisão
As transmissões de parafuso esférico são fabricadas de acordo com os critérios de seleção e especificações da norma DIN ISO 3408 ou JIS B 1192, etc.
As transmissões de parafuso esférico são componentes de alta precisão usados em várias aplicações para converter o movimento rotativo em movimento linear. As áreas de aplicação para transmissões de parafuso esférico são amplas e incluem áreas como máquinas CNC, impressoras 3D, robótica, máquinas-ferramentas e muitas outras aplicações industriais.
Construção de transmissões de parafusos esféricos
As transmissões de parafusos esféricos consistem num parafuso de avanço (2), uma porca de parafuso esférico (3) e esferas (4). Uma calha especial (1) está localizada na porca na qual as esferas rolam. O parafuso de avanço é fornecido com um guia de rosca adequado que é adaptado à forma da porca. As esferas permitem o movimento de baixo atrito ao operar entre as calhas da porca e o parafuso de avanço. As chaves de parafuso de esfera podem ter um mecanismo de autobloqueio. O autobloqueio é a capacidade de um sistema mecânico impedir o movimento autônomo não intencional. Num sistema com autobloqueio, o movimento é bloqueado por forças mecânicas ou induzidas por atrito assim que a força de acionamento é removida.
Estilos de parafusos de avanço
Existem diferentes versões de parafusos de avanço. Diferem, por exemplo, da seguinte forma:
- Por princípio de design (rotação, parafuso de avanço estacionário), guia linear da porca
- Por retorno de esfera (dentro ou fora)
- Início com a mão esquerda ou direita
- Único ou múltiplo
- Precisão: Transporte ou posicionamento da transmissão de parafuso
Transmissões de parafuso esférico único
As transmissões de parafusos de esfera único consistem num parafuso de avanço único com uma porca de parafuso de esfera. São amplamente utilizados na indústria e são utilizados principalmente em aplicações com cargas baixas e altas velocidades.
Transmissões de parafuso esférico múltiplo
Ao contrário das transmissões de parafuso esférico único, as transmissões de parafusos esféricos múltiplas consistem numa porca de rotação esférica com várias filas de esferas. As filas adicionais de esferas levam a uma maior capacidade de carga e rigidez e são frequentemente utilizadas em aplicações pesadas.
Com guia linear
Uma transmissão de parafuso esférico com guia linear tem uma ou mais calhas guia nas quais a porca esférica (que transporta o transportador ou a carga) desliza. A função da calha guia é orientar e suportar o movimento linear e obter precisão e estabilidade. As vantagens são alta precisão, repetibilidade e rigidez. As transmissões de parafuso de esferas com guias lineares são particularmente adequadas para aplicações que requerem posicionamento e estabilidade precisos, tais como máquinas CNC e máquinas-ferramentas.
- 1 Parafuso de avanço
- 2 Porca de parafuso de esfera com flange
- 3 Rolamento
- 4 Transportador
- 5 Motor com caixa de velocidades
Sem guia linear
Para parafusos esféricos sem guias lineares, a porca do parafuso esférico move-se diretamente no parafuso de avanço sem uma calha de guia linear separada. A porca desliza ao longo do parafuso de avanço. A vantagem é que os parafusos sem guias lineares separadas são usados em aplicações que têm limitações de espaço ou requerem projetos simples. Podem oferecer uma solução mais barata em aplicações menos exigentes.
Classes de precisão
As classes de precisão das transmissões de parafuso esférico são classificações específicas que descrevem a precisão e as tolerâncias. Estão especificados em normas relevantes, como a JIS B 1192 japonesa (ISO 3408). ISO 3408 especifica, por exemplo, a diferença entre o caminho alvo e o caminho nominal ao longo do caminho útil. As seguintes classes de tolerância resultam:
- C0 - C5: Definidas pelo desvio médio do caminho e pela tolerância da flutuação do percurso
- C7 - C10: Definido pelo desvio médio da distância ao longo de um comprimento de 300 mm.
A norma ISO 286 fornece uma classificação alternativa para níveis de tolerância utilizados em algumas normas e fornece graus de precisão semelhantes aos das classes C: IT 1 e seguintes
No que diz respeito à folga axial, as transmissões de parafuso esférico podem ser pré-carregadas (sem folga) ou com folga. As transmissões de parafuso esférico com uma classe de alta precisão são normalmente pré-carregadas. Recomenda-se a utilização de uma transmissão de parafuso esférico com pré-carga para posicionamento de precisão, para aplicações de medição de posição, para construção de dispositivos científicos e, geralmente, para aplicações que exijam a maior rigidez possível do conjunto. As transmissões de parafuso esférico com uma classe de baixa precisão estão normalmente sujeitas a folgas. Recomenda-se a utilização de transmissões de parafuso esférico sujeitos a folga caso a resistência ao binário (curso suave) seja um requisito fundamental, caso algum desvio de tolerância seja compensado por um sistema de medição ou caso os erros de posição causados pela folga axial sejam irrelevantes.
Vantagens das transmissões de parafuso esférico
As transmissões de parafuso esférico oferecem alta precisão e rigidez, uma vez que o atrito é significativamente reduzido. Esta função proporciona maior precisão e transferência eficiente do movimento rotativo para o movimento linear. A distribuição uniforme da carga pelas bolas sobre a calha garante estabilidade e uma distribuição eficaz da carga. Estão disponíveis transmissões de parafuso de esfera no formato de conjuntos prontos a instalar e conseguem níveis de eficiência elevados de até 95 %.
Vantagens sobre os parafusos trapezoidais
Uma transmissão de parafuso esférico oferece várias vantagens em relação aos parafusos trapezoidais:
- Maior precisão
- Menor atrito: Os parafusos esféricos têm menos atrito devido à utilização de esferas ou rolamentos esféricos como contactos do rolo.
- Velocidades mais elevadas devido ao atrito reduzido e ao contacto eficiente com o rolamento
- Autobloqueio inferior
- Desgaste reduzido
- Força de transmissão reduzida devido ao atrito reduzido e transferência de energia mais eficiente
- Design mais compacto: As transmissões de parafuso esférico muitas vezes permitem um design mais compacto porque permitem a utilização de motores ou unidades de acionamento mais pequenos devido à sua maior eficiência e precisão.
Especificar as transmissões de parafuso esférico correspondentes
Se for necessária uma nova transmissão de parafuso esférico, é importante conhecer determinados parâmetros e propriedades. As transmissões de parafuso de esfera estão disponíveis com rosca métrica e rosca em polegadas. A designação comercialmente disponível fornece informações sobre qual rosca é necessária. As transmissões de parafuso de esfera com dimensões em polegadas são especificadas como tipo 1004 (corresponde a um diâmetro de parafuso de avanço de uma polegada e um passo de 1/4 polegadas) e as transmissões de parafuso de esfera com dimensões métricas, por exemplo, como tipo 12x3 (corresponde a um diâmetro de parafuso de avanço de 12 mm e um passo de 3 mm).
As transmissões de parafuso esférico são rotuladas com o diâmetro do círculo central da esfera e o seu passo. O diâmetro exterior do parafuso de avanço pode ser medido para determinar o diâmetro do círculo central da esfera. Para determinar o passo, é necessário determinar em primeiro lugar se é necessária uma transmissão de parafuso esférico de arranque único ou múltiplo. Em transmissões de parafuso esférico de arranque único, os segmentos de ranhura estão localizados diretamente um ao lado do outro; e existem intervalos correspondentes entre os arranques em transmissões de parafuso esférico de arranque múltiplo. Pode-se determinar o tipo mais facilmente enrolando um cabo:
o passo resulta da distância entre um segmento do filete e o segmento do filete seguinte, por exemplo, 3 mm.
O efeito stick-slip e como minimizá-lo
O efeito stick-slip (ou sistema de vibração auto-excitante) ocorre quando duas superfícies se movem alternadamente e se ligam em vez de deslizarem suavemente. A força de preensão de um objeto contraria a força do peso com a qual o objeto deve ser movido. Até que a força necessária para superar a força de preensão seja exercida, o objeto permanece preso e é então libertado a uma velocidade aumentada e começa a deslizar. Assim que o estado do atrito de deslizamento tenha sido alcançado e o objeto continuar a ser movido com pressão constante, já não adere.
No entanto, um efeito stick-slip que ocorre leva a oscilações e vibrações no sistema, que são geralmente indesejáveis. Em contraste com as roscas trapezoidais ou roscas de parafuso, que exibem atrito estático, o efeito stick-slip dificilmente desempenha um papel nas roscas esféricas, uma vez que estas exibem substancialmente atrito de rolamento. No entanto, se houver um efeito de atrito nas transmissões de parafuso esférico, várias medidas podem ser tomadas, incluindo:
- Utilização de lubrificantes
- Seleção precisa de materiais e produção
- Evitar o stress excessivo
- Utilização de conjuntos sem folga axial ou com folga axial ajustável
- Apertar o conjunto para aumentar a rigidez
Calcular a vida útil das roscas esféricas
A vida útil das transmissões de parafuso esférico pode ser calculada usando a classificação de carga dinâmica. É definido pelo número total de rotações, tempo ou distância após o qual as superfícies de rolamento de esferas ou esferas começam a delaminar. A fórmula seguinte aplica-se às horas de funcionamento Lh:
- Lh = vida útil em horas (h.)
- C = Classificação de carga dinâmica (N): Uma carga axial que atua num grupo de esferas iguais e em que 90 % dos espécimes de teste são capazes de alcançar 1 milhão de rotações sem as superfícies de rolamento delaminarem
- Pm = Carga axial média (N)
- Nm = Velocidade média (min -1)
- fw = Fator de carga, exemplos: Funcionamento sem carga de choque fw = 1,0 a 1,2 | Funcionamento normal fw = 1,2 a 1,5 | Funcionamento com carga de choque fw = 1,5 a 2,0
As informações a seguir são usuais para a vida útil: 10.000 horas para máquinas industriais, 20.000 horas para máquinas-ferramentas, 15.000 horas para equipamentos de automação e instrumentos de medição.
Selecionar transmissões de parafuso esférico
A seleção da transmissão de parafuso esférico adequada depende de vários fatores, incluindo requisitos de carga, velocidades, requisitos de precisão e o ambiente em que é utilizada. Em máquinas CNC, as transmissões de parafuso esférico asseguram a gravação e a fresagem precisas, enquanto impressoras 3D produzem uma qualidade de impressão camada a camada precisa. A robótica beneficia do controlo preciso do movimento das juntas, das máquinas-ferramentas dos processos de maquinação altamente precisos.
As condições de funcionamento da transmissão de parafuso esférico, tais como precisão de posicionamento, curso, velocidades de deslocação, vida útil, etc., devem ser especificadas em primeiro lugar. No passo seguinte, é feita uma pré-seleção da transmissão de parafuso esférico com base na precisão do guia, no movimento axial e nas cargas esperadas. Por fim, a carga axial permitida, a velocidade de rotação permitida e a vida útil esperada devem ser verificadas. Utilize o nosso processo de seleção para dimensionar a sua transmissão de parafuso esférico MISUMI. A MISUMI fornece transmissões de parafuso esférico adequados, acoplamentos de compensação e rolamentos esféricos para muitas aplicações.
