Quando falamos em deslocamento linear, logo vem à mente algumas opções: correia dentada, cremalheira, fuso de esferas. Sem dúvidas, entre esses três elementos mencionados, o fuso de esferas é o mais preciso.
Além dessa qualidade, o produto funciona de forma silenciosa e efetiva, sem a necessidade do auxílio de bombas.
Confira, neste artigo, outros detalhes sobre o fuso de esferas: quais são os principais tipos, as vantagens, como fazer o seu dimensionamento e, ainda, quais os cuidados necessários para a sua manutenção.
O que é um fuso de esferas?
Fuso de esferas é um atuador mecânico responsável pelo deslocamento linear, principalmente em máquinas industriais. Feito de aço e com alta durabilidade, é capaz de aplicar e suportar cargas elevadas. Seu funcionamento é baseado em um eixo roscado que fornece uma pista helicoidal para rolamentos de esferas que funcionam como um parafuso de precisão. Assim, converte o movimento rotacional em movimento linear, com baixo atrito.
O dispositivo é aplicado em inúmeros processos industriais, viabilizando o funcionamento de equipamentos e sistemas. Nas fábricas de filamentos de fibra óptica, por exemplo, ele é imprescindível, bem como em máquinas-ferramenta.
O fuso de esferas é um sistema de acionamento eficiente para projetos de baixa e alta carga, muito utilizado para converter a energia de rotação produzida por motores de passo, motores AC, servomotores e similares, em movimento linear.
O dispositivo pode ser descrito como um tipo de parafuso e uma porca que operam de forma similar a rolamentos, atuando em conjunto para transmitir potência, assim como um parafuso comum de potência.
A diferença está no atrito: em vez de deslizante, ocorre um atrito de rolamento, em que a porca possui uma ranhura interna como pista externa, enquanto o fuso tem uma ranhura helicoidal enrolada como pista interna.
Para que serve o fuso de esferas?
O uso básico do fuso de esferas tem a ver com o seu funcionamento, que é baseado em um eixo roscado, como destacado anteriormente, e que conta com uma pista helicoidal que é por onde as esferas vão rolar — funciona, essencialmente, como um parafuso de precisão.
Esse dispositivo, inclusive, tem ampla aplicação no segmento industrial, como em fábricas de filamentos de fibra óptica, e em máquinas-ferramenta por conta da sua capacidade de acionar, com eficiência, precisão e repetibilidade para cargas baixas e elevadas.
Como bem apontamos no tópico anterior, os diferentes tipos de motores acima têm bastante uso para o fuso de esferas.
Como funciona um rolamento de esferas?
Por falar em lubrificar um fuso de esferas, não há área mais beneficiada do dispositivo do que o rolamento de esferas. No caso do rolamento rígido de esferas, seu funcionamento se dá por meio dos corpos rolantes que contribuem com a movimentação e o suporte de cargas, além de reduzir o atrito.
Também dá para destacar que o rolamento rígido de esferas, assim como o rolamento de rolos, é um dos mais populares do mercado, atualmente, e ele é produzido em diferentes dimensões, como mencionamos nos tópicos anteriores. É um excelente custo benefício porque conta com versatilidade para diferentes aplicações e pode conferir mais versatilidade e eficiência ainda aos processos operacionais do seu projeto.
Tipos de fuso e suas aplicações
O fuso de esferas foi registrado, pela primeira vez, em 1929, por Rudolph G. Boehm, e ficou conhecido como “castanha antifricção”, destacando-se pela capacidade de mover cargas pesadas com suavidade.
Ao longo das décadas, a invenção passou por evoluções, tanto no seu processo de fabricação, quanto na sua construção. Confira a seguir os tipos de fuso.
Fusos Planetários
O fuso planetário atua sem recirculação e oferece qualidade elevada e alto nível de robustez, carga, velocidade e aceleração. Além disso, tem excelente vida útil, requer pequeno espaço de instalação e seu consumo de lubrificante é reduzido.
Tem grande capacidade de operação, ideal para aplicações que requerem precisão de posicionamento.
Devido à sua robustez, é indicado para a construção de equipamentos que requerem força elevada, como injetoras, prensas, etc. A desvantagem é que o custo costuma ser 5 vezes mais elevado do que um fuso de esferas.
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Fuso de Esferas com Recirculação
O fuso com recirculação é o mais tradicional, possui pistas paralelas com recirculadores que permitem que as esferas troquem de pistas, com a combinação ideal de capacidade de carga, garantindo precisão de posicionamento e resolução detalhada.
Esse tipo de sistema favorece a passagem da esfera recirculante, com baixíssimo atrito, permitindo uma atuação com torque de um terço, se comparado a outros modelos de fusos.
Assim, há uma redução no consumo de energia, no desgaste de componentes, na emissão de ruído e na temperatura de operação. Vale ressaltar que esta solução industrial de alta precisão apresenta rigidez axial.
Geralmente, o fuso recirculante é aplicado em tornos CNC, fresadoras, máquinas CNC, retíficas, robôs, equipamentos de montagem de precisão, na movimentação de superfícies de controle de aviões e mísseis, etc.
Fusos Planetários Invertidos Compactos
Trata-se de uma variante do fuso de esferas planetário, apresentando uma eficiente atuação eletromecânica, principalmente em aplicações que exigem alta capacidade de carga e compacidade.
O deslocamento desse tipo de fuso depende do diâmetro nominal. Contém poucas peças, é compacto (como o nome diz), tem alta velocidade de rotação (dependendo do diâmetro) e sua precisão é de passo padrão. É utilizado em diferentes projetos industriais.
De porca rotativa
Esse tipo de fuso fornece posicionamento preciso e também serve como solução compacta, de fácil integração em aplicações de atuação linear que requerem velocidades elevadas, cursos longos e baixo ruído.
Sua construção permite que o motor de acionamento se movimente com a porca para diminuir a inércia, exigir menos potência e alcançar velocidades lineares ainda mais altas.
Costuma ser usado em equipamentos de produção e em sistemas automatizados, como os de embalagem e corte à laser.
Dimensões do fuso de esferas: entenda
A especificação das dimensões do fuso de esferas devem ser detalhadamente apontadas porque cada uma delas corresponde a um uso específico, bem como características que vão trazer mais alinhamento para determinados tipos de tarefas.
Mas é também importante que você saiba, antecipadamente, três elementos bem singulares para determinar as dimensões do fuso de esferas que você vai precisar:
- carga aplicada;
- comprimento livre entre mancais;
- velocidade máxima (mensurada em RPM — rotações por minuto).
Classe de Precisão C10
Os fusos de Classe Precisão C10, por norma, são os fusos que possuem erro de passo de 0.21 mm / 315 mm. Os fusos de esferas C10 são todos laminados.
Classe de Precisão C07
Os fusos de Classe Precisão C07 possuem um erro de passo de 0.05 mm / 315 mm. Os fusos desse grau de precisão são em geral laminados, mas podemos também encontrá-lo como fusos retificados.
Classe de Precisão C05
Recentemente, com a melhoria dos processos de laminação de precisão, já é possível encontrar alguns fabricantes de fuso de esferas laminados C05. Mas em geral, esses fusos são retificados e o erro de passo é 0.018 mm / 315 mm.
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Quais os benefícios do fuso de esferas?
O fuso de esferas tem como ponto forte a precisão, sendo um dos elementos de movimentação linear mais precisos, ficando atrás apenas do motor linear.
Isso porque o fuso de esferas é obtido por meio de um processo de retífica ou laminação, e isso lhe garante, no mínimo, uma repetibilidade de 5 centésimos ao longo do seu deslocamento.
Além disso, tem alta capacidade de carga e, justamente por ter esferas, apresenta excelente eficiência, que pode chegar em torno de 98%. Isso significa muito mais economia em diversos projetos industriais, em termos de motorização.
Quando optamos por um fuso trapezoidal, por exemplo, cuja eficiência é de cerca de 40%, é preciso um motor com mais do que o dobro de potência e torque. Outras vantagens:
- O fuso de esferas possui torque de partida e partidas suaves, o que evita trancos nos movimentos;
- O produto pode ser recuperado até 3 vezes, proporcionando economia de 30 a 70% para a empresa, se comparado a um novo;
- Seu nível de folga é baixíssimo ou igual a zero;
- Não requer ajustes e seu retrofit é fácil e rápido;
- Tem eficiência superior quando comparado a roscas ACME, alguns atuadores lineares e mancais de fuso;
- Geralmente, suporta temperaturas que variam de -20 a 90°F;
- Favorece a transposição de eixos e motores;
- Sua operação é silenciosa e efetiva, sem a necessidade do auxílio de bombas; entre outros benefícios.
Como fazer o dimensionamento correto do fuso de esferas?
Para especificar corretamente o fuso de esferas, é recomendável contar com a ajuda de uma empresa especialista em automação. Isso vai garantir o sucesso da aplicação do produto em projetos de máquinas.
Se você tiver em mãos três informações básicas, ficará mais fácil fazer a especificação e encontrar o diâmetro adequado do produto:
- carga aplicada;
- comprimento livre entre mancais;
- velocidade máxima em rpm.
Uma dica para realizar a especificação é consultar este catálogo de fuso de esferas e analisar as colunas “Carga Estática” e “Carga Dinâmica”.
O conjunto de fuso SFNU1605, por exemplo, tem capacidade dinâmica (Ca) de 1.380 Kgf e capacidade de carga estática (Coa) de 3.052 (Kgf).
Quais cuidados são necessários para a sua manutenção?
Em geral, o fuso de esferas é um produto de baixa manutenção. É preciso inspecioná-lo frequentemente e, quando corretamente selecionado e instalado, não exige muitos cuidados, além de uma lubrificação periódica com óleo ou graxa para rolamentos.
A viscosidade do lubrificante varia de baixa a alta, dependendo da velocidade de trabalho e do tipo de carga.
A melhor maneira de descobrir se os fusos necessitam de reparo é medir suas folgas. Esse método exige um kit especial de aferição, além de ferramentas dedicadas, o que inviabiliza sua prática nas indústrias.
Por isso, é importante contar com uma empresa especialista em automação para realizar da melhor maneira o reparo, garantindo o prolongamento da vida útil do produto.
Muitos fusos de esferas podem ser reparados ou ter a sua vida útil estendida se empregadas determinadas técnicas especializadas.
Em situações em que o fuso flexionado não retorna à posição inicial ou quando ocorrem danos físicos ao dispositivo ou, ainda, o manuseio inadequado, a troca do produto se torna obrigatória.
Como calcular o fuso de uma esfera?
Uma boa dica para você aprender a calcular o fuso de uma esfera é por meio da Lei de Pareto e usar, para isso, um dispositivo com com a capacidade de carga dinâmica sempre dez vezes superior à carga aplicada.
Contudo, essa dica não é 100% efetiva porque essa técnica desconsidera diversas variáveis, como:
- fixação;
- velocidade;
- sentido;
- comprimento.
No mais, recomendamos sempre o auxílio de especialistas para que você encontre o fuso de esferas mais alinhado às suas necessidades e aos trabalhos dos quais serão usados na sua indústria.
Veja também: o uso de esferas ideal para o seu projeto
Como lubrificar fuso de esferas?
Também vale a pena conhecer as melhores práticas de conservação e manutenção do fuso de esferas. Nesse caso, recomendamos o uso corriqueiro de lubrificantes (sendo os produtos de baixa viscosidade apropriados para cargas a serem transportadas de 32 a 68, e de alta viscosidade para cst a partir de 90).
Além disso, você pode fazer uso de outros elementos para lubrificar o fuso de esferas, como é o caso da graxa — embora o lubrificante sempre seja mais recomendável — e óleo.
A periodicidade de manutenção também depende das indicações do fabricante e do seu fornecedor de dispositivos, como o próprio fuso de esferas, podendo oferecer as melhores dicas com precisão e total alinhamento a cada tipo de produto.
Conclusão
Esperamos que este artigo tenha sido útil para sanar suas dúvidas sobre o fuso de esferas. Como vimos, esse produto é um dos elementos de movimentação linear mais precisos do mercado, essencial para sistemas de automação.
Seus diversos tipos atendem às exigentes aplicações industriais e trazem benefícios importantes como o alto índice de eficiência e o favorecimento na transposição de eixos e motores.
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