Fuso de esferas é ideal para o seu projeto?

Apesar de ser o queridinho de muitos projetos de automação industrial, as vezes pode não ser o ideal. Nesse artigo vamos explicar os benefícios e contraindicações do fuso de esfera.

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Se você acompanha com frequência nosso blog, já deve ter lido em artigos anteriores uma série de indicações sobre a escolha correta ou as inúmeras vantagens e aplicações dos fusos de esferas.

O fuso de esferas são responsáveis pela conversão de energia de rotação gerada por um motor de passo, servo motor ou similar, em um movimento linear. Considerado um sistema de acionamento muito eficiente, de baixo atrito, o fuso de esfera faz um movimento helicoidal, que é quando um elemento sólido gira em torno de um eixo fixo, deslocando-se ao longo desse eixo, semelhante a uma hélice.

Os fusos de esferas Kalatec oferecem o melhor custo-benefício do mercado, com eficiência acima de 95%

Conheça algumas das contraindicações

  • Os fusos de esferas não possuem autofrenagem. Então, se a aplicação requer autobloqueio  é necessário planejar mecanismos de freio compatíveis;
  • Dependendo do ângulo da hélice, os fusos de esferas podem ter seu movimento revertido devido à baixa fricção interna.
  • Geralmente não são recomendados para máquinas-ferramentas convencionais (manuais) já que precisam da rigidez de um servo motor para evitar que a ferramenta se desloque e enterre a peça usinada. Nesses casos, o avanço do corte pode ser superior ao avanço ideal, podendo danificar a peça e a ferramenta, causando acidentes.
  • Além disso, no caso dos fusos de esferas personalizados, o custo acaba sendo um fator de peso. Os fusos trapezoidais são mais baratos de se fabricar.
  • Comparado a outros sistemas ainda podem ser observados mais alguns pontos importantes como, por exemplo, a baixa capacidade de carga onde um dente do engrenamento suporta toda a carta do sistema.
  • Um fuso de esfera nunca poderá ser usado em aplicações verticais sem frená-lo, pois, sempre retorna ao ponto mais baixo sem a presença de um freio.

 

Possíveis falhas no uso do fuso de esferas

São inúmeros os motivos que podem levar ao desgaste prematuro de um fuso de esferas, mas vamos falar sobre alguns mais comuns, com os quais você pode se identificar.

O Spalling é a falha que pode ser causada tanto pela falta de lubrificação – ponto importante que ainda vamos complementar aqui no texto – quanto pela contaminação por compostos externos nas pistas do circuito, que podem ser comprimidas pelas esferas. Observar as condições da castanha, se apresenta desgaste acentuado nos flancos da crista é uma forma de identificar a falha.

Outros fatores também podem resultar a esse tipo de problema, como:

  • Pré-load excessivo;
  • Raspadores com defeito;
  • Fuso empenado;
  • Contaminação;
  • Excesso de carga;
  • Falta de lubrificação;
  • Cargas laterais;
  • Subdimensionamento;
  • Empenamento;
  • Batidas na castanha.

Brinelling é o nome dado à falha causada por excesso de carga no fuso de esferas, gerado por um erro de dimensionamento ou alteração no projeto da máquina. Isso acontece quando a carga manipulada é aumentada no equipamento sem ter a preocupação de compensar o fuso por outro. Normalmente essa falha causa pequenos riscos longitudinais à pista do fuso, bem visíveis. Então observe, cuide e fique de olho nos sinais.

 

Conheça também algumas de suas vantagens

  • Os fuso de esferas convencionais apresentam eficiência de até 95% frente aos 50% de um fuso de rosca trapezoidal de mesmo tamanho. Sua alta eficiência mecânica em comparação com alternativos se dá ao baixo atrito.
  • Os fuso de esferas com custos mais elevados podem ser compensados por menores exigência de energia para o mesmo desempenho geral.
  • Possui baixo torque de partida e partidas suaves, evitando trancos nos movimentos.
  • Um fuso de esfera pode ser recuperado por até 3 vezes, gerando economia de 30 a 70% para sua empresa, se comparado a um novo.
  • Nível de folga baixíssimo ou igual a zero.
  • Não necessita ajustes, apresentando vida previsível, de fácil e rápido retrofit.
  • Eficiência de 90 a 95% frente à rosca acme: 30 a 40%. Resultado muito maior do que o de atuadores lineares que normalmente estão em 40% e mancais de fuso que normalmente são 25%.
  • A maioria dos fuso de esferas pode ser usada em temperaturas ambientes que variam de -20 a + 90 ° F. É possível subir até 120 ° F alterando o material dos revestimentos, que desviam as esferas de sua pista.
  • Dentro de um contexto de automação industrial ele é muito importante, porque favorece a transposição de eixos e motores.

 

fuso de esferas - Linha completa com modelos de 8 a 100mm de diâmetros
Os fusos de esferas operam de modo silencioso, efetivo, sem a necessidade do auxílio de bombas

 

Por que escolher um fuso de esferas?

Se você precisa de controle em seu projeto, então o fuso de esfera pode ser a solução que você busca. Esse é o principal motivo para escolher um fuso de esfera para seu sistema de automação.

Comparando com os sistemas pneumáticos ou hidráulicos, que demandam pressurização constante de uma fonte externa, um fuso de esfera acionado eletricamente é muito mais preciso (precisão de mícrons) e de fácil aplicação, além de não exigir energia quando está parado, gerando economia. Vale destacar também que sua eficiência é tão significativa, podendo atingir facilmente altas velocidades lineares de até 2 metros por segundo com cursos longos de até 5 metros.

As versões dos fusos de esferas Kalatec disponíveis possuem avanços de até 50 mm, tanto das séries SFS quanto das séries SFE, e com menor diâmetro de 6 mm da série SFK.

Também podemos classificar os fusos de esferas e a variedade de opções serve para oferecer à indústria aquilo que mais se adequa às necessidades e aplicações que são pretendidas pelo setor industrial.

Confira os tipos de fusos:

  • Fuso de Esferas com Castanha de recirculadores internos;
  • Fuso de Esferas com Castanha de recirculadores externos;
  • Fuso de Esferas  com Porca rotativas e rolamentadas.
  • Fuso de roletes.

 

A eficiência e desempenho dos fusos de esferas

Os sistemas de um fuso de esfera são capazes de obter movimento linear com eficiência média do sistema de 90%. Isso excede em muito os atuadores lineares e as tomadas de parafuso (geralmente 40% e 25%, respectivamente). Além disso, por não demandarem energia enquanto estão parados, se sobressaem aos sistemas pneumáticos e hidráulicos, que exigem pressurização contínua. Ou seja, sua eficiência é medida também em termos energéticos, além de todas as outras vantagens já citadas anteriormente.

Indicados para projetos de baixa e alta carga devido à sua alta eficiência, suas aplicações mais comuns vão desde aeronaves militares e comerciais, onde são usadas em estabilizadores, trens de pouso, atuadores de motores e posicionamento de asas, até aplicações menos avançadas, incluindo semicondutores e raízes. Eles também podem ser usados ​​em sistemas de transporte de água e mesas de fresadoras, assim como em aplicações automotivas.

 

Comparando com os demais atuadores

Além de serem mais simples que um sistema hidráulico ou pneumático, operar silenciosamente e de modo efetivo sem necessitar do auxílio de bombas, os fusos de esferas são 3 vezes mais eficientes que um fuso acme.

Comparando o custo-benefício, também temos nos fusos de esferas soluções muito mais precisas e que suportam bem menos desgastes do que essas contrapartes acessíveis, perdendo apenas para correias, cabos ou correntes.

 

Qual a relação do fuso de esfera e o servo motor

A relação é que o movimento do servo motor é frequentemente convertido em movimento linear pelo uso de uma rosca (fuso de avanço ou fuso de esferas), ou ainda, pelo uso de correias dentadas. Quando se pensa em um servo motor, geralmente está se referindo a um servo motor rotativo, e ele pode ser de 2 tipos diferentes:

Servo motor CA;

Servo motor CC sem escovas;

Você pode conferir mais informações sobre os servos motores Kalatec clicando aqui.

 

fuso de esferas - Linha completa
Linha completa de fuso de esferas

Agora vamos falar sobre as classificações de carga dinâmica para fusos de esferas industriais.

A classificação de carga dinâmica é o valor calculado para sistemas de fusos de esferas para deter a carga máxima de empuxo que um conjunto de fusos e porcas pode transmitir.

Essas classificações de carga dinâmica são baseadas em 1.000.000 de rotações nessa carga, e a velocidade linear vai depender da velocidade de rotação do fuso e do passo do fuso (que geralmente varia entre 5 e 40 mm).

Com cargas leves é possível alcançar a velocidade linear de 1,0 m/s, mas o ideal é que toda e qualquer carga esteja alinhada com o fuso, pois as cargas radiais são adversas à vida útil.

As classificações de carga geralmente variam de 1 a 150kN, mas na prática, os fatores operacionais vão reduzir essas medições e podem afetar o desempenho e vida útil. Incluem-se nessa lista os fatores velocidade, carga e ciclo de atividade.

 

Qual a vida útil do fuso de esferas

A vida útil de um fuso de esferas varia de acordo com as cargas nominais, cargas reais, qualquer carga de choque e a velocidade da aplicação. Se uma vida útil desejada for especificada, é possível fazer ajustes no dimensionamento e nos recursos do fuso de esferas para alcançar a vida útil desejada. Aqui na Kalatec contamos com uma equipe especializada para os reparos em fusos de esferas.

fuso de esferas em corte
Sua estrutura possibilita o movimento linear adequado para seu projeto

 

Como funcionam

As grandes máquinas utilizadas na indústria são compostas de inúmeras peças minúsculas, e a menor delas é de extrema importância para o bom funcionamento da automação industrial. Esse é o caso dos fusos de esferas. Esse pequeno dispositivo mecânico é responsável pelo deslocamento linear em máquinas da indústria.

Os fusos de esferas nada mais são do que um tipo de parafuso e uma porca que operam de maneira semelhante aos rolamentos, trabalhando juntos para transmitir potência semelhante a um parafuso de potência convencional. O que muda é que em vez de atrito deslizante, as esferas dos rolamentos criam um atrito de rolamento em que a porca possui uma ranhura interna como pista externa, enquanto o fuso tem um aterramento de precisão ou ranhura helicoidal enrolada como pista interna. Entre as ranhuras circulam as bolas de aço de precisão, fazendo com que o fuso gire enquanto a outra se move linearmente.

Como ajustar a folga de um fuso de esferas

Uma das maneiras de ajustar a folga de um fuso de esferas é carregá-lo com esferas com diâmetro que auxiliem a alcançar a folga planejada, o que também pode se feito para pré-carregar o sistema de fuso de esferas. Ou também pode ser feito usando duas porcas travadas uma contra a outra. Vale reforçar que duas porcas em um fuso de esferas não dobram a sua capacidade de força.

Quando falamos em pré-carga nos referimos a reduzir a folga axial e radial. É a quantidade de tensão definida no rolamento para reduzir essa folga entre o fuso e porca, aumentando a rigidez e a repetibilidade.

O que é um rolamento de suporte de fuso de esferas

Um rolamento de suporte de fuso de esferas é o mancal de extremidade projetado para suportar a carga em um fuso e permitir que ele gire com pouca força. Estes rolamentos podem suportar um alto grau de carga axial, mas apenas uma pequena carga radial.

A importância da lubrificação no fuso de esferas

Na maioria dos casos para os fusos de esferas, quando a velocidade de trabalho é alta e a carga a ser transportada é baixa, é sugerido usar um lubrificante de baixa viscosidade (32 a 68 cst).

Em situações opostas, quando a velocidade de trabalho é baixa, com altas cargas, o lubrificante deve ser de alta viscosidade (90 cst).

Mas atenção! A graxa só deve ser empregada em aplicações específicas, pois pode interferir no tempo de vida útil das guias com o acúmulo de contaminantes, e apenas à baixa velocidade de trabalho do equipamento. Dê preferência para graxas a base de lítio se for inevitável sua utilização. Evite aquelas à base de bissulfeto de molibdênio por atacar os anéis de vedação.

O curso de deslocamento do fuso é muito importante para garantir a recirculação de todas as esferas de um circuito e sua total lubrificação. Se perceber um desgaste visual do trilho, é sinal de que isso não está acontecendo.

Também é importante um deslocamento mínimo da castanha de duas vezes o comprimento dela (desconsiderando os selos).

Se você ainda ficou na dúvida ou quer conhecer um pouco mais sobre os nossos equipamentos e soluções em automação industrial, entre em contato com os nossos especialistas.

Nós, da Kalatec, estamos preparados para auxiliar você e sua empresa a conquistar os melhores resultados nos seus projetos.

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