O quê, porquê e como?

Devido à sua capacidade de fornecer alto empuxo e posicionamento preciso, os fusos de esferas são encontrados em muitas aplicações de montagem automatizadas que exigem movimento linear.

Os fusos de esferas acionam estágios de posicionamento para a montagem de peças pequenas. Eles controlam o eixo Z em robôs e o pistão em prensas eletromecânicas de montagem. Devido à sua alta rigidez, baixo deslocamento lateral e altas velocidades de deslocamento, os fusos de esferas são encontrados em muitas máquinas de montagem eletrônica, incluindo alimentadores de magazine, impressoras de pasta, dispensadores e equipamentos de colocação e inserção.

Assim como os fusos Acme, os fusos de esferas convertem movimento rotativo em movimento linear. Mas, diferentemente dos fusos Acme, os fusos de esferas possuem roscas helicoidais côncavas, e os rolamentos de esferas deslizam entre o fuso e a porca em uma pista de rolamento recirculante. Essa configuração minimiza drasticamente o desgaste mecânico e permite que um fuso de esferas converta mais de 90% do torque do motor em empuxo.

As roscas de um fuso de esferas podem ser retificadas ou laminadas. Os fusos de esferas com roscas retificadas são mais precisos do que aqueles com roscas laminadas, mas também são mais caros. Assim como os fusos trapezoidais, os fusos de esferas apresentam uma folga mínima, ou seja, um movimento axial relativo entre o fuso e a porca quando o motor não está girando. Tanto nos fusos de esferas quanto nos fusos trapezoidais, a folga normalmente começa em 0,15 mm (0,006 polegadas). No entanto, à medida que um fuso trapezoidal se desgasta, a folga aumenta. Isso não ocorre em um fuso de esferas, devido ao seu baixo desgaste.

A questão da folga depende da aplicação. Por exemplo, em uma aplicação de movimento vertical, a carga exerce pressão constante sobre a porca, portanto a folga não é um problema. Uma maneira de eliminar a folga é usar uma porca pré-tensionada. Pré-tensionada significa que a interface entre as esferas e as ranhuras é pré-tensionada, de modo que não há folga na pista de rolamento. A posição da porca é inteiramente função da posição rotacional do eixo. O pré-tensionamento também aumenta a rigidez do sistema.

Os mancais de apoio em cada extremidade do fuso de esferas não devem ser negligenciados. Eles são classificados como simples, fixos ou livres. Os mancais de apoio simples, como os rolamentos de esferas, oferecem boa rigidez radial, mas não rigidez axial. Os mancais de apoio fixos, como pares de rolamentos de contato angular, proporcionam rigidez em ambas as direções. Um mancal de apoio livre é exatamente isso: nenhum mancal.

A qualidade do suporte do fuso de esferas determina a velocidade de rotação e a carga máxima que ele pode suportar. Ao especificar fusos de esferas, os engenheiros devem fornecer o máximo de informações possível sobre a aplicação. Essas informações devem incluir as cargas esperadas, as direções de rotação, o número de ciclos, os cursos e a vida útil. Até mesmo as condições ambientais são importantes, pois podem afetar as vedações dos rolamentos.

Corey aconselha os engenheiros a entenderem a diferença entre precisão, repetibilidade e resolução — e a evitarem especificar mais precisão do que realmente precisam. Aumentar a precisão em um parafuso é extremamente caro. Aumentar a repetibilidade é a diferença entre uma porca padrão e uma porca pré-tensionada. Custará mais, mas nem de perto tanto quanto aumentar a precisão. Aumentar a resolução é barato e fácil.