Sistemas de retorno de bola, seleção de parafuso de esfera e lubrificação de parafuso de bola.

Especificar o parafuso de bola certo para um determinado aplicativo garantirá a precisão da máquina, a repetibilidade e a vida útil, minimizando o custo total de propriedade.

Uma unidade de parafuso de esfera traduz movimento de rotação em movimento linear ou vice -versa e pode aplicar ou suportar cargas de alto impulso - em direção a 750.000 lb de capacidade estática usando um conjunto de parafuso de esfera Ø6.000 pol. - com eficiência normalmente maior que 90%. Os parafusos de bola ajudam a guiar, apoiar, localizar e mover com precisão os componentes e produtos em uma variedade de aplicativos de automação.

Uma unidade de parafuso de esfera consiste em um parafuso de bola e uma porca de esfera com rolamentos de esfera de recirculação. A interface entre o parafuso e a porca é feita por rolamentos de esferas que rolam nas formas correspondentes no parafuso da bola e na porca da bola. A carga no parafuso da bola é distribuída sobre um grande número de rolamentos de esferas, para que cada bola seja submetida a uma carga relativamente baixa. Devido aos seus elementos rolantes, a unidade de parafuso da bola tem um coeficiente de atrito muito baixo, o que equivale a alta eficiência mecânica.

A principal diferença entre os parafusos e os parafusos de chumbo é o uso de rolamentos de esfera de recirculação no parafuso da bola para minimizar o atrito e maximizar a eficiência. Os parafusos de bola são mais caros que os parafusos, mas sua capacidade de transportar cargas altas, obter velocidades rápidas e proporcionar uma vida previsível os faz valer a pena o custo adicional para muitas aplicações.

As unidades de parafuso de bola geralmente fornecem eficiência mecânica superior a 90%, portanto, seu custo geralmente é compensado pelos requisitos de energia reduzidos. O aumento da capacidade de carga, vida útil mais longa e confiabilidade previsível dos parafusos de bola são vantagens sobre os parafusos de chumbo.

Repetibilidade e precisão

A precisão é uma medida de quão intimamente um sistema de movimento se aproxima de uma posição de comando e é definido como o erro máximo entre a posição esperada e real. A repetibilidade é definida como a capacidade de um sistema de posicionamento de retornar a um local durante a operação. As unidades dos parafusos da bola oferecem excelente repetibilidade (a reação depende do diâmetro do rolamento de esferas, mas normalmente varia de 0,005 a 0,015 pol.) E precisão (± 0,004 pol./ft para parafusos de bola de precisão e ± 0,0005 pol./ft para parafusos de bola marcados com precisão-plus).

A precisão do chumbo é a medida mais comum da precisão do parafuso da bola. O chumbo refere-se a quão longe uma porca de esferas não rotativa viajará com uma única volta de 360 ​​° do parafuso. A precisão do chumbo é medida como a variação permitida do deslocamento (posição real versus posição teórica) por pé ou por 300 mm. Os parafusos de bola são oferecidos no Precision Plus e no Transport no graus, com a precisão mais o acúmulo de erros de chumbo que controlam firmemente o comprimento total do deslocamento.

A reação é a livre circulação entre a porca e o parafuso e pode ser medida axial e radialmente. A melhor maneira de medir a reação axial é prender o parafuso do movimento e empurrar e puxar axialmente a porca da bola enquanto medem seu movimento com um indicador de discagem. A reação também pode ser medida colocando um indicador de discagem na porca da bola no sistema e conduzindo -o uma polegada para a frente e de volta à posição original. A variação de zero é a reação. A repetibilidade é simplesmente o valor quantitativo da reação de um parafuso de bola.

Uma porca de bola não pré-carregada tem folgas internas entre os componentes, o que significa que existe uma reação. Uma porca de bola pré -carregada não tem folga axial e, portanto, elimina a reação e subsequentemente aumenta a rigidez. A pré -carga também aumenta o torque necessário para girar o parafuso e é medido pela porcentagem de pré -carga para capacidade dinâmica (uma porca de esferas com uma capacidade dinâmica de 1500 lb e uma classificação de pré -carga de 10% tem uma pré -carga interna de 150 lb). Os parafusos de bola de rosca de precisão são geralmente usados ​​sem pré-carga. O pré-carregamento de um parafuso de bola melhora a repetibilidade removendo a reação, mas não afeta a precisão.

As porcas de esferas pré -carregadas estão disponíveis em parafusos de precisão mais e selecionam produtos de parafuso de precisão. Seu custo é maior que as nozes não pré-carregadas devido à complexidade, usinagem adicional, montagem e verificação/medição. Os conjuntos de parafusos de bola podem ser pré -carregados com configurações de porca dupla ou única. Existem três tipos principais de pré -carga - bola de tamanho grande de uma única porca (contato com 4 pontos), chumbo de pular porca único (contato com 2 pontos) e porca dupla (contato com 2 pontos). A pré -carga de porca única mantém o menor tamanho de embalagem, mantendo a capacidade de carga total. O salto por nozes de bola de chumbo têm metade da capacidade de nozes simples de tamanho semelhante, pois apenas metade dos rolamentos de esferas é carregada em cada direção. Os conjuntos de pré -carga de porca dupla têm a mesma capacidade de carga que uma única porca que apenas uma porca de esferas é carregada em cada direção.

Existem muitos métodos para fabricar parafusos de bola, embora sejam normalmente classificados em duas categorias - Precisão e Precision Plus. A corrida de um parafuso de bola de fios de precisão é formada por um processo de rolamento frio. A porca é usinada para corresponder à capacidade de desempenho do parafuso. Essa abordagem fornece precisão moderada, da ordem de ± 0,004 pol./ft precisão do chumbo nos parafusos da série de polegadas de transporte. O parafuso e a porca dos parafusos de bola de rosca de mais precisão são produzidos por moagem de precisão. Os parafusos de bola de rosca de mais precisão oferecem uma precisão muito maior de ± 0,0005 pol. O custo da precisão mais os parafusos da bola de rosca é maior que os parafusos de precisão devido ao maior tempo de processamento.

Sistemas de retorno de bola

Três tipos diferentes de sistemas de retorno de bola são comumente usados. Os tubos de retorno externos, normalmente usados ​​em parafusos de polegada, são econômicos e fáceis de instalar, manter e reparar. Os sistemas de retorno de botões internos são normalmente usados ​​em parafusos de chumbo baixo. Eles são compactos, sem saliências radiais externas para complicar a montagem e oferecer menos ruído e vibração do que retornos externos. Os sistemas de retorno interno do botão são frequentemente usados ​​em conjuntos de contato de 4 pontos, porca única e pré-carga. Os retornos internos da tampa final são normalmente usados ​​em parafusos altos de chumbo. Eles são compactos sem protrusões radiais externas para complicar a montagem. Seu ruído e vibração também são baixos em comparação com retornos externos.

Seleção de parafuso de bola

O conjunto do parafuso de esfera que fornece a capacidade de carga e a vida necessária para um aplicativo específico é melhor selecionado por meio de um processo iterativo. A carga de projeto, a orientação do sistema, o comprimento do deslocamento, a vida necessária e a velocidade necessária são usados ​​para determinar o diâmetro e o chumbo do conjunto do parafuso da bola. Os componentes individuais dos parafusos são selecionados com base na precisão e requisito de repetibilidade, restrições dimensionais, configuração de montagem, requisitos de energia disponíveis e condições ambientais.

Comece determinando a precisão e repetibilidade posicional exigida do aplicativo. Os parafusos de bola de polegada são produzidos em duas notas principais - Transporte e Precision Plus. Os parafusos da bola de grau de transporte são usados ​​em aplicações que exigem apenas movimento grosso ou que usam feedback linear para localização posicional. Os parafusos de bola de grau de precisão-mais são usados ​​onde o posicionamento preciso e repetível é crítico. Os parafusos de grau de transporte permitem maior variação cumulativa sobre o comprimento útil do parafuso. Os parafusos de precisão mais de grau contêm acúmulo de erro de chumbo para posicionamento preciso durante todo o comprimento útil do parafuso.

Determine como o conjunto do parafuso da bola será montado na máquina. A configuração dos suportes finais e a distância de viagem determinarão as limitações de carga e velocidade do parafuso da bola.

Um parafuso de bola na tensão pode lidar com cargas até a capacidade nominal da porca. Para uma porca de esfera em compactação, use um gráfico de carregamento de compressão disponível no fabricante para selecionar um diâmetro de parafuso de bola que atenda ou exceda a carga de projeto. Todos os parafusos com curvas que passam através ou acima e à direita do ponto plotado, por exemplo, são adequados para o exemplo a seguir. As cargas de compressão adequadas mostradas neste gráfico não devem exceder a capacidade máxima de carga estática, conforme fornecido na tabela de classificação para o conjunto individual da porca. Assim, com um comprimento de 2159 mm, uma carga de sistema de 30.000 lb (133.500 N) e com uma fixidade final de uma extremidade fixa e a outra final suportada - a seleção mínima é uma montagem de parafuso de precisão de 1,750 x 0,200 mais polegada.

Calcule o chumbo do parafuso da bola que produzirá o requisito de velocidade usando a seguinte fórmula.

Lead (in.) = TravelRate (in. Min.-1)/rpm

Determinando a expectativa de vida do aplicativo

A vida útil da montagem pode ser calculada usando a classificação de carga dinâmica especificada para cada porca da esfera. Todas as nozes de bola com curvas que passam ou estão acima do ponto plotadas são adequadas para o exemplo. As expectativas de vida adequadas mostradas neste gráfico não devem exceder a capacidade máxima de carga estática, conforme fornecido na tabela de classificação para o conjunto individual da porca. Neste exemplo, a expectativa de vida do aplicativo (viagens totais) desejada é de 2 milhões de n (50,8 milhões de mm). Em seguida, a carga operacional normal máxima é de 10.000 lb (44.500 N).

Determinando a velocidade crítica do parafuso

A velocidade crítica do parafuso é a condição em que a velocidade rotativa da montagem configura vibrações harmônicas. A velocidade crítica depende do diâmetro da raiz do parafuso, do comprimento não suportado e da configuração de suporte final. Na maioria dos gráficos de fabricantes, todos os parafusos com curvas que passam através ou acima e à direita do ponto plotado são adequados para o exemplo a seguir. Os quatro desenhos da fixação final mostram as configurações de rolamentos para suportar um eixo rotativo, e o gráfico mostra o efeito dessas condições na velocidade crítica do eixo para o comprimento do parafuso não suportado. As velocidades aceitáveis ​​mostradas por este gráfico se aplicam ao eixo de parafuso selecionadas e não são indicativas das velocidades alcançáveis ​​de todos os conjuntos de porca de esferas associados.

Se os cálculos de carga, vida e velocidade confirmarem que o conjunto do parafuso de bola selecionado atender ou exceder os requisitos de projeto e prossiga para a próxima etapa. Caso contrário, parafusos de diâmetro maior aumentarão a capacidade de carga e aumentarão a classificação de velocidade. Os cabos menores diminuirão a velocidade linear (assumindo a velocidade constante do motor de entrada), aumentarão a velocidade do motor (assumindo a velocidade linear constante) e diminuirá o torque de entrada necessário. Os cabos mais altos aumentarão a velocidade linear (assumindo a velocidade constante do motor de entrada), diminuirão a velocidade do motor de entrada (assumindo a velocidade linear constante) e aumentará o torque de entrada necessário.

Determine como a porca da bola irá interface o aplicativo. Um flange de porca de bola é o método típico de prender a porca da bola à carga. Nozes de esferas rosqueadas e porcas de esferas cilíndricas são maneiras alternativas de fornecer a interface.

As porcas de esferas pré -carregadas eliminarão a reação do sistema e aumentarão a rigidez. Os kits do limpador protegem a montagem dos contaminantes e contêm lubrificação. Os suportes de rolamentos e a usinagem final também estão disponíveis para a maioria dos parafusos de bola.

Os parafusos das bolas precisam ser cuidadosamente tratados antes da instalação adequada. Choques nos rolamentos de esferas podem danificar as corridas de rolamento através de brechas ou rachaduras. Cargas altas ou flexão do parafuso podem levar à flexão. É importante manter a montagem embalada e lubrificada e armazenada em uma área limpa e seca, porque os detritos e a contaminação podem atolá -los, e a alta umidade ou chuva pode causar corrosão.

A montagem do sistema é outra consideração importante. A porca da esfera deve ser carregada apenas axialmente, pois qualquer carga radial reduz significativamente o desempenho da montagem. A montagem também deve estar adequadamente alinhada com o sistema de acionamento, suportes de rolamentos e carga para obter o melhor desempenho e vida.

Lubrificação por parafuso de bola

O conjunto do parafuso da bola nunca deve ser executado sem lubrificação adequada. Os lubrificantes mantêm a baixa vantagem de atrito dos conjuntos de parafusos, minimizando a resistência do rolamento entre bolas e ranhuras e atrito deslizante entre bolas adjacentes.

O óleo pode ser aplicado em uma taxa de fluxo controlada diretamente ao ponto de necessidade e limpará os contaminantes à medida que percorre a porca da bola. Também pode fornecer resfriamento. Por outro lado, é necessário um sistema de bomba e medição para aplicar o óleo corretamente, pois o petróleo também possui o potencial de contaminar os fluidos do processo.

A graxa é mais barata e requer aplicação menos frequente que o petróleo e não contamina fluidos de processo. Por outro lado, é difícil manter a graxa dentro da porca da bola e tem uma tendência a se acumular nas extremidades do deslocamento da porca, onde acumula batatas fritas e partículas abrasivas. A incompatibilidade da graxa antiga com a graxa de re-lubrificação pode criar um problema, por isso é importante verificar a compatibilidade. Uma graxa de transporte de carga pode ajudar a prolongar a vida útil de uma montagem, mas a classificação geral de carga não mudará.