O tamanho de uma porca esférica rotativa afeta sua capacidade de carga, inércia rotativa, rigidez, geração de calor e envelope de instalação. No entanto, o tamanho por si só não determina se uma porca funcionará mais rapidamente, proporcionará maior precisão ou proporcionará uma vida útil mais longa.
Uma porca esférica rotativa funciona com um eixo de parafuso esférico. O parafuso é impedido de girar enquanto a porca é acionada por um motor através de uma polia, engrenagem ou outro mecanismo de transmissão. A rotação relativa entre a porca e o parafuso produz deslocamento linear.
Ao comparar os tamanhos das porcas esféricas rotativas, os engenheiros devem avaliar o conjunto completo - incluindo o eixo do parafuso, as pistas da porca, os rolamentos de suporte, a carcaça rotativa e a interface do acionamento - em vez de selecionar apenas pelo diâmetro nominal do parafuso.
O que inclui o tamanho da porca esférica rotativa?
O "tamanho" de uma porca esférica rotativa pode referir-se a várias dimensões e parâmetros de projeto relacionados:
- Diâmetro nominal do eixo do parafuso
- Parafuso de chumbo
- Diâmetro externo da porca esférica
- Comprimento do corpo da noz
- Diâmetro do flange e padrão de parafuso
- Diâmetro da bola
- Número de circuitos de bola ou voltas efetivas
- Dimensões da carcaça rotativa e do rolamento
Duas porcas com o mesmo diâmetro nominal do parafuso podem ter diferentes classificações de carga, comprimentos, dimensões de flange, sistemas de circulação e condições de pré-carga. Portanto, é necessário comparar as especificações completas do fabricante em vez de assumir que todas as porcas do mesmo diâmetro funcionam de forma idêntica.
1. Efeito na capacidade de carga dinâmica e estática
Conjuntos de porcas esféricas rotativas maiores geralmente têm o potencial de suportar cargas axiais mais altas porque podem incorporar pistas maiores, esferas maiores ou contatos de transporte de carga mais eficazes. Contudo, o diâmetro nominal por si só não define a capacidade real.
A classificação de carga também é influenciada por:
- Diâmetro da bola e número de bolas carregadas
- Número de circuitos de bola eficazes
- Geometria da pista
- Ângulo de contato
- Comprimento da porca
- Tratamento de materiais e térmicos
- Qualidade de fabricação
- Construção com porca simples ou dupla
- Método de pré-carregamento
A classificação de carga dinâmica é usada ao avaliar a resistência à fadiga sob operação repetida. A classificação de carga estática é importante quando o conjunto pode sofrer picos de carga elevados, paradas de emergência ou choques.
Portanto, um tamanho maior deve ser selecionado somente depois de comparar suas classificações dinâmicas e estáticas reais com o ciclo de carga da aplicação.
2. Efeito na rigidez axial
Aumentar o diâmetro do parafuso e a capacidade de contato da porca pode melhorar a rigidez axial, mas a rigidez do sistema completo também depende do eixo do parafuso, da porca, dos rolamentos de suporte, do alojamento e da estrutura de montagem.
Uma porca maior instalada em um alojamento flexível não produzirá automaticamente um eixo rígido. Da mesma forma, o alinhamento incorreto, o suporte insuficiente do rolamento ou um suporte de porca fraco podem limitar o desempenho mesmo quando a própria porca esférica tem alta rigidez.
A pré-carga pode reduzir a folga axial e aumentar a rigidez, mas também aumenta o torque de fricção e o calor. A pré-carga selecionada deve corresponder à resposta de posicionamento, carga e velocidade operacional necessárias.
3. Efeito na Inércia Rotacional
Em um sistema de porca rotativa, a porca esférica, os rolamentos de suporte e os componentes de acionamento fazem parte da massa rotativa. Uma montagem maior geralmente tem maior inércia rotacional.
Maior inércia pode afetar:
- Torque de aceleração e desaceleração do motor
- Resposta durante mudanças rápidas de direção
- Afinação servo
- Consumo de energia durante ciclos repetidos
- Carga de parada de emergência
Isto não significa que uma noz maior seja sempre lenta. Um motor dimensionado corretamente ainda pode acelerá-lo rapidamente. Isso significa que a inércia rotativa adicional deve ser incluída ao selecionar o motor e a relação de transmissão.
Para equipamentos com cursos curtos e reversões freqüentes, a inércia pode ser mais importante do que em um eixo que funciona por longos períodos a uma velocidade quase constante.
4. Efeito na velocidade rotacional máxima
É impreciso presumir que cada porca esférica rotativa pequena pode funcionar mais rápido do que qualquer porca grande. A velocidade máxima permitida depende de mais do que massa.
Fatores importantes incluem:
- Diâmetro nominal e velocidade de rotação
- Projeto de circulação de bola
- Velocidade da bola dentro do sistema de retorno
- Rolamentos de suporte com porca rotativa
- Tipo de lubrificante e método de entrega
- Selar fricção
- Equilíbrio do conjunto rotativo
- Pré-carga e temperatura operacional
Um diâmetro maior aumenta a velocidade superficial dos componentes rotativos nas mesmas rpm. Também pode aumentar as demandas de balanceamento e lubrificação. No entanto, a velocidade permitida deve ser retirada das especificações do conjunto real da porca e não estimada a partir das suas dimensões externas.
5. Efeito na velocidade linear
A velocidade linear é determinada principalmente pela velocidade de rotação da porca e pelo avanço do parafuso:
Velocidade linear = velocidade de rotação × avanço
Por exemplo, duas porcas esféricas rotativas de diâmetros diferentes produzirão a mesma velocidade linear teórica se operarem na mesma rpm e usarem o mesmo avanço.
Uma porca maior não produz automaticamente uma velocidade linear maior ou menor. O resultado depende do avanço disponível, da velocidade permitida da porca e da capacidade do sistema de acionamento.
6. Efeito no torque de condução
O torque necessário para acionar uma porca esférica rotativa é afetado pela carga axial, avanço do parafuso, eficiência de transmissão, pré-carga, resistência de vedação e aceleração dos componentes rotativos.
Uma porca maior pode exigir torque de aceleração adicional devido à sua maior inércia. Também pode ter maior vedação e resistência à pré-carga. Por outro lado, selecionar um tamanho maior pode proporcionar a capacidade de carga e a rigidez necessárias para a aplicação.
O motor deve ser verificado para ambos:
- Torque contínuo durante o deslocamento normal
- Pico de torque durante aceleração, desaceleração e reversão
A seleção do motor baseada apenas no torque de funcionamento constante pode resultar em desempenho de aceleração insuficiente.
7. Efeito na geração de calor
O calor não é determinado apenas pelo tamanho da noz. É afetado pela velocidade de rotação, pré-carga, lubrificação, vedações, alinhamento e ciclo de trabalho.
Um conjunto giratório maior pode gerar mais perdas no rolamento e na vedação, enquanto uma porca menor operada perto de sua velocidade máxima também pode sofrer um aumento substancial de temperatura.
A temperatura excessiva pode alterar a pré-carga, a viscosidade do lubrificante e a expansão térmica dentro do conjunto. Para operação contínua ou em alta velocidade, o aumento de temperatura esperado deve ser avaliado sob condições reais de carga e lubrificação.
8. O tamanho não determina diretamente a precisão
Uma das correções mais importantes ao artigo original é que uma porca esférica menor não é automaticamente mais precisa ou menor folga.
O desempenho do posicionamento depende principalmente de:
- Precisão de avanço do fuso de esfera
- Folga axial ou pré-carga
- Consistência de fabricação
- Rigidez do suporte
- Concentricidade da habitação
- Expansão térmica
- Alinhamento de instalação
- Feedback e controle do servo
Um conjunto maior, retificado com precisão e pré-carregado pode fornecer melhor desempenho de posicionamento do que um fuso de esferas laminado menor com folga axial. O tamanho e a precisão devem, portanto, ser especificados separadamente.
9. Efeito no espaço de instalação
Uma porca esférica rotativa maior precisa de mais do que folga adicional ao redor do corpo da porca. A máquina também deve acomodar:
- Rolamentos de suporte com porca rotativa
- Carcaça de rolamento
- Interface de polia, engrenagem ou acionamento direto
- Folga da correia e espaço de tensionamento
- Entrada de lubrificação
- Vedações e capas protetoras
- Acesso para montagem e manutenção
Uma porca compacta pode ajudar a reduzir o envelope geral de instalação, mas selecionar um tamanho muito pequeno pode deixar capacidade de carga, rigidez ou vida útil do rolamento insuficientes.
Exemplos de diferentes tamanhos de porcas esféricas
A designação de porca esférica 1605 geralmente se refere a um diâmetro nominal de parafuso de 16 mm e avanço de 5 mm.
A designação de porca esférica 1204 geralmente se refere a um diâmetro nominal de parafuso de 12 mm e avanço de 4 mm.
As imagens mostram diferentes tamanhos de porcas esféricas, mas a designação nominal do modelo por si só não confirma que uma porca seja fornecida como um conjunto completo de porca rotativa. A carcaça do rolamento, a interface de acionamento e a velocidade de rotação permitida devem ser revisadas separadamente.
Comparação do tamanho da porca esférica rotativa
| Fator de desempenho | Efeito do aumento do tamanho | O que ainda deve ser verificado |
|---|---|---|
| Capacidade de carga | Muitas vezes aumenta | Classificações reais de Ca e Coa, circuitos e projeto de pistas |
| Rigidez axial | Pode aumentar | Pré-carga, rigidez do eixo, rolamentos e carcaça |
| Inércia rotacional | Geralmente aumenta | Conjunto giratório completo e torque de aceleração do motor |
| Velocidade máxima | Não pode ser determinado apenas pelo tamanho | Rotações permitidas, projeto de circulação, rolamentos e lubrificação |
| Precisão | Sem relacionamento direto | Precisão de chumbo, pré-carga, alinhamento e erro térmico |
| Espaço de instalação | Aumenta | Carcaça, polia, rolamentos e folga de manutenção |
| Custo | Pode aumentar | Precisão, pré-carga, usinagem e complexidade de montagem |
Como selecionar o tamanho apropriado
Antes de selecionar um tamanho de porca esférica rotativa, forneça as seguintes informações de aplicação:
- Curso necessário e comprimento total do parafuso
- Carga axial máxima e média
- Velocidade linear máxima
- Aceleração e desaceleração
- Ciclo operacional e tempo de funcionamento diário
- Precisão e repetibilidade necessárias
- Folga axial aceitável
- Orientação de instalação
- Alojamento disponível e espaço de unidade
- Lubrificação e condições ambientais
A menor porca que cabe no espaço disponível não é necessariamente a escolha mais econômica se operar muito perto de sua carga ou limites de velocidade. Da mesma forma, uma montagem desnecessariamente grande pode aumentar a inércia, os requisitos do motor e o custo de instalação sem melhorar a precisão.
Conclusão
O tamanho da porca esférica rotativa tem uma influência significativa na capacidade de carga, rigidez, inércia, temperatura e espaço de instalação. Seu efeito na velocidade, precisão e vida útil é menos direto e deve ser avaliado usando as especificações da porca, eixo do parafuso, rolamentos e alojamento reais.
DLY fornece váriossérie de porcas esféricase compatívelconjuntos de fusos de esfera. Para um projeto de porca rotativa, envie a carga, deslocamento, velocidade, precisão e desenho de instalação necessários para que a configuração completa possa ser revisada.
