A temperatura afeta um sistema de porca esférica rotativa, alterando o comprimento do eixo do parafuso, a viscosidade do lubrificante, a pré-carga do contato esférico, a condição do rolamento de suporte e a precisão do posicionamento final.O valor importante não é apenas a temperatura ambiente, mas também o aumento de temperatura gerado dentro do conjunto da porca rotativa durante a operação.
Uma porca esférica rotativa contém mais elementos sensíveis ao calor do que uma porca não rotativa comum. Além das esferas e pistas, o conjunto completo pode incluir rolamentos de suporte, vedações, carcaça, polia, correia ou acoplamento. Todos esses componentes podem influenciar a temperatura operacional e o torque de operação.
Um sistema de porca esférica rotativa combina a porca esférica giratória com uma estrutura rotativa acionada e componentes de suporte externos.
A temperatura ambiente e a temperatura operacional são diferentes
Temperatura ambienteé a temperatura do ar ou do ambiente circundante da máquina.Temperatura operacionalé a temperatura real da porca, dos rolamentos, do eixo do parafuso e da carcaça após o eixo ter funcionado.
A temperatura operacional pode ser superior à do ar circundante porque o calor pode ser gerado por:
- Pré-carga entre as esferas e as pistas
- Pré-carga e fricção do rolamento de apoio
- Recirculação de esferas em alta velocidade de rotação
- Resistência de contato de vedação
- Lubrificante excessivo ou inadequado
- Desalinhamento entre o eixo do parafuso e a porca rotativa
- Uma polia excêntrica, acoplamento ou correia de transmissão
- Calor transferido do motor ou de componentes próximos da máquina
Por esta razão, a medição da temperatura ambiente por si só não pode mostrar se a porca rotativa está operando sob uma condição térmica estável.
1. A expansão térmica altera o comprimento do parafuso
O eixo do parafuso de aço se expande à medida que a temperatura aumenta. Uma relação aproximada útil é:
O coeficiente de expansão térmica linear do aço é de aproximadamente 11–12 × 10−6/°C. Portanto, um parafuso de aço de 1.000 mm que aquece 10°C pode aumentar o comprimento em aproximadamente 0,11–0,12 mm.
Este valor é muito maior que a tolerância de posicionamento de muitos eixos de precisão. Mesmo quando o próprio parafuso tem boa precisão de avanço, o alongamento térmico pode alterar a posição real alcançada pela mesa móvel.
2. A temperatura pode alterar a pré-carga e o torque de operação
O eixo do parafuso, o corpo da porca, as esferas, os rolamentos e a carcaça não aquecem necessariamente na mesma proporção. Uma diferença de temperatura entre estes componentes pode alterar temporariamente a sua relação dimensional.
Os possíveis efeitos incluem:
- Aumento da pré-carga interna e torque de funcionamento
- Pré-carga reduzida ou folga axial aumentada
- Torque irregular durante o aquecimento da máquina
- Mudanças na pré-carga do suporte
- Tensão local causada por expansão térmica restrita
O aumento da temperatura nem sempre faz com que a porca emperre e o resfriamento não cria automaticamente uma folga excessiva. O resultado depende dos materiais, da geometria dos componentes, do método de pré-carga, da disposição dos rolamentos e da distribuição de temperatura através da montagem.
Se o torque de rotação aumentar continuamente à medida que a máquina aquece, inspecione a pré-carga, a lubrificação, o alinhamento e os rolamentos de suporte em vez de assumir que a expansão do corpo da porca é a única causa.
3. Mudanças na viscosidade do lubrificante com a temperatura
O lubrificante torna-se menos viscoso à medida que a temperatura aumenta e mais viscoso à medida que a temperatura cai. Ambas as condições podem afetar uma porca esférica em rotação.
| Condição de temperatura | Possível efeito de lubrificação | Possível sintoma operacional |
|---|---|---|
| Baixa temperatura | A graxa se torna mais resistente ao movimento | Maior torque de partida e movimento inicial lento |
| Faixa operacional normal | O lubrificante forma uma película estável e circula normalmente | Torque estável e movimento suave |
| Temperatura excessiva | Quedas de viscosidade e oxidação podem acelerar | Vida útil reduzida do lubrificante, vazamento ou aumento do desgaste |
O lubrificante deve ser selecionado de acordo com a velocidade real, carga, faixa de temperatura, método de relubrificação e ambiente operacional. Não presuma que adicionar mais graxa resolverá o problema de temperatura. O excesso de graxa pode aumentar a resistência à agitação e gerar calor adicional.
4. Os rolamentos de suporte podem gerar mais calor do que a porca
Em uma estrutura de porca rotativa, a porca normalmente é suportada por rolamentos para que possa girar enquanto transmite força axial ao alojamento. A pré-carga do rolamento, a lubrificação e a precisão da instalação podem, portanto, ter uma grande influência na temperatura.
Verifique o sistema de rolamento quando:
- A caixa fica quente perto da posição do rolamento.
- A temperatura aumenta mesmo quando a carga axial é baixa.
- O torque rotacional aumenta depois que a contraporca do rolamento é apertada.
- O ruído muda com a velocidade de rotação.
- A temperatura de montagem é muito superior à temperatura do eixo do parafuso.
As possíveis causas incluem pré-carga excessiva do rolamento, instalação incorreta do rolamento, excesso de graxa, contaminação ou polia excêntrica. A substituição da porca esférica por si só não corrigirá esses problemas.
5. Alta velocidade rotacional aumenta a geração de calor
Uma razão para usar uma porca rotativa é manter um eixo de parafuso longo estacionário e reduzir o risco de chicoteamento do parafuso. No entanto, a porca, os rolamentos e os componentes de acionamento ainda giram na velocidade exigida pelo avanço selecionado e pela velocidade linear.
A relação é:
Para a mesma velocidade linear, um avanço de parafuso menor requer uma velocidade de rotação da porca mais alta. Isso pode aumentar o calor do rolamento, da vedação e da circulação da esfera. A seleção do avanço deve, portanto, considerar tanto a resolução de posicionamento quanto a velocidade de rotação do conjunto da porca.
DLY'ssoluções para porcas rotativas de fuso de esferaspode ser verificado de acordo com o diâmetro do parafuso, avanço, curso, carga, velocidade, estrutura da carcaça e disposição do acionamento.
6. O alinhamento da instalação afeta a temperatura
O eixo da porca rotativa deve estar alinhado com o eixo do parafuso fixo e as guias da máquina. O desalinhamento aplica força radial adicional à porca e aos rolamentos de suporte, aumentando o atrito e a temperatura.
Durante a instalação:
- Limpe o eixo do parafuso, o alojamento da porca e as superfícies de montagem do carro.
- Instale o eixo do parafuso sem forçá-lo para uma posição deslocada.
- Monte o alojamento da porca rotativa com os parafusos inicialmente soltos.
- Mova o carro lentamente através do curso disponível.
- Verifique se a porca gira suavemente em diversas posições.
- Aperte os parafusos da carcaça gradualmente e verifique novamente o torque.
- Confirme se a polia ou acoplamento está concêntrico com o eixo da porca.
Se a temperatura da carcaça aumentar após o aperto final, afrouxe a carcaça e compare as condições de funcionamento. Uma clara redução no torque ou na temperatura indica que o alinhamento da instalação deve ser corrigido.
7. A expansão térmica deve ser permitida no projeto da máquina
Um eixo de parafuso longo não deve ser restringido de forma que impeça o crescimento térmico normal. Se ambas as extremidades e a estrutura circundante travarem o eixo sem um projeto apropriado, o aumento da temperatura poderá introduzir tensão axial adicional.
A solução correta depende da estrutura da porca rotativa e do layout da máquina. Possíveis abordagens de engenharia incluem:
- Definir um ponto de referência térmico fixo
- Permitindo expansão axial controlada na extremidade oposta
- Usando um arranjo de tensão ou pré-tensão projetado
- Monitorando a temperatura do parafuso para compensação
- Aplicando compensação de posição no sistema de controle
- Reduzindo a transferência de calor do motor e do equipamento adjacente
Não adicione folga descontrolada à porca como solução geral. A folga excessiva reduz a estabilidade de reversão e não compensa consistentemente o alongamento do parafuso.
Vistas rotativas de porcas e áreas de inspeção
Verifique a temperatura próxima ao corpo da porca, vedações, rolamentos de suporte e conexão do acionamento.
A pré-carga do rolamento, o alinhamento da carcaça e a concentricidade da polia podem afetar a temperatura operacional.
Como monitorar a temperatura corretamente
Meça a temperatura sob condições operacionais repetíveis, em vez de verificar um ponto aleatório após a parada da máquina.
Um registro de teste útil inclui:
- Temperatura ambiente antes da inicialização
- Temperatura do alojamento da noz
- Temperatura do rolamento de suporte
- Temperatura do eixo do parafuso em diversas posições
- Velocidade de rotação da porca
- Carga axial e ciclo de trabalho
- Torque de operação ou corrente do motor
- Tempo necessário para atingir uma temperatura estável
Use sempre os mesmos locais de medição. Uma tendência de temperatura é mais útil do que uma leitura isolada porque mostra se o conjunto está se estabilizando ou continuando a aquecer.
Guia de solução de problemas de temperatura
| Condição observada | Possível causa | Verifique primeiro |
|---|---|---|
| Alto torque imediatamente após partida a frio | A viscosidade do lubrificante é muito alta em baixa temperatura | Faixa de temperatura do lubrificante e quantidade de graxa |
| Torque e temperatura aumentam juntos | Pré-carga excessiva, mau alinhamento ou atrito do rolamento | Alinhamento da carcaça, pré-carga do rolamento e lubrificação |
| A área do rolamento está mais quente que o corpo da porca | Pré-carga do rolamento, contaminação ou erro de instalação | Condição do rolamento de suporte e ajuste da contraporca |
| A posição muda conforme a máquina aquece | Alongamento do parafuso ou deriva térmica da estrutura da máquina | Temperatura do parafuso e tendência de erro de posição |
| A temperatura sobe apenas em alta velocidade | Rolamento, vedação, circulação de esfera ou perda de lubrificante | Velocidade de rotação, especificações de chumbo e lubrificante |
| A temperatura aumenta depois que os parafusos de montagem são apertados | A caixa está puxando a porca para fora do eixo | Altura da carcaça e alinhamento lateral |
Informações necessárias para uma aplicação sensível à temperatura
Antes de selecionar umconjunto de parafuso de esfera rotativo porca, fornecer:
- Temperatura ambiente mínima e máxima
- Velocidade linear necessária e avanço do parafuso
- Velocidade de rotação da porca
- Carga axial e ciclo de trabalho
- Diâmetro do parafuso, comprimento total e curso
- Precisão de posicionamento necessária
- Requisito de pré-carga ou folga axial
- Método de lubrificação e intervalo de manutenção
- Polia, correia, acoplamento e estrutura do alojamento
- Refrigeração disponível, proteção e monitoramento de temperatura
DLY pode verificar a configuração do parafuso esférico e da porca rotativa de acordo com o modelo, condições da máquina e desenho de instalação. A temperatura operacional permitida deve ser confirmada para a montagem completa, incluindo lubrificante, vedações, rolamentos e componentes de acionamento - não apenas o corpo da porca de aço.
Precisa de uma porca esférica rotativa para uma aplicação sensível à temperatura?
Envie ao DLY a faixa de temperatura, carga, velocidade, avanço, curso e desenho de instalação da porca rotativa.
Entre em contato com a DLY
