Como escolher a porca de esferas rotativa correta para movimento de longo curso

Para escolher o certoporca esférica giratória, primeiro confirme se a máquina realmente se beneficia de um parafuso fixo e de uma estrutura de porca rotativa. Em seguida, verifique o comprimento do percurso, pico de carga axial, velocidade linear, aceleração, diâmetro e avanço do parafuso, pré-carga necessária, unidade de rolamento de porca, conexão de acionamento, lubrificação e espaço de montagem disponível.

Uma porca esférica rotativa não deve ser selecionada como uma porca de substituição isolada. Normalmente funciona como parte de um conjunto que inclui o eixo do parafuso correspondente, unidade de porca rotativa, rolamentos, carcaça, polia ou conexão de acionamento e carro móvel.

Uma porca esférica rotativa normalmente é selecionada junto com seu alojamento, rolamentos, conexão de acionamento e eixo de parafuso fixo correspondente.

Primeiro decida se uma porca esférica rotativa é necessária

Em um sistema convencional de fuso de esferas, o eixo do parafuso gira enquanto a porca se move linearmente. Em um sistema de porca rotativa, o parafuso permanece fixo enquanto a unidade da porca gira e se desloca ao longo do eixo.

O arranjo de porca rotativa é mais útil quando:

• O curso necessário é longo;
• A velocidade linear necessária forçaria um parafuso longo a girar próximo à sua velocidade crítica;
• O chicoteamento ou a vibração do parafuso limitam um projeto convencional;
• A máquina requer duas ou mais unidades de porcas acionadas de forma independente em um parafuso fixo;
• O layout do equipamento é mais adequado para um acionamento montado no carro móvel.

Para um curso curto ou moderado a uma velocidade normal, um parafuso rotativo convencional pode ser mais simples, mais leve e mais económico. A estrutura da porca rotativa deve ser selecionada porque resolve um problema genuíno de velocidade, curso ou layout da máquina - e não simplesmente porque parece mais avançada.

1. Defina o deslocamento, velocidade e aceleração

Comece com o movimento real da máquina:

• Viagens eficazes necessárias;
• Velocidade linear máxima;
• Aceleração e desaceleração;
• Ciclo de posicionamento e ciclo de trabalho;
• Tempo máximo de operação em alta velocidade;
• Desaceleração de parada de emergência.

A velocidade necessária da porca rotativa é determinada pela velocidade linear e pelo avanço do parafuso:

Por exemplo, uma máquina que exige 20.000 mm/min com avanço de 10 mm precisa de uma velocidade teórica da porca de 2.000 rpm. Com um avanço de 20 mm, a mesma velocidade linear requer 1.000 rpm.

Um avanço maior reduz a velocidade de rotação necessária, mas também altera o torque, a resolução mecânica, a gama de modelos disponíveis e as características de controle. O cabo deve, portanto, ser selecionado juntamente com os requisitos do motor, da carga e do posicionamento.

2. Calcule o pico de carga axial

As porcas esféricas rotativas são selecionadas principalmente para carga axial. O cálculo deve incluir o ciclo operacional completo e não apenas o peso da mesa móvel.

Dependendo da orientação da máquina, o pico de carga pode incluir:

• Força necessária para mover o carro;
• Força de aceleração e desaceleração;
• Gravidade em eixo vertical ou inclinado;
• Força de processo transmitida através da estrutura móvel;
• Fricção proveniente de vedações, guias e outros componentes;
• Parada de emergência e picos de carga anormais.

Compare a carga calculada com a classificação de carga dinâmica básica e a classificação de carga estática básica do conjunto selecionado. A classificação dinâmica é usada para avaliação da vida em fadiga, enquanto a classificação estática se refere à deformação permanente sob a condição de carga máxima.

O fuso de esferas não deve suportar o peso do carro como carga radial. Guias lineares ou outro sistema de guia adequado devem suportar forças radiais e momentos de tombamento.

3. Selecione o diâmetro do parafuso e conduza juntos

O diâmetro do parafuso afeta a rigidez axial, a resistência à flambagem, o espaço de instalação e a estrutura da porca disponível. O avanço afeta o deslocamento linear por revolução, a velocidade rotacional necessária e o torque de acionamento.

Para um parafuso fixo longo, a seleção ainda precisa ser verificada:

• Flambagem por compressão quando o parafuso suporta carga axial compressiva;
• Extensão axial sob carga de tração;
• Suporte de parafuso e arranjo de tensionamento;
• Expansão térmica em todo o comprimento;
• Retidão durante a produção, transporte e instalação;
• Se a porca selecionada corresponde à pista, ao diâmetro e ao avanço do parafuso.

Um projeto de porca rotativa evita a limitação de velocidade crítica causada pela rotação de um eixo de parafuso longo, mas não elimina empenamento, deformação axial ou requisitos de retidão de instalação.

4. Especifique precisão, folga e pré-carga

O grau de precisão, a folga axial e a pré-carga descrevem características diferentes e devem ser especificados separadamente.

A pré-carga excessiva não deve ser usada como substituto para uma instalação precisa. Pode aumentar o torque de funcionamento, a carga do rolamento, a geração de calor e a demanda de lubrificação.

5. Verifique a unidade do rolamento da porca rotativa

A porca rotativa precisa de rolamentos que apoiem a porca com precisão enquanto ela gira dentro do alojamento. A seleção deve confirmar:

• Velocidade máxima de rotação da porca;
• Reações de rolamentos axiais e radiais;
• Arranjo de rolamentos e pré-carga;
• Rigidez da carcaça e precisão de montagem;
• Excentricidade permitida do conjunto rotativo;
• Método de lubrificação e acesso à relubrificação;
• Estrutura de vedação e proteção contra contaminação.

A porca esférica, os rolamentos de suporte e o alojamento devem ser tratados como uma unidade rotativa correspondente. Selecionar o parafuso e a porca ignorando a unidade do rolamento pode resultar em desvio excessivo, calor ou vibração, mesmo quando o próprio fuso de esferas está dimensionado corretamente.

6. Confirme a conexão do motor e do inversor

Uma porca rotativa pode ser acionada através de uma polia sincronizadora, correia ou outra conexão selecionada de acordo com a estrutura da máquina. Verificar:

• Torque do motor necessário e velocidade máxima;
• Relação da polia e capacidade da correia;
• Carga radial aplicada aos rolamentos das porcas rotativas pela tensão da correia;
• Concentricidade e equilíbrio da polia;
• Espaço disponível para instalação no carro móvel;
• Roteamento de cabos para um motor que se move com o carro;
• Acesso para ajuste e manutenção da correia.

A tensão excessiva da correia pode colocar carga radial adicional nos rolamentos de suporte da porca. A correia deve transmitir torque sem ser usada para forçar a posição de uma polia desalinhada.

7. Avalie o ambiente operacional

Poeira, lascas de metal, umidade, líquido refrigerante e resíduos químicos podem entrar na porca, danificar as pistas ou contaminar o lubrificante. Para um parafuso fixo longo, uma grande seção da pista pode permanecer exposta durante o deslocamento.

Dependendo do ambiente, o sistema pode precisar de:

• Vedações de porcas adequadas à contaminação esperada;
• Fole, tampa telescópica ou invólucro completo;
• Um lubrificante adequado à velocidade, carga e temperatura;
• Pontos de lubrificação acessíveis;
• Um intervalo de manutenção baseado na contaminação real;
• Proteção contra corrosão durante armazenamento e desligamento.

Para aplicações empoeiradas, leiaPorcas giratórias em ambientes empoeirados.

8. Verifique os requisitos de multi-porca e sincronização

Uma vantagem de um parafuso fixo é que duas ou mais unidades de porcas rotativas podem ser instaladas no mesmo eixo. No entanto, este acordo requer confirmação adicional.

Especificar:

• Número de unidades de porcas rotativas;
• Se cada porca possui motor independente;
• Distância mínima permitida entre unidades móveis;
• Estratégia de prevenção de colisões e retorno;
• Arranjo de feedback de posição;
• Se as unidades devem mover-se de forma independente ou sincronizada.

O projeto mecânico e o sistema de controle devem evitar que duas unidades de porca colidam ou apliquem forças axiais opostas ao mesmo eixo do parafuso.

Informações a serem enviadas antes da seleção

Para selecionar um conjunto de porca esférica rotativa, forneça:

1. Curso efetivo necessário e comprimento total do parafuso;
2. Velocidade linear máxima e aceleração;
3. Massa móvel e pico de carga axial;
4. Sentido de montagem horizontal, vertical ou inclinado;
5. Diâmetro e avanço do parafuso preferidos, se já definidos;
6. Requisitos de precisão, repetibilidade e folga;
7. Ciclo de trabalho e condições de parada de emergência;
8. Disposição de motor, polia e acionamento;
9. Espaço disponível para montagem da porca;
10. Ambiente operacional e método de lubrificação;
11. Número de porcas rotativas em cada parafuso;
12. Desenho da máquina ou diagrama de instalação.

Para configurações DLY disponíveis e informações de estrutura, revise oConjunto de fuso de esfera tipo rotativo de porca.

Para uma explicação detalhada do carregamento interno, consulteO que é a pré-carga da porca esférica rotativa?.

Resposta da Seleção Final

A porca esférica giratória correta não é selecionada apenas com base no diâmetro ou na classificação de carga. Primeiro, confirme se uma arquitetura de parafuso fixo e porca rotativa é necessária para o curso, velocidade ou layout de vários carros necessários. Em seguida, combine o diâmetro do parafuso, avanço, pico de carga axial, precisão, pré-carga, unidade de rolamento, conexão de acionamento, lubrificação e dimensões de montagem.

Para equipamentos de curso longo e alta velocidade, uma porca rotativa pode reduzir a velocidade crítica e os problemas de chicoteamento associados a um parafuso giratório longo. No entanto, ainda requer análise correta de encurvadura, instalação reta, rolamentos de suporte adequados e uma unidade de acionamento móvel bem projetada.

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