Os rolamentos de suporte de fuso de esferas são projetados para localizar o eixo do parafuso, suportar impulso axial e manter a rigidez necessária para um movimento preciso. No entanto, uma colisão repentina, uma parada de emergência ou uma reversão rápida podem gerar um pico de carga de curta duração muito maior do que o eixo experimenta durante a operação normal.
Mesmo quando a carga operacional contínua está dentro da classificação do rolamento, cargas de choque repetidas podem danificar as pistas do rolamento, os corpos rolantes, os componentes de retenção ou as interfaces das extremidades do eixo. Prevenir esse tipo de falha exige mais do que selecionar um rolamento maior: o perfil de movimento, os batentes mecânicos, a disposição do suporte e a precisão da instalação devem ser considerados em conjunto.
O que é uma carga de choque em um sistema de fuso de esferas?
Uma carga de choque é uma força que aumenta acentuadamente durante um período muito curto. Em um eixo de fuso de esferas, pode ser gerado quando:
- A mesa móvel chega ao fim do seu percurso
- A carruagem colide com uma obstrução
- O motor dá partida, para ou reverte de forma muito agressiva
- Uma parada de emergência desacelera uma massa pesada em movimento
- Um eixo vertical perde o controle e cai
- Folga ou folga permite que os componentes atinjam durante a reversão
- Um impacto externo é transmitido através da estrutura da máquina
Esses eventos podem produzir uma força instantânea muito maior do que as cargas normais de corte, posicionamento ou transporte. A força resultante passa através do carro e da porca esférica até o eixo do parafuso e seus rolamentos de suporte.
Quais componentes podem ser danificados?
A frase "rolamento de fuso de esferas" às vezes é usada de maneira vaga, mas vários componentes diferentes podem ser afetados pelo choque.
Rolamento de suporte de extremidade fixa
A extremidade fixa normalmente transporta carga axial em ambas as direções e estabelece a posição axial do parafuso. Muitas vezes é o suporte mais diretamente exposto a uma carga de empuxo repentina.
Rolamento de extremidade flutuante
A extremidade flutuante suporta principalmente o parafuso radialmente enquanto permite o movimento axial exigido pela expansão térmica. A montagem incorreta que trava essa extremidade axialmente pode fazer com que o impacto e as cargas térmicas sejam compartilhadas de forma não intencional.
Porca esférica e pistas de parafuso
O choque transmitido através da porca pode criar alta tensão de contato entre as esferas e as pistas. Impactos severos ou repetidos podem causar reentrâncias permanentes, fadiga superficial ou alterações no torque de funcionamento.
Acoplamento e extremidade do eixo
Uma parada repentina também pode sobrecarregar o acoplamento, a contraporca do rolamento, o munhão usinado ou os parafusos de montagem. Substituir apenas o rolamento de suporte pode, portanto, não corrigir o problema completo.
Como as cargas de choque danificam os rolamentos de suporte
Um rolamento pode ser permanentemente danificado mesmo que ainda gire após um impacto. Os mecanismos de dano mais comuns incluem:
- Recuo da pista:a tensão de contato concentrada produz marcas permanentes onde os corpos rolantes entram em contato com a pista.
- Danos no elemento rolante:as bolas podem desenvolver marcas superficiais, rachaduras ou deformação local após um impacto severo.
- Alteração de pré-carregamento:deformação ou movimento no arranjo de rolamentos pode alterar a pré-carga original.
- Falso brinelling ou fretting:pequenas oscilações repetidas sob carga podem marcar as superfícies de contato mesmo sem rotação completa.
- Perda de alinhamento:um impacto pode deslocar a caixa de suporte, o suporte da porca ou a posição do acoplamento.
- Movimento do fixador:parafusos soltos da unidade de suporte ou do alojamento da porca permitem impacto adicional cada vez que a direção muda.
Os sintomas típicos incluem novo ruído, aumento de vibração, torque de funcionamento irregular, movimento axial, aquecimento localizado e repetibilidade de posicionamento reduzida.
1. Calcule a carga de pico, não apenas a carga normal
A seleção do rolamento de apoio não deve ser baseada apenas no impulso constante necessário para mover a máquina. A aceleração, desaceleração, parada de emergência e possíveis condições de colisão também devem ser revisadas.
A força necessária para acelerar ou desacelerar a massa em movimento está relacionada com:
F = m × uma
ondeFé a força inercial,eué a massa em movimento eumé a aceleração ou desaceleração.
Um tempo de parada mais curto produz maior desaceleração e, portanto, maior força. Se a mesa atingir uma parada mecânica rígida, o pico real poderá ser muito maior que a força prevista pela desaceleração normal programada.
Compare as cargas operacionais e de pico calculadas com as cargas permitidas do sistema completo, incluindo:
- Parafuso e porca esférica
- Rolamento de suporte de extremidade fixa
- Suporte de extremidade flutuante
- Acoplamento
- Suporte de porca e caixas de suporte
- Parafusos de montagem e estrutura da máquina
Use os dados de carga estática e dinâmica permitidos pelo fabricante juntamente com um fator de segurança apropriado para as condições reais de operação.
2. Use um perfil de movimento controlado
A aceleração agressiva nem sempre produz uma colisão imediata, mas pode criar picos de forças repetidos durante cada ciclo operacional. O sistema de controle deve evitar mudanças desnecessárias na velocidade ou no torque.
Dependendo do controlador, o choque pode ser reduzido ajustando:
- Tempo de aceleração e desaceleração
- Configurações de jerk ou curva S
- Velocidade de reversão
- Velocidade de aproximação perto do final do percurso
- Estratégia de desaceleração de parada de emergência
- Limites de torque servo
Um perfil de movimento em curva S altera a aceleração mais gradualmente do que um comando abrupto. Isto pode reduzir o pico de força transmitido à porca, aos rolamentos da extremidade do eixo e ao acoplamento, especialmente em eixos com grande massa móvel.
3. Evite que o carro bata em uma parada rígida
Os interruptores de limite e os limites de percurso do software devem parar o eixo antes que o carro atinja o final mecânico do percurso. Uma parada mecânica deve atuar como o dispositivo de segurança final, em vez do método de parada normal.
Um acordo confiável de proteção em viagens pode incluir:
- Limites suaves programados
- Interruptores de desaceleração
- Interruptores de fim de curso
- Paradas mecânicas posicionadas além do curso de trabalho normal
- Amortecedores industriais onde a energia de colisão deve ser gerenciada
Se for utilizado um amortecedor, ele deverá ser selecionado de acordo com a massa em movimento, velocidade de impacto, frequência de impacto e curso de parada disponível. Ele deve atuar na estrutura móvel em um local apropriado e não diretamente no eixo do fuso de esferas ou no rolamento de suporte.
4. Selecione o arranjo correto de rolamentos de suporte
O arranjo de suporte determina como as forças axiais e radiais são transportadas. Um arranjo fixo-flutuante comum usa uma extremidade fixa rígida para localizar o parafuso axialmente e uma extremidade flutuante para acomodar a expansão térmica.
O conjunto de rolamentos de extremidade fixa deve corresponder à carga axial, rigidez, velocidade e precisão exigidas. A simples instalação de um fuso de esferas maior não garante que o rolamento de suporte possa suportar o impulso máximo da aplicação.
Durante a seleção, confirme:
- Carga axial máxima em ambas as direções
- Pico de carga durante aceleração e parada de emergência
- Rigidez axial necessária
- Velocidade operacional
- Arranjo de rolamentos e pré-carga
- Dimensões e ajustes da extremidade do eixo
- Interfaces de carcaça e contraporca
DLY forneceunidades de suporte de fuso de esferaem combinações de lado fixo e flutuante, como BK/BF, FK/FF e EK/EF. A série e o tamanho apropriados devem ser selecionados de acordo com a extremidade do eixo do parafuso e os requisitos de carga da máquina.
5. Mantenha o alinhamento correto
O desalinhamento não absorve choques. Em vez disso, adiciona força radial e flexão a um sistema que já sofre impacto axial.
Verifique isso:
- Os suportes de extremidade fixa e flutuante estão posicionados corretamente
- O eixo do parafuso segue o percurso da guia
- O alojamento da porca esférica não é forçado lateralmente ou verticalmente
- Os ressaltos do rolamento e as superfícies de localização estão limpos
- O eixo do motor e o eixo do parafuso estão corretamente alinhados
- O acoplamento não está sendo usado para ocultar um deslocamento importante
Depois de apertar as unidades de suporte e o alojamento da porca, mova o eixo lentamente ao longo de todo o curso e verifique se há alterações na resistência de funcionamento.
6. Elimine folgas no sistema de acionamento
Componentes soltos podem gerar um impacto secundário sempre que o eixo muda de direção. Inspecione o:
- Parafusos de montagem da unidade de suporte
- Contraporca do rolamento
- Parafusos de montagem de porca esférica
- Parafusos de fixação de acoplamento
- Parafusos de montagem do motor
- Suporte de porca e conexão do carro
Os fixadores devem ser apertados com o torque especificado e fixados usando o método exigido pelo projeto. O aperto excessivo não substitui ajustes corretos e superfícies de localização.
7. Proteja os eixos verticais da descida descontrolada
Um eixo vertical requer atenção adicional porque a gravidade continua a agir quando a potência ou a força de frenagem são perdidas. Se a mesa ou a carga cair, o fuso de esferas e o rolamento de extremidade fixa poderão sofrer um forte impacto no final do percurso.
Dependendo do projeto da máquina, a proteção pode incluir freio do motor, contrapeso, lógica de controle adequada ou outro dispositivo de retenção. O método selecionado deve ser capaz de controlar a massa real em movimento sob condições normais e de falha.
8. Inspecione o eixo após uma colisão
Não retorne imediatamente um eixo à operação em velocidade máxima após uma colisão ou parada de emergência. Comece com uma inspeção mecânica e um teste de baixa velocidade.
Verifique:
- Movimento axial anormal na extremidade fixa
- Mudanças no torque de funcionamento ao longo do curso
- Novo ruído ou vibração
- Aquecimento na carcaça do mancal
- Movimento do suporte da porca ou unidades de suporte
- Deformação ou escorregamento do acoplamento
- Danos ao eixo do parafuso ou munhões usinados
- Perda de precisão de posicionamento ou repetibilidade
Se surgir ruído ou resistência imediatamente após o impacto, a operação contínua poderá piorar os danos. O rolamento de suporte, o conjunto do parafuso esférico e as interfaces de montagem associadas devem ser inspecionados antes da produção normal ser retomada.
A lubrificação ajuda a reduzir o desgaste, mas não consegue absorver uma colisão
A lubrificação correta é necessária para a vida útil dos rolamentos e das pistas dos fusos de esferas. Contudo, o lubrificante não deve ser tratado como um dispositivo de proteção contra choques. Ele não pode evitar a indentação permanente causada por um pico de carga que exceda a capacidade permitida do componente.
A lubrificação, a vedação e a limpeza devem, portanto, ser mantidas como parte da operação normal, enquanto a prevenção de choques deve ser abordada através do cálculo de carga, controle de movimento, proteção de deslocamento e projeto mecânico.
Conclusão
A proteção dos rolamentos de suporte do fuso de esferas contra choques começa com o controle de onde vem a força de impacto. A seleção apropriada do rolamento é importante, mas deve ser combinada com aceleração controlada, limites de deslocamento confiáveis, amortecedores adequadamente selecionados, alinhamento correto e montagem segura.
Para uma nova montagem, forneça o modelo do fuso de esferas, diâmetro do eixo, avanço, deslocamento, massa móvel, velocidade máxima, aceleração, orientação de instalação e desenho da extremidade do eixo. Esses detalhes ajudam a determinar se oparafuso de esferae seu arranjo de suporte são adequados para os picos de carga esperados.
