A seleção de uma porca esférica rotativa para uma aplicação automotiva começa com a definição do arranjo exato do movimento. Ao contrário de um sistema convencional de fuso de esferas, no qual o eixo do parafuso gira e a porca se desloca linearmente, um sistema de porca rotativa aciona a porca enquanto o eixo do parafuso é impedido de girar.
Dependendo do projeto da máquina, a porca rotativa pode ser mantida em uma posição axial fixa de modo que o eixo do parafuso se mova linearmente, ou o conjunto da porca pode se deslocar ao longo de um parafuso estacionário. Esta configuração pode ser útil em eixos de curso longo ou de alta velocidade porque o eixo longo do parafuso não precisa girar em alta velocidade.
No entanto, "aplicação automotiva" pode referir-se a um mecanismo veicular ou a equipamentos de fabricação automotiva. A validação necessária, a resistência ambiental e a documentação podem diferir substancialmente, portanto a aplicação deve ser claramente definida antes de uma porca esférica rotativa adequada ser selecionada.
Como funciona uma porca esférica giratória
Uma porca esférica rotativa contém esferas recirculantes que rolam entre a porca e a pista helicoidal do eixo do parafuso. Quando a porca gira em relação a um parafuso que está impedido de girar, o fio condutor converte essa rotação relativa em deslocamento linear.
A velocidade linear resultante é:
Velocidade linear = velocidade de rotação da porca × avanço do parafuso
Por exemplo, uma porca rotativa operando a 1.000 rpm com avanço de 20 mm produz uma velocidade linear teórica de 20.000 mm/min, ou 20 m/min.
O arranjo de acionamento normalmente requer mais do que a própria porca esférica. O conjunto completo de porca rotativa pode incluir:
- Eixo e porca do parafuso esférico combinados
- Rolamentos de suporte de porca
- Carcaça de porca rotativa
- Polia, correia, engrenagem ou interface de acionamento direto
- Arranjo de lubrificação e vedação
- Orientação anti-rotação para o componente móvel
Essas interfaces devem ser avaliadas em conjunto. Uma porca esférica padrão não pode ser automaticamente convertida em um conjunto de porca rotativa simplesmente adicionando uma polia.
Quando um projeto de porca rotativa é apropriado?
Uma estrutura de parafuso rotativo convencional é geralmente mais simples e pode continuar sendo a escolha preferida para deslocamentos curtos ou moderados. Vale a pena considerar um arranjo de porca rotativa quando a aplicação envolve:
- Longo percurso linear
- Alta velocidade linear necessária
- Um eixo de parafuso longo e fino com velocidade crítica de rotação limitada
- Um requisito para reduzir a inércia de rotação do eixo do parafuso
- Vários conjuntos de porcas acionados de forma independente em um parafuso estacionário
- Um layout de máquina em que a rotação do parafuso é impraticável
Como o parafuso não gira, o projeto da porca rotativa pode evitar a limitação de rotação do eixo associada a um parafuso giratório longo. No entanto, a velocidade permitida da porca, do sistema de recirculação de esferas, dos rolamentos e dos componentes de acionamento ainda deve ser verificada.
1. Defina a aplicação automotiva
Comece identificando onde a porca esférica rotativa será usada.
Mecanismo no veículo
Um componente do veículo pode ser exposto a oscilações de temperatura, vibração da estrada, umidade, sal, poeira e choques repetidos. Também pode exigir análise de segurança específica da aplicação, rastreabilidade, testes de durabilidade e documentação de qualidade automotiva.
A adequação para uma máquina de produção automotiva não significa automaticamente que a mesma porca esférica esteja qualificada para instalação dentro de um veículo.
Equipamentos de fabricação automotiva
Os fusos de esferas com porca rotativa também podem ser considerados para eixos de curso longo em linhas de montagem, equipamentos de soldagem, máquinas de produção de baterias, sistemas de inspeção e equipamentos de manuseio de componentes.
Para estas aplicações, os principais requisitos normalmente envolvem taxa de ciclo, desempenho de posicionamento, proteção contra contaminação, tempo de atividade da máquina e acessibilidade para manutenção.
2. Confirme o acordo de movimento
O fornecedor precisa saber qual componente gira e qual componente se move linearmente. Especificar:
- Se o eixo do parafuso é fixado axialmente
- Se o eixo do parafuso se move linearmente
- Se o alojamento da porca se move com o carro
- Como a porca será acionada
- Como o componente móvel é impedido de girar
- Onde o motor, rolamentos e polia estarão localizados
Um desenho de layout é particularmente importante porque a “porca rotativa” pode descrever mais de um arranjo mecânico.
3. Calcule a carga axial necessária
A seleção deve ser baseada no ciclo de carga completo e não apenas no peso do componente móvel. Calcular ou estimar:
- Carga operacional axial contínua
- Força de aceleração e desaceleração
- Força máxima durante parada de emergência
- Força de processo externa
- Carga gravitacional em eixo vertical ou inclinado
- Ciclos operacionais esperados e viagens por ciclo
A força axial necessária depende da massa em movimento, da aceleração, da direção de instalação, da resistência externa e da eficiência do sistema de acionamento.
Compare o espectro de carga calculado com as classificações de carga dinâmica e estática do conjunto de fuso de esferas selecionado. A carga dinâmica afeta a vida útil calculada em fadiga, enquanto a capacidade de carga estática é importante quando o sistema pode sofrer picos elevados ou cargas de choque.
O parafuso esférico deve transmitir força axial. As cargas radiais e momentâneas que atuam no carro devem ser suportadas por um sistema de guia linear adequado.
4. Determine avanço, velocidade e aceleração
O avanço necessário está intimamente relacionado à velocidade linear, velocidade de rotação, torque de acionamento e resolução de posicionamento.
- Um avanço maior produz um deslocamento mais linear por revolução.
- Um avanço menor pode proporcionar um deslocamento mecânico mais fino por revolução.
- Uma velocidade de rotação mais alta aumenta as demandas de circulação de esferas, balanceamento, lubrificação e rolamentos de suporte.
- Uma aceleração mais elevada aumenta a carga no alojamento da porca, nos rolamentos e nos componentes de acionamento.
Um avanço grande não deve ser selecionado apenas para obter alta velocidade. O torque disponível do motor, a força de retenção necessária, o ciclo de trabalho e o alvo de posicionamento também devem ser considerados.
5. Verifique a velocidade da porca e as condições operacionais permitidas
Uma vantagem de um arranjo de porca rotativa é que o longo eixo do parafuso permanece estacionário e não está sujeito à mesma limitação de velocidade crítica de rotação que um parafuso rotativo. Isto não significa que a montagem possa operar em velocidade ilimitada.
Confirme a velocidade de rotação permitida de:
- A porca esférica rotativa
- O sistema de recirculação de bolas
- Os rolamentos de suporte da porca
- A polia ou engrenagem
- As vedações e o arranjo de lubrificação
A velocidade operacional deve permanecer dentro dos limites especificados para o conjunto de fuso de esferas e porca rotativa selecionado. O aumento da temperatura e o desempenho da lubrificação também devem ser avaliados no ciclo de trabalho pretendido.
6. Selecione a precisão e pré-carga necessárias
A precisão apropriada depende do que a aplicação automotiva deve controlar. Requisitos importantes podem incluir:
- Precisão de posicionamento
- Repetibilidade bidirecional
- Folga axial ou folga
- Suavidade de corrida
- Rigidez axial
- Aumento de temperatura permitido
A pré-carga pode reduzir a folga axial e aumentar a rigidez, mas a pré-carga excessiva aumenta o torque de funcionamento e o calor. Portanto, deve ser selecionado de acordo com a carga real, velocidade e requisitos de posicionamento, em vez de escolher automaticamente o nível mais alto disponível.
O grau de precisão e a pré-carga são especificações diferentes. Um grau de precisão de avanço mais alto não garante, por si só, folga zero, e uma pré-carga mais alta não corrige erros de montagem ou alinhamento.
7. Avalie os rolamentos de suporte da porca e a interface de acionamento
A porca precisa de um arranjo de rolamento que permita a rotação enquanto controla o movimento axial e radial. Esses rolamentos podem suportar reações de acionamento e devem fornecer rigidez suficiente para a carga e velocidade pretendidas.
Revise as seguintes interfaces:
- Tipo e disposição do rolamento
- Pré-carga do rolamento
- Dimensões do alojamento da porca
- Método de montagem de polia ou engrenagem
- Tensão da correia de transmissão
- Posição do motor
- Concentricidade da habitação
- Acesso à lubrificação
A tensão excessiva da correia pode adicionar carga radial aos rolamentos das porcas. A má concentricidade entre a porca rotativa, os rolamentos de suporte e a polia motriz pode causar vibração, torque desigual e desgaste prematuro.
8. Forneça um sistema de orientação separado
O fuso de esferas gera e transmite movimento axial, mas não deve ser usado como guia principal da estrutura móvel. Guias lineares ou outro mecanismo de guia adequado devem suportar cargas e momentos radiais.
Uma guia linear de rolo pode suportar cargas radiais e de momento em um sistema de movimento giratório de porca esférica.
Eixos e rolamentos lineares fornecem um método de orientação alternativo para equipamentos adequados de carga leve ou média.
As duas imagens acima mostram possíveis componentes de orientação em vez de porcas esféricas giratórias. O sistema de guia deve ser selecionado independentemente de acordo com a carga radial, carga de momento, rigidez e espaço de instalação.
9. Considere temperatura, contaminação e lubrificação
As condições ambientais influenciam o arranjo de vedação e lubrificação. Confirme o esperado:
- Temperatura operacional mínima e máxima
- Exposição a poeira, partículas metálicas ou respingos de soldagem
- Contato com líquido refrigerante, óleo, água ou produtos químicos de limpeza
- Nível de vibração e choque
- Intervalo de manutenção necessário
- Tipo de lubrificante permitido
Como a porca gira, o método usado para fornecer e reter o lubrificante deve ser compatível com o alojamento giratório. A entrada de lubrificação, a orientação da vedação e o acesso para manutenção devem ser definidos durante a fase de projeto.
10. Verifique o espaço de montagem e a compatibilidade
O diâmetro do parafuso e o avanço por si só não são suficientes para definir uma porca esférica rotativa. As seguintes dimensões e interfaces devem ser confirmadas:
- Diâmetro nominal do parafuso e avanço
- Direção da linha
- Comprimento total do parafuso e curso útil
- Dimensões do flange da porca
- Diâmetro externo da caixa giratória
- Assentos de rolamento e ombros de localização
- Polia motriz ou interface de engrenagem
- Posição de montagem do motor
- Espaço disponível para instalação radial e axial
A porca esférica e o eixo do parafuso devem ser fornecidos como um conjunto compatível. A correspondência apenas do diâmetro nominal e do avanço não é suficiente porque a geometria da pista, o tamanho da esfera, a pré-carga e o projeto de circulação também devem corresponder.
Informações necessárias para seleção de porca esférica rotativa
| Informações necessárias | Por que isso importa |
|---|---|
| Localização do aplicativo | Distingue um componente do veículo de um equipamento de produção automotiva |
| Arranjo de movimento | Define qual componente gira e qual componente se desloca |
| Curso e comprimento total do parafuso | Determina o eixo necessário e o layout da máquina |
| Massa móvel e carga axial | Usado para cálculos de capacidade de carga e vida útil |
| Velocidade linear máxima | Usado para selecionar a velocidade de rotação do avanço e da porca |
| Aceleração e ciclo de trabalho | Afeta pico de carga, temperatura e vida útil |
| Precisão e alvo de folga | Determina o grau de precisão e o requisito de pré-carga |
| Ambiente | Define requisitos de vedação, lubrificação e materiais |
| Desenho de instalação | Confirma as interfaces de carcaça, rolamento e acionamento |
Conclusão
Uma porca esférica rotativa deve ser selecionada como parte de um conjunto de acionamento completo, e não como uma porca isolada. A escolha correta depende do arranjo de movimento, carga axial, avanço, velocidade, aceleração, precisão, pré-carga, rolamentos de suporte, interface de acionamento e ambiente operacional.
Para equipamentos de fabricação automotiva de longo curso, manter o eixo do parafuso estacionário pode ajudar a evitar a limitação de velocidade crítica de um eixo giratório longo. Para um mecanismo instalado no veículo, requisitos adicionais de durabilidade, segurança, rastreabilidade e ambientais específicos da aplicação devem ser confirmados antes que o produto possa ser considerado adequado.
DLY fornece uma gama deconjuntos de fusos de esferaesérie de porcas esféricas. Para um requisito de porca rotativa, envie o layout de movimento e os parâmetros operacionais para análise de viabilidade, em vez de selecionar apenas pelo diâmetro do parafuso e avanço.
