Como calcular o avanço do fuso de esferas

O avanço do parafuso esférico é a distância linear que a porca se move quando o eixo do parafuso gira uma volta completa. Quando os engenheiros calculam o avanço do fuso de esferas, eles geralmente tentam combinar a velocidade de deslocamento necessária, a velocidade do motor, a resolução de posicionamento, a força de empuxo e a condição de carga de um sistema de movimento linear.

Escolhendo o certoparafuso de esferalead não é apenas uma simples fórmula de cálculo. Um avanço maior pode ajudar o eixo a se mover mais rápido na mesma velocidade da rosca, enquanto um avanço menor pode fornecer melhor resolução de posicionamento e maior vantagem mecânica para empuxo.

Este guia explica como calcular o avanço do fuso de esferas a partir da velocidade alvo e das RPM do parafuso, como o avanço afeta a velocidade, a resolução e o empuxo e como escolher um valor de avanço prático de acordo com o torque do motor, velocidade crítica, método de suporte e especificações padrão do fuso de esferas.

O que é chumbo de parafuso esférico?

O avanço do fuso de esfera é medido em milímetros por revolução. Ele informa a distância que a porca esférica percorre em uma rotação completa do eixo do parafuso. Por exemplo, se um parafuso esférico tiver um avanço de 10 mm, a porca se moverá 10 mm quando o parafuso girar uma volta completa.

O avanço é um dos parâmetros mais importantes na seleção de fusos de esferas porque afeta diretamente a velocidade linear, a resolução de posicionamento, a necessidade de torque, a força de empuxo e a resposta do sistema.

Avanço do fuso de esferas versus passo

O chumbo é frequentemente confundido com o pitch. Para muitos fusos de esferas-com início único padrão, o avanço e o passo são iguais. No entanto, para parafusos de início múltiplo, o avanço e o passo são diferentes.

Fórmula de cálculo do avanço do fuso de esferas

Para calcular o avanço do fuso de esferas, você precisa da velocidade linear alvo e da velocidade real de rotação do parafuso. Se o motor estiver conectado diretamente ao parafuso, as RPM do motor e as RPM do parafuso podem ser iguais. Se for usado um redutor, polia de correia, caixa de engrenagens ou outra relação de transmissão, você deve calcular primeiro a rotação real do parafuso.

O ponto chave é a consistência da unidade. Se a velocidade for dada em mm/s, multiplique por 60 para convertê-la para mm/min. Se a velocidade já for dada em mm/min, não multiplique novamente por 60.

Exemplo: Calcular avanço a partir da velocidade alvo e RPM

Suponha que um eixo de máquina exija uma velocidade de deslocamento de 600 mm/s e que o parafuso possa girar a 3.000 rpm.

Isto significa que o avanço teórico necessário para atingir 600 mm/s a 3.000 rpm é de 12 mm. Na seleção real, você não deve aumentar automaticamente a vantagem em uma porcentagem fixa. Em vez disso, escolha o cabo padrão disponível mais próximo e verifique se o torque do motor, a aceleração, a resolução de posicionamento e a velocidade crítica ainda são aceitáveis.

Se 12 mm não for uma opção padrão disponível para o diâmetro ou série de parafuso selecionada, a escolha prática pode ser 10 mm, 16 mm ou outro passo padrão, dependendo dos requisitos da máquina.

Como o lead afeta a velocidade, a resolução e o impulso

O avanço do fuso de esferas afeta vários fatores importantes de desempenho ao mesmo tempo. Um avanço grande ajuda a alcançar maior velocidade linear em RPM mais baixas, mas também reduz a vantagem mecânica. Um avanço pequeno melhora a resolução e o impulso, mas o parafuso precisa girar mais rápido para atingir a mesma velocidade linear.

Verificação de torque e impulso após cálculo de avanço

Após calcular o avanço, você deve verificar se o motor pode fornecer torque suficiente para o empuxo necessário. Um avanço menor proporciona melhor vantagem mecânica, enquanto um avanço maior requer mais torque para gerar o mesmo empuxo axial.

Se o torque for medido em N·m e o avanço for medido em mm, a conversão da unidade deverá ser incluída:

Esta fórmula é uma referência de engenharia. O desempenho real do empuxo também depende da curva de torque do motor, aceleração, eficiência do parafuso, pré-carga, suporte do rolamento, lubrificação, instalação vertical ou horizontal e fator de segurança.

Ao selecionar um avanço maior para alta velocidade, verifique sempre se o motor ainda possui torque suficiente durante a aceleração e sob carga.

Verificação de velocidade crítica e rotação do parafuso

A velocidade crítica do fuso de esferas é afetada principalmente pelo diâmetro do parafuso, comprimento não suportado, método de suporte final e velocidade de rotação. O avanço não determina diretamente a velocidade crítica, mas afeta as RPM do parafuso necessárias para atingir uma velocidade linear alvo.

Para uma determinada velocidade alvo, um avanço maior permite que o parafuso gire em RPM mais baixas. Um avanço menor pode exigir RPM mais altas para atingir a mesma velocidade, o que pode tornar a verificação da velocidade crítica mais importante para eixos de{1}curso longo.

Antes de confirmar o lead final, verifique:

• Diâmetro do parafuso e comprimento total.
• Comprimento não suportado entre suportes de rolamento.
• Configuração final fixa e final suportada.
• Operando o parafuso RPM na velocidade máxima.
• Margem de segurança abaixo da velocidade crítica.

Para sistemas de alta-velocidade e curso-longo, a seleção do condutor deve sempre ser verificada juntamente com a velocidade crítica, a seleção da unidade de suporte e o desempenho do motor.

Processo de seleção de avanço de fuso de esferas de 5 etapas

Um cálculo prático do avanço do fuso de esferas não deve parar após uma fórmula. O valor calculado deve ser verificado em relação ao sistema de movimento total.

Seleção de leads para diferentes aplicações

Máquinas diferentes requerem direções de avanço diferentes. A tabela a seguir fornece uma referência prática para condições de aplicação comuns.

Considerações sobre leads padrão e leads personalizados

Nas compras reais, o lead calculado deve corresponder aos produtos padrão disponíveis. Os eletrodos comuns podem incluir opções de eletrodos de 4 mm, 5 mm, 10 mm, 16 mm, 20 mm, 25 mm, 32 mm ou maiores, dependendo do diâmetro e da série do parafuso.

Os cabos padrão são geralmente mais fáceis de adquirir, reduzem o tempo de entrega e simplificam substituições futuras. Projetos de chumbo personalizados podem ser necessários para condições especiais de velocidade ou movimento, mas devem ser confirmados juntamente com diâmetro, tipo de porca, usinagem final, grau de precisão, unidades de suporte e prazo de produção.

Para projetos OEM, é melhor confirmar o avanço, o diâmetro, o comprimento do parafuso, a usinagem final, a estrutura da porca e o arranjo da unidade de suporte antes de finalizar o projeto da máquina.

A seleção de leads é uma decisão-de sistema

A escolha do fuso de esfera errado pode resultar em motores sobrecarregados, posicionamento impreciso, impulso insuficiente, vibração, ruído ou falha prematura de componentes. É por isso que a seleção do cabo deve ser avaliada juntamente com o projeto completo do eixo.

Uma decisão confiável sobre o avanço do fuso de esferas deve considerar:

• Velocidade de deslocamento e aceleração alvo.
• Velocidade do motor e curva de torque.
• Peso da carga e direção de instalação.
• Resolução de posicionamento e requisito de repetibilidade.
• Diâmetro, comprimento e método de suporte do parafuso esférico.
• Velocidade crítica e RPM de parafuso permitidas.
• Tipo de porca, pré-carga, lubrificação e ambiente de trabalho.

Em muitos casos, o melhor lead não é a menor ou a maior opção. É o líder que oferece o melhor equilíbrio entre velocidade, precisão, impulso, capacidade do motor e confiabilidade-de longo prazo.

Conclusão

O cálculo do avanço do fuso de esferas começa com uma fórmula de velocidade simples, mas a seleção final requer verificação-no nível do sistema. O avanço teórico deve ser verificado em relação ao torque do motor, resolução de posicionamento, exigência de empuxo, velocidade crítica do parafuso, método de suporte e disponibilidade de produto padrão.

Um avanço pequeno fornece melhor resolução e impulso, enquanto um avanço maior suporta maior velocidade de deslocamento em RPM de parafuso mais baixas. A melhor escolha depende do equilíbrio entre velocidade, precisão, carga e confiabilidade. Se você não tiver certeza de qual cabo é adequado, a DLY pode ajudar a verificar o cabo do parafuso esférico, o diâmetro, o grau de precisão, o tipo de porca e a configuração do suporte com base nos requisitos da sua máquina.