Sim, fusos de esferas podem apresentar folga. Um conjunto de fuso e porca sem pré-carga pode ter folga axial, o que gera movimento perdido quando há inversão do sentido de deslocamento ou da carga axial. Um conjunto com pré-carga corretamente selecionada pode eliminar a folga relacionada à folga axial dentro das condições de operação especificadas; porém, o eixo completo da máquina ainda pode apresentar erro de reversão.
Não existe um valor único de folga aplicável a todos os fusos de esferas. O resultado depende da configuração do fuso e da porca, da pré-carga, da condição, do arranjo de montagem e do método de medição.
Para os OEMs, as questões práticas são: de onde se origina o movimento medido, quanto erro de reversão a aplicação pode tolerar e o que o fornecedor deve verificar antes da aprovação de um modelo?
Fusos de esferas apresentam folga?
Um fuso de esferas transmite força axial por meio de esferas recirculantes que se deslocam entre as pistas do eixo do fuso e da porca. Se o conjunto tiver folga axial, a reversão da carga pode exigir que os componentes em contato compensem essa folga antes que a força seja transmitida no sentido oposto. A Thomson identifica essa folga interna como uma fonte de folga em fusos de esferas e explica que a seleção das esferas na fábrica ou arranjos adequados de pré-carga podem reduzi-la ou eliminá-la.
No entanto, o movimento medido na mesa da máquina não isola o conjunto de fuso e porca. Várias interfaces podem contribuir:
Conjunto de fuso e porca: folga axial interna, desgaste ou alteração da pré-carga.
Rolamentos de apoio: folga axial, deslocamento do rolamento ou movimento no arranjo de retenção do eixo.
Acoplamento e ligações de acionamento: folga, conexões com escorregamento ou deformação torsional.
Carcaça da porca e estrutura de montagem: interfaces frouxas ou deflexão elástica.
Eixo completo: o atrito das guias, a conformidade estrutural e a resposta de controle podem influenciar o comportamento de reversão observado.
Portanto, a especificação de fuso de esferas com “folga zero” não garante erro de reversão nulo no ponto de trabalho. A folga dos componentes e o desempenho do eixo instalado exigem critérios de aceitação distintos.
Folga, movimento perdido e precisão de posicionamento são conceitos distintos
Esses termos descrevem aspectos relacionados do movimento, mas não devem ser usados como sinônimos em uma especificação de compra. Neste artigo, folga refere-se ao movimento associado à folga; movimento perdido descreve a resposta mais ampla observada durante a reversão.
Termo | Significado | O que é medido | Fontes comuns | O que confirmar na aquisição |
|---|---|---|---|---|
Folga angular | Movimento decorrente da folga antes que a força seja transferida no sentido oposto | Movimento relativo em um componente ou interface em um ensaio de reversão definido | Folga entre parafuso e porca, folga na conexão de acionamento ou jogo na extremidade de apoio | Folga axial máxima, limite do componente, força de ensaio e método |
Movimento perdido | Movimento de entrada que não produz imediatamente o movimento de saída correspondente durante a reversão | Relação entre a entrada de acionamento e a saída real do eixo | Folga, deformação elástica, atrito e outros efeitos de reversão | Ponto de medição, carga, sequência de reversão e estado de compensação |
Precisão de posicionamento | Conformidade entre a posição real e o alvo especificado ao longo do curso de trabalho | Erro de posição em locais definidos | Erro de curso, deslocamento térmico, conformidade, alinhamento e configuração do sistema de realimentação | Precisão requerida ao longo do curso especificado e procedimento de aceitação |
Repetibilidade | Consistência ao retornar ao mesmo alvo em condições definidas | Dispersão das medições repetidas de posição | Variações mecânicas, atrito, alterações térmicas e comportamento do controle | Ensaio unidirecional ou bidirecional, repetições e condições de operação |
A THK trata a precisão do passo, a folga axial, a rigidez do sistema de avanço, o deslocamento térmico e as variações de orientação do sistema de guias como fatores distintos que contribuem para o erro de posicionamento. Isso permite especificar a exigência completa do eixo em conjunto com as especificações dos componentes do fuso de esferas.
O que é o passo do fuso de esferas e como ele se relaciona com o erro?
O passo do fuso de esferas é o deslocamento axial nominal produzido por uma revolução relativa entre o fuso e a porca. A precisão do passo descreve o quanto o deslocamento real se aproxima da relação de deslocamento especificada.
O erro de passo e a folga axial respondem a perguntas diferentes:
O erro de passo diz respeito à precisão do deslocamento quando a rotação é convertida em movimento linear.
A folga axial diz respeito ao comportamento associado à folga quando ocorre a reversão do movimento ou da carga.
Mesmo um conjunto com baixa folga axial ainda pode apresentar erro de deslocamento ao longo do curso. Da mesma forma, a escolha de uma classe de passo mais precisa não corrige automaticamente uma acoplagem com folga ou um problema no rolamento de apoio. Especifique separadamente a precisão do passo e o desempenho na reversão.
Uma sequência prática de diagnóstico
A sequência a seguir oferece uma estrutura prática para localizar a origem do erro de reversão. Sempre que disponível, utilize o procedimento de manutenção do fabricante da máquina e defina previamente o método de medição antes de comparar os resultados.
1. Estabeleça condições de teste repetíveis
Registre a posição do eixo, a carga útil, a força aplicada, a temperatura, a condição de lubrificação e o estado de pré-aquecimento. Defina a direção de aproximação, o movimento de reversão, a velocidade e o tempo de estabilização.
Utilize um instrumento independente de medição de deslocamento, adequado à resolução requerida. Um encoder de motor, isoladamente, não permite determinar se a mesa da máquina seguiu o movimento comandado.
Para obter medições comparáveis, mantenha a mesma carga, direção de aproximação, sequência de reversão e ponto de medição. Ao reposicionar o instrumento para investigar outra interface, documente claramente a nova referência.
Trave os eixos verticais antes de liberar o acionamento ou o freio e isole a alimentação elétrica para a inspeção manual.
2. Verifique a extremidade de apoio
Verifique se o eixo do fuso se desloca axialmente em relação ao mancal durante o ensaio de reversão definido. Em seguida, confirme se o mancal se desloca em relação à sua estrutura de fixação.
Analise a disposição dos rolamentos, a retenção do eixo, a condição da porca de trava, a fixação do mancal e os registros de montagem. Interprete o movimento com base no projeto aprovado: um apoio destinado a acomodar a dilatação térmica não deve ser avaliado como se fosse a extremidade de localização.
3. Verifique o acoplamento e as conexões de acionamento
Inspecione as ligações entre motor e acoplamento, e entre acoplamento e fuso. Procure indícios de deslizamento relativo, interfaces de fixação frouxas ou folga na conexão.
Também é importante distinguir folga de flexibilidade torsional. Um acoplamento pode transmitir movimento sem jogo mecânico e, ainda assim, sofrer torção sob carga de torque. Sua adequação depende da exigência de rigidez do eixo, bem como da classificação nominal de backlash.
4. Verifique o alojamento da porca e as interfaces de montagem
Meça, conforme aplicável, o movimento relativo entre o flange da porca, o alojamento da porca, o carro e a estrutura de suporte.
As instruções de diagnóstico da HIWIN utilizam medições na extremidade do eixo, no mancal e nas interfaces de montagem da porca para ajudar a localizar backlash excessivo. O princípio de diagnóstico é identificar qual interface se movimenta antes de atribuir toda a leitura ao fuso de esferas em si.
5. Avalie o conjunto fuso e porca
Após a análise das interfaces externas, avalie o movimento axial relativo entre o fuso e a porca utilizando o dispositivo, a restrição e a força de teste especificados pelo fornecedor.
Uma medição por reversão de força pode incluir tanto deformação elástica quanto folga. Informe em conjunto a força aplicada e o deslocamento medido; não classifique todo deslocamento medido como backlash.
Sempre que possível, repita o procedimento em várias posições ao longo do curso de trabalho. Resultados dependentes da posição exigem investigação tanto do conjunto do fuso quanto do eixo adjacente.
6. Verifique o eixo instalado após a correção
Repita o ensaio original após corrigir a causa identificada. Se a aplicação exigir, verifique também o posicionamento bidirecional e a repetibilidade no ponto de trabalho.
Não existe um limite universal de aprovação/reprovação para esta sequência. A aceitação deve seguir o requisito da aplicação, o desenho aprovado, a especificação do fornecedor e as condições de teste acordadas.
Quando a pré-carga ajuda e quais são seus impactos
A pré-carga estabelece um carregamento interno nos contatos entre fuso e porca para eliminar a folga axial e aumentar a rigidez da porca. Ela pode ser útil quando a folga interna ou a complacência de contato limitam o desempenho na reversão. A THK também alerta que a pré-carga excessiva aumenta a geração de calor e pode comprometer a vida útil.
A pré-carga não corrige interfaces de montagem frouxas, deslizamento do acoplamento nem rigidez estrutural insuficiente.
Compare as opções de configuração
As opções a seguir são tipos de configuração consagrados e descritos na literatura dos fabricantes. A disponibilidade e a adequação devem ser confirmadas para o diâmetro, o passo, o projeto da porca e a aplicação específicos.
Configuração | Benefício potencial | Principais considerações | É necessária a confirmação do fornecedor |
|---|---|---|---|
Conjunto sem pré-carga, com folga especificada | Pode ser adequado para aplicações cujas exigências de inversão permitam folga | Permanece o movimento de reversão associado à folga | Folga máxima e método de medição |
Porca simples com esferas superdimensionadas selecionadas | Arranjo compacto que pode reduzir a folga ou estabelecer pré-carga | Exige geometria compatível das pistas e seleção controlada das esferas | Requisitos de montagem casada, pré-carga e torque de funcionamento |
Porca simples com deslocamento interno do passo | Pré-carga dentro de um único corpo de porca | A adequação depende do projeto específico | Configuração disponível, rigidez e características de torque |
Porca dupla com pré-carga fixa | O carregamento oposto pode eliminar a folga e aumentar a rigidez | Maior envelope de instalação e ajuste controlado da pré-carga | Comprimento da porca, método de pré-carga e limites operacionais |
Porca dupla com pré-carga por mola | Proporciona carregamento oposto das porcas por meio de um conjunto de molas | O comportamento da mola e o carregamento externo afetam o desempenho | Faixa de carga utilizável, rigidez e procedimento de ajuste |
Estas opções representam alternativas de projeto, e não uma lista de ofertas confirmadas de um fornecedor específico.
Avalie atrito, aquecimento e vida útil em conjunto
A definição da pré-carga deve considerar mais do que a medição inicial de reversão.
O carregamento interno adicional afeta o torque de operação e o dimensionamento do motor. O calor gerado durante a operação pode alterar a temperatura do fuso e, consequentemente, seu comprimento. A THK identifica a expansão térmica como um fator de erro de posicionamento e recomenda o controle da geração de calor como parte do gerenciamento de precisão.
A pré-carga também deve ser incluída no cálculo de vida útil do fornecedor. A THK observa de forma explícita que uma porca com pré-carga já suporta carga interna, a qual deve ser considerada na avaliação da vida em serviço.
Solicite ao fornecedor que avalie a pré-carga proposta em relação ao espectro real de carga, à velocidade, ao ciclo de trabalho, à lubrificação e às condições térmicas. Evite especificar a pré-carga apenas com base no maior nível disponível.
Alterações no tamanho das esferas, nos espaçadores ou no ajuste da pré-carga devem seguir o procedimento do fabricante. Uma configuração que pareça apertada ao toque não comprova torque, temperatura ou vida útil adequados ao longo de todo o curso.
Lista de verificação de RFQ para OEM
Uma RFQ útil define tanto o componente quanto as condições sob as quais seu desempenho será aceito.
Item de especificação | Informações a fornecer |
|---|---|
Aplicação e orientação | Função da máquina, instalação horizontal ou vertical e motivo da exigência de reversão |
Diâmetro e passo do fuso | Dimensões nominais necessárias ou restrições de projeto, caso a seleção ainda esteja em aberto |
Curso e comprimento | Curso utilizável, comprimento útil de rosca, comprimento total e envelope de instalação |
Extremidades do eixo | Assentos de rolamento cotados, ombros, roscas, interfaces de acoplamento e tolerâncias |
Arranjo de apoio | Funções de fixação e flutuação, arranjo dos rolamentos e desenhos de apoio aplicáveis |
Formato da porca | Formato flangeado ou cilíndrico, dimensões de montagem, orientação e restrições de espaço |
Cargas | Cargas axiais em ambos os sentidos, cargas de pico, impactos, aceleração e ciclo de trabalho |
Velocidade | Velocidade linear, velocidade de rotação do fuso, aceleração e ciclo de operação |
Desempenho de reversão desejado | Folga axial admissível máxima, ponto de medição, carga aplicada e sequência de ensaio |
Folga axial do componente | Condição de folga ou pré-carga necessária, indicada separadamente da folga axial do eixo montado |
Precisão e repetibilidade | Precisão de deslocamento requerida e repetibilidade unidirecional ou bidirecional ao longo do curso de trabalho |
Proposta de pré-carga | Recomendação do fornecedor, método de aplicação da pré-carga e premissas da aplicação |
Requisitos de torque | Torque de partida e de regime permitidos, variação de torque e condições de medição |
Ambiente de operação | Temperatura, contaminação, exposição a fluido refrigerante, riscos de corrosão e requisitos de proteção |
Lubrificação e vida útil | Lubrificante, intervalo de manutenção e vida útil operacional prevista |
Quantidade | Quantidade de protótipos, tamanho do lote de produção e demanda anual prevista |
Controle de desenho | Número do desenho, revisão, unidades e edições das especificações de referência |
Documentos de inspeção | Relatórios dimensionais, de precisão de deslocamento, de folga ou de torque necessários |
Solicitar uma proposta de modelo rastreável
Solicite ao fornecedor o retorno do número de peça exato ou da identificação controlada do conjunto especial, vinculada à revisão do desenho submetida.
A proposta deve identificar a configuração de parafuso e porca, a especificação de folga ou pré-carga, as premissas de operação e o método de inspeção. Qualquer desvio da RFQ deve ser declarado explicitamente.
Ao enviar uma consulta para LILY Bearing, inclua a lista de verificação preenchida, o desenho vigente e qualquer relatório de medição existente. Solicite a confirmação de um modelo adequado e de seu desempenho suportado antes de aprovar o pedido. As estruturas de pré-carga disponíveis, as dimensões e as especificações de entrega devem ser verificadas para o conjunto cotado.
O objetivo da contratação é uma especificação rastreável que conecte a folga do componente, o jogo perdido no eixo instalado e as condições de aplicação. Isso fornece à engenharia e à área de compras uma base sólida para comparar propostas e aprovar o conjunto finalizado.
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