Como selecionar um acionamento de giro: torque, carga, relação e folga

Um acionamento de giro (também denominado acionamento de giro) é um conjunto integrado de rolamento e engrenagens que gira uma carga enquanto suporta força axial, força radial e momento de tombamento. A caixa de engrenagens do acionamento de giro cumpre duas funções ao mesmo tempo: transmite torque e suporta as cargas do rolamento.

Por isso, a seleção exige mais do que apenas comparar o torque do motor com um número de catálogo.

Uma capacidade nominal de torque elevada não compensa uma capacidade insuficiente do rolamento. Para uma introdução básica ao mecanismo, consulte o que é um acionamento de giro.

Comece pelo caso de carga, não pelo código do produto

Um erro comum de dimensionamento é comparar apenas o maior valor de torque em cada linha do catálogo. Comece pela máquina.

Mantenha a operação normal, as paradas de emergência, os eventos de vento e a retenção estacionária como casos de carga distintos. O pior torque e o pior momento de tombamento podem ocorrer em momentos diferentes.

Calcule o torque de saída

Para uma força tangencial aplicada em um braço de alavanca perpendicular, T = F × r. Uma força de 2,000 N aplicada a 0.5 m produz 1,000 N·m.

A aceleração acrescenta T_acc = J × α, em que J é o momento de inércia em relação ao eixo de rotação (kg·m²) e α é a aceleração angular (rad/s²). Com J = 500 kg·m² e α = 0.2 rad/s², a aceleração acrescenta 100 N·m. Se um torque resistente de 1.000 N·m atuar ao mesmo tempo, a solicitação simplificada é 1.100 N·m.

Em uma máquina real, avalie o perfil completo de torque em função do tempo. Compare a operação contínua com a capacidade nominal do fabricante e os transitórios de curta duração com a capacidade de pico aplicável. Aplique o fator de serviço ou fator de aplicação quando especificado; não existe um fator universal adequado a todos os acionamentos de giro e ciclos de trabalho. Para uma explicação mais detalhada sobre torque de partida e de regime, consulte cálculos de torque de rolamentos de giro.

Verifique as cargas do rolamento de forma independente

• Força axial (Fₐ) atua ao longo do eixo de rotação. Um rolamento montado na vertical, que suporta uma massa de 1.000 kg, suporta cerca de 9,81 kN devido à gravidade, se suportar todo o peso.

• Força radial (Fᵣ) atua perpendicularmente ao eixo de rotação. Vento e forças laterais da máquina são fontes comuns.

• Momento de tombamento (M) atua em torno de um eixo transversal ao eixo de rotação. Para uma força perpendicular com excentricidade, M = F × e.

• Torque de saída (T) atua em torno do eixo de rotação e impulsiona ou resiste ao movimento de giro.

Torque e momento de tombamento utilizam a mesma unidade N·m, mas solicitam partes distintas do conjunto. Um acionamento pode transmitir torque suficiente e, ainda assim, ultrapassar a carga combinada admissível do rolamento.

Verificar simultânea força axial, força radial e momento de tombamento por meio da curva de carga combinada do modelo específico ou do cálculo aprovado pelo fabricante. Nas páginas de produto da LILY Bearing, isso aparece como um diagrama de carga limite: momento de tombamento equivalente em função da carga axial equivalente, com uma curva de parafuso e uma curva de pista de rolagem. Os limites de carga estática, a capacidade dinâmica de operação e a vida em fadiga tratam de mecanismos de falha distintos; portanto, um valor máximo elevado no catálogo não define, por si só, uma vida útil aceitável.

Um diagrama de carga limite do fabricante é específico de cada modelo. Seus eixos podem utilizar cargas equivalentes e premissas sobre força radial, solicitação dos parafusos e rigidez da montagem. Converta cada caso real de carga pelo método indicado antes de compará-lo com o envelope permitido; não se deve plotar a força axial bruta e o momento de tombamento diretamente sobre a curva, salvo se as instruções permitirem explicitamente isso.

Exemplo prático: o rolamento pode ser o fator determinante

Imagine uma estrutura de posicionamento de eixo vertical instalada ao ar livre. Ela necessita de 2.000 N·m de torque de saída para girar, e seu rolamento suporta uma 12 kN de carga axial. Em um caso de carga lateral, uma única força horizontal de 8 kN atua 1,5 m acima do plano de referência do rolamento.

Essa única força gera Fᵣ = 8 kN no rolamento e um momento de tombamento de M = 8 kN × 1,5 m = 12 kN·m. Não há carga radial separada a ser considerada.

A exigência operacional de 2.000 N·m não pode ser atendida apenas pela classificação de torque máximo: primeiro é necessário verificar o torque nominal do candidato, a duração admissível do pico e o ciclo de trabalho. Em separado, suponha que sua avaliação de cargas combinadas aprovada pelo fabricante, considerando simultaneamente 12 kN de força axial, 8 kN de força radial e 12 kN·m de momento de tombamento, mostre que essa condição de carga excede o limite permitido. Nesse caso, o candidato é inadequado, mesmo que sua classificação de torque seja suficiente. Aumentar o torque do motor não eleva a capacidade do rolamento. Este é um exemplo didático, não um resultado de ensaio nem um veredito de seleção para um modelo da LILY Bearing.

Ajuste a relação de engrenagens ao motor e à velocidade

Para a relação de redução i = n_in / n_out, uma entrada de 60 rpm em uma 60:1 redução resulta em 1 rpm na saída. A estimativa de torque de saída em regime permanente é T_out = T_in × i × η, em que η é a eficiência da transmissão. Com T_in = 20 N·m, i = 60, e um exemplo ilustrativo η = 0,45:

T_out = 20 × 60 × 0,45 = 540 N·m

A eficiência de 0,45 é uma premissa aritmética para o conjunto redutor completo, não um valor medido de qualquer acionamento LILY Bearing. Para o dimensionamento do motor, obtenha a eficiência e a rotação permissível no ponto real de operação. Não se deve inferir autobloqueio ou retenção segura com base na eficiência assumida; verifique o comportamento de retenção e de retroacionamento informado para o modelo e especifique um freio ou trava quando a aplicação exigir.

Se o motor operar a uma rotação muito superior a 60 rpm, por exemplo 1.800 rpm, será necessário um redutor a montante ou uma relação total maior para atingir uma baixa velocidade de saída. Verifique a curva velocidade-torque do motor, seus limites térmicos e a rotação de entrada permitida pelo acionamento. A explicação sobre relações de engrenagens da UC San Diego em projeto de máquinas aborda as relações fundamentais entre velocidade, potência e torque.

Especifique folga angular e erro de posicionamento separadamente

A folga angular é o movimento perdido causado pela folga no engrenamento quando a direção do torque transmitido se inverte. Ela é apenas um dos componentes do erro total de posicionamento.

Em um raio de 2 m, 0,1° (6 minutos de arco) corresponde a uma distância de arco de s = r × θ = 2 × (0,1π/180) ≈ 3,49 mm. Esta é uma conversão geométrica, não um erro medido da máquina.

Para comparar acionamentos de forma justa, informe a folga angular de saída admissível, o torque de teste e o método de medição. A deformação estrutural, a folga do rolamento, a rigidez da fixação e a posição do encoder podem ser tão relevantes quanto o engrenamento.

Verifique regime de trabalho, retenção, proteção e vida útil

Antes de definir o código final da peça, esclareça estas questões:

• Carga estática versus carga dinâmica: O rolamento consegue suportar a pior carga estática, e o regime de operação proporciona vida em fadiga aceitável?

• Regime de trabalho e fator de serviço: Com que frequência a unidade parte, para, inverte o sentido ou recebe cargas de choque? Aplique os limites de regime e os fatores especificados para o modelo.

• Retenção e acionamento reverso: É necessário um freio ou bloqueio independente? O autotravamento depende da geometria, do atrito, da lubrificação e do desgaste, portanto não pode ser assumido em sistemas de engrenagem sem-fim.

• Grau de proteção contra ingresso: A que exposição a poeira e água o acionamento, o motor, as vedações e os conectores estarão submetidos? Um grau IP aplica-se somente ao conjunto ou componente no qual foi ensaiado; não se deve inferi-lo a partir de uma carcaça vedada.

• Lubrificação e ambiente: A graxa, o intervalo de relubrificação, a faixa de temperatura e a proteção contra corrosão são adequados?

Acionamentos de giro com engrenagem sem-fim versus engrenagem reta, e a série LILY Bearing

Ambos os tipos de engrenagem são utilizados em acionamentos de giro. Trata-se de tendências gerais de projeto, portanto os detalhes devem ser confirmados na documentação de cada modelo.

A LILY Bearing publica as famílias WD-H e WD-L de engrenagens sem-fim e as famílias SP-H e SP-I de dentes retos (engrenagem reta). As duas configurações a seguir de um tamanho WD-H verificado ilustram por que é essencial পৃথgar torque nominal e torque máximo.

Os valores publicados para o WD-H 0300 são classificações de catálogo, e não uma aprovação para um caso de carga específico. O diagrama correspondente de carga no rolamento, bem como os requisitos de instalação, motor, regime de trabalho e retenção, ainda precisam ser analisados separadamente. As faixas de momento de tombamento definidas em nível de série não devem ser usadas como substituto de uma avaliação de cargas combinadas específica do modelo. Fonte: Especificações técnicas do WD-H 0300 / 1 acionamento.

O catálogo da série WD-H identifica essas configurações como “Engrenagens autoblocantes: Não”. Quando a rotação não intencional representar risco, avalie o uso de um freio com especificação adequada ou de um sistema de travamento independente, em vez de presumir que a engrenagem sem-fim manterá a carga.

Checklist de seleção de slew drive para RFQ

Envie a tabela de dados preenchida acima, além do desenho de montagem, do diagrama de forças indicando o ponto de aplicação de cada carga, da preferência de motor e das condições ambientais. Para suporte técnico na seleção, entre em contato conosco.

Perguntas frequentes

Um slew drive pode operar em rotação contínua?

Sim, desde que o modelo escolhido tenha especificação compatível com a velocidade, o regime de trabalho, a temperatura e a lubrificação envolvidos. Consulte na ficha do modelo uma especificação para serviço contínuo; uma classificação para posicionamento intermitente não implica essa aptidão.

Um slew drive é o mesmo que um rolamento de giro?

Não. Um rolamento de giro suporta a rotação; já o slew drive integra o rolamento a um conjunto de engrenagens de acionamento, permitindo a aplicação de torque pela entrada. Os termos slew drive e slewing drive referem-se ao mesmo tipo de conjunto.

Um encoder pode eliminar a folga?

Não. Um encoder mede a posição. O controle em malha fechada pode compensar parte da perda de movimento repetível, mas a folga mecânica permanece.