Como um simples parafuso se transforma em um sistema de controle preciso usado na robótica e no setor aeroespacial? Este artigo explora a fascinante mecânica por trás dos fusos de esferas, componentes-chave que convertem movimento rotacional em movimento linear com alta eficiência e precisão. Conheça sua estrutura, operação e papel fundamental em vários setores. Ao ler, você entenderá como os fusos de esferas melhoram o desempenho em tudo, desde dispositivos médicos até linhas de fabricação automatizadas.
Parafuso de esfera
O fuso de esferas é composto de vários componentes, incluindo o parafuso, a porca, as esferas de aço, a peça de pré-compressão, o reversor e o dispositivo à prova de poeira. Sua principal função é converter o movimento rotativo em movimento linear, transformando o movimento de deslizamento em movimento de rolamento.
Em 1898, foi introduzido pela primeira vez o conceito de usar esferas de aço entre a porca e o parafuso para converter o contato deslizante de um parafuso tradicional em contato de rolamento. Essa mudança no atrito, de deslizante para rolante, permitiu que o movimento rotativo das esferas de aço na porca fosse transformado em movimento linear, resultando em uma conversão de torque aprimorada e em problemas de posicionamento e danos reduzidos em comparação com os parafusos tradicionais.
A invenção do fuso de esferas é atribuída a Rudolph G. Boehm, do Texas, a quem foi concedida uma patente nos EUA em 1929. Quando usada como um componente ativo, a porca é convertida em movimento linear com o ângulo de rotação do parafuso, orientado por especificações específicas. A peça de trabalho passiva pode ser conectada à porca por meio de um suporte de porca.
O conjunto do fuso de esferas é normalmente feito de aço e consiste em uma porca fêmea e um parafuso com uma ranhura helicoidal que corresponde à ranhura do parafuso.
A ranhura no interior da porca contém muitas esferas pequenas de aço cromado. Como essas esferas circulam dentro da porca, elas proporcionam um movimento suave ao longo do parafuso, enquanto um defletor ou sistema de retorno retém as esferas e permite sua circulação pela porca.
Quando combinado com um motor, a eficiência de um fuso de esferas pode chegar a 90%. Eles são altamente precisos, com uma precisão de alguns milésimos de polegada por pé.
Os fusos de esferas são utilizados por vários setores para controle preciso, incluindo os setores aeroespacial, de informática, eletrônico, automotivo e médico.
Os fusos de esferas são frequentemente empregados em processos de fabricação, como em robôs, linhas de montagem automatizadas, equipamentos de manuseio de materiais, transportadores, máquinas-ferramentas, controle de fios e equipamentos de montagem de precisão.
O conjunto do fuso de esferas consiste em um parafuso e uma porca, cada um com uma ranhura espiral complementar. As esferas rolam dentro dessas ranhuras, servindo como o único ponto de contato entre a porca e o parafuso.
Quando o parafuso ou a porca gira, as esferas são direcionadas pelo defletor para o sistema de retorno de esferas dentro da porca. Elas se movem continuamente pelo sistema de retorno até a extremidade oposta da porca de esferas e, em seguida, saem para a pista rosqueada do parafuso e da porca de esferas para circulação repetida em um circuito fechado.
A porca de esfera desempenha um papel fundamental na determinação da carga e da vida útil do conjunto do fuso de esfera. A relação entre o número de roscas no circuito da porca esférica e o número de roscas no fuso esférico determina qual componente sofrerá falha por fadiga (desgaste) primeiro.
Há dois tipos de métodos de retorno de esfera usados em porcas de esfera: circulação externa e circulação interna.
Na circulação externa, as esferas retornam à extremidade oposta do loop por meio de um tubo de retorno, que se estende além do diâmetro externo da porca de esfera.
porca esférica com circulação externa
A circulação interna envolve a passagem ou o retorno das esferas ao longo da parede interna da porca, que é menor em diâmetro do que o diâmetro externo da porca de esferas.
porca esférica com circulação interna
No caso da circulação interna, a esfera segue um circuito rotativo e é forçada a atravessar a parte superior da rosca do parafuso por meio do sistema de retorno. Isso é chamado de sistema de retorno interno do tipo defletor cruzado.
Em uma porca de esferas do tipo defletor transversal, as esferas giram o eixo apenas uma vez e o circuito é fechado por um defletor de esferas (B) dentro da porca (C), permitindo que as esferas cruzem entre as ranhuras adjacentes nos pontos (A) e (D).
porca esférica com circulação interna
Quando um fuso de esferas longo gira em alta velocidade, se sua relação de esbeltez atingir o harmônico natural do tamanho do eixo, ele pode começar a vibrar. Isso é conhecido como velocidade crítica e pode reduzir significativamente a vida útil do fuso de esferas. Por segurança, recomenda-se não operar o parafuso em uma velocidade superior a 80% de sua velocidade crítica.
Componente da porca esférica de rotação
Em algumas aplicações, são necessários comprimentos de eixo mais longos e velocidades mais altas e, nesses casos, é necessário o uso de um conjunto de porca esférica rotativa.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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