As ineficiências da máquina, a folga e o desgaste causam perda de precisão, tempo de inatividade e custos elevados. Os fusos de esferas eliminam estes problemas com baixo atrito, rigidez e durabilidade - conduzindo a um movimento linear fiável.

Os fusos de esferas convertem o movimento rotacional em movimento linear preciso utilizando elementos rolantes, oferecendo elevada precisão, repetibilidade e eficiência em aplicações de automação, CNC e robótica.

Continue a ler para descobrir porque é que os fusos de esferas superam outras soluções de movimento linear.

O que é um fuso de esferas?

A fuso de esferas é um atuador linear mecânico de precisão que converte o movimento de rotação em movimento linear com o mínimo de fricção. Ao contrário dos parafusos de avanço, em que ocorre deslizamento, os parafusos de esferas utilizam rolamentos de esferas de aço para rolar entre as roscas, reduzindo drasticamente a perda de energia e o desgaste.

A estrutura inclui um eixo roscado (normalizado por avanço e passo) e uma porca correspondente que contém esferas de recirculação. À medida que o parafuso roda, as esferas circulam pela porca através de canais de retorno. Este mecanismo de rolamento permite uma eficiência mecânica próxima da unidade (frequentemente 90%+), permitindo movimentos a alta velocidade com calor e folgas reduzidos.

Os fusos de esferas são amplamente utilizados em máquinas CNC, robótica, montagem de alta precisão e estágios de movimento linear, oferecendo vantagens em termos de repetibilidade, capacidade de carga e controlo.

Componentes de fusos de esferas

A fuso de esferas consiste em vários componentes de engenharia de precisão que trabalham em conjunto para proporcionar um movimento linear suave e exato:

• Eixo de parafuso: Haste roscada helicoidal em aço temperado. O avanço da rosca (distância que as esferas percorrem por rotação) determina a resolução mecânica.

• Porca: Contém uma rosca interna e um trajeto de recirculação para as esferas de aço; estão disponíveis os tipos de anel sólido ou dividido.

• Bolas: Esferas de aço endurecido ou de cerâmica que rolam entre o eixo e a porca, suportando a carga.

• Sistema de retorno de esferas: Passagens internas ou tubos externos guiam as esferas continuamente através da porca.

• Acessórios de extremidade: Vedantes, limpadores ou coberturas para proteção contra poeira, detritos e perda de lubrificação.

• Sistema de pré-carga: Aplicado por projeto de porca para eliminar a folga axial e endurecer o conjunto.

• Rede de Lubrificação: Aplicação de massa lubrificante ou de óleo através dos orifícios, assegurando a longevidade e reduzindo a fricção.

Cada componente contribui para a precisão, rigidez e vida útil de um conjunto de fuso de esferas. A maquinação de qualidade, o tratamento térmico e os processos de montagem são fundamentais para o desempenho.

Precisão dos fusos de esferas

A precisão é um dos principais pontos fortes do parafusos de esferasdefinindo o grau em que o seu movimento real segue o movimento comandado.

- Precisão de chumbo: Desvio numa única volta de rosca. Os graus comuns incluem C0 (≤2 μm/300 mm), C5, C7, etc. Os graus de precisão mais elevados custam mais, mas são essenciais para mesas de máquinas-ferramentas e sistemas de metrologia.
- Reação adversa: Folga axial entre a porca e o veio. Obtida utilizando uma pré-carga de precisão (por exemplo, a pré-carga de classe II dá ≤5 µm). A folga reduzida é vital para o movimento bidirecional e a repetibilidade CNC.
- Repetibilidade: Capacidade de regressar a um ponto com precisão. Os fusos de esferas têm normalmente uma repetibilidade de ±1 µm sob pré-carga e controlo adequados.
- Erro de retilinearidade e rotação: A retidão e a concentricidade dos veios asseguram um funcionamento suave, sem atrito nem vibrações.

Estas métricas são normalizadas (ISO 3408, JIS B1192) para ajudar os engenheiros a especificar os fusos de esferas adequados para aplicações como eixos CNC servo-acionados, robótica ou módulos de montagem de precisão.

Tipos de fusos de esferas

Existem vários tipos de fusos de esferascada uma delas adaptada às diferentes necessidades industriais:

1. Parafuso de esferas padrão

Veio rectificado ou laminado com porca e tubos de retorno. Ideal para sistemas de movimento geral com precisão moderada.

2. Parafuso de esferas miniatura

Parafusos compactos com diâmetros ≤10 mm e roscas finas - utilizados em eletrónica de consumo, robôs cirúrgicos e pequenos módulos de laboratório.

3. Parafuso de esferas de alta precisão

CNC de 5 eixos, cortadores a laser, sistemas aeroespaciais - requerem graus ultra-elevados como C0 ou C3, baixa folga e montagem rígida.

4. Parafuso de esferas de porca dupla pré-carregado

Duas porcas pré-carregadas uma contra a outra eliminam a folga e endurecem o sistema - ótimo para eixos verticais e aplicações servo.

5. Parafuso de esferas com rolos ou planetário

Utiliza rolos em vez de esferas para eixos de alta carga e baixa velocidade - encontrados em prensas industriais pesadas e sistemas de elevação.

6. Parafuso de esferas híbrido tipo Acme

Combina roscas acme com rolamentos de esferas internos para obter precisão intermédia e capacidade de carga a um custo reduzido.

A seleção depende da carga, precisão, velocidade, esperança de vida e restrições de espaço.

Vantagens dos fusos de esferas

Parafusos de esferas oferecem vantagens claras em relação a outros accionamentos lineares mecânicos:

• Alta eficiência: O movimento de rolamento reduz o atrito com o 10% dos parafusos acme - melhora a utilização de energia e reduz o calor.

• Elevada precisão e repetibilidade: A precisão ao nível do mícron suporta aplicações CNC, robótica, semicondutores e ópticas.

• Manuseamento de cargas: Cargas dinâmicas e estáticas elevadas com uma longa vida útil à fadiga.

• Reacções adversas mínimas: A pré-carga elimina a folga para um posicionamento bidirecional preciso.

• Longa vida útil: O aço endurecido, a lubrificação e a pré-carga maximizam a durabilidade.

• Compatibilidade com motores: Excelente emparelhamento com servomotores/ motores passo a passo - suporta sistemas de feedback de alta velocidade e de circuito fechado.

• Redução de ruído: Funcionamento mais silencioso devido ao mecanismo de rolamento.

Em geral, os fusos de esferas produzem movimentos mais seguros, mais fiáveis e mais económicos em comparação com os mecanismos deslizantes de baixa eficiência.

Comparação entre os fusos de esferas e os fusos de avanço

Os fusos de esferas superam os fusos de avanço em cenários de alta carga, alta velocidade ou alta precisão. No entanto, os fusos de avanço continuam a ser rentáveis para sistemas de movimento ocasionais e de baixa carga.

Resumo

Os fusos de esferas proporcionam uma precisão, eficiência e desempenho de carga incomparáveis - ideais para movimentos lineares de elevado desempenho em todas as indústrias.Para mais informações, contactar [email protected]