J.P.C. GUTIERREZ - MANUTENÇÃO INDUSTRIAL/MANUTENÇÃO DO FUSO DE ESFERAS - O.S. 11830790

 

Engenharia de Fusos de Esferas

Os parafusos de esferas são rolamentos de esferas pré-carregados de altíssima precisão que funcionam em uma pista helicoidal. Para construir uma nova unidade ou recondicionar uma unidade para uma nova condição de alta qualidade, uma extensa análise de engenharia do fuso de esferas é um requisito básico.

A vida útil do fuso de esferas pode ser calculada. Os parâmetros usados ​​nos cálculos incluem ângulo de contato, conformidade da esfera com o raio da rosca, número de esferas em contato com a pista, pré-carga, materiais, profundidade da caixa de tratamento térmico e dureza da pista. O controle de fabricação de paralelismo, esquadria, concentricidade e avanço também são necessários para obter precisão do fuso de esferas e longa vida útil.

Desde a formação da empresa, os engenheiros da Barnes Industries analisaram muitas falhas nos principais fusos de esferas dos EUA e de outros países. Para evitar falhas e prolongar a vida útil, os projetos foram continuamente melhorados, as tolerâncias de fabricação foram reduzidas e as recomendações de projeto foram feitas aos clientes.

Classificação de carga e vida útil

As classificações de vida útil dos fusos de esferas são comparáveis ​​à classificação L-10 para rolamentos de esferas, conforme determinado pela American Bearing Manufacturers Association. A classificação L-10 ou B-10 é definida como um requisito de confiabilidade* onde uma taxa de falha de 10% é permitida. Isto significa que cerca de 90% de qualquer grande grupo de parafusos idênticos atingirá ou excederá esta classificação de vida útil, 50% durará cinco vezes mais e cerca de 10% falhará antes de atingir essa classificação.

 

*TABELA DE VIDA ÚTIL DO PARAFUSO DE ESFERA PARA PORCAS DE ESFERA COM CLASSIFICAÇÃO L-10 PROJETADA PARA PERCURSO DE 20.000.000 POLEGADAS PARA UMA CARGA DE REVERSÃO.

De 100 unidades idênticas	A porca esférica transporta carga em ambas as direções, deslocamento da porca (polegadas)	Horas de vida da porca esférica viajando a polegadas por minuto
		100 IPM	200 IPM	300 IPM	400 IPM	600 IPM	800 IPM
10	Menos de 20.000.000	N / D	N / D	N / D	N / D	N / D	N / D
90	20.000.000	3.334	1.667	1.111	834	556	417
	40.000.000	6.668	3.334	2.223	1.667	1.111	834
	60.000.000	10.002	5.001	3.334	2.501	1.667	1.250
	80.000.000	13.336	6.668	4.445	3.334	2.223	1.667
	100.000.000+	16.670	8.335	5.557	4.168	2.778	2.084

NOTA: No caso de parafuso vertical ou carga de levantamento, os valores do gráfico seriam reduzidos à metade, pois a carga está sempre em uma direção no parafuso.

 

TABELA DE COMPARAÇÃO DO AUMENTO DE VIDA UTILIZANDO TODAS AS ESFERAS DE CARGA EM CONTATO COM AS PISTAS QUANDO TODOS OS OUTROS PARÂMETROS ATENDEM ÀS PADRÕES DE ENGENHARIA.

De 100 unidades idênticas, 20 unidades com carga e esferas espaçadoras estão distribuídas no gráfico 'A' e 80 unidades com todas as esferas de carga estão distribuídas no Gráfico 'B'

De 100 unidades idênticas	A porca esférica transporta carga em ambas as direções, deslocamento da porca (polegadas)	Horas de vida da porca esférica viajando a polegadas por minuto
		100 IPM	200 IPM	300 IPM	400 IPM	600 IPM	800 IPM
*Gráfico A
2	Menos de 20.000.000	N / D	N / D	N / D	N / D	N / D	N / D
18	20.000.000	3.334	1.667	1.111	834	556	417
	40.000.000	6.668	3.334	2.223	1.667	1.111	834
	60.000.000	10.002	5.001	3.334	2.501	1.667	1.250
	80.000.000	13.336	6.668	4.445	3.334	2.223	1.667
	100.000.000+	16.670	8.335	5.557	4.168	2.778	2.084
*Gráfico B
80 (20 unidades do gráfico Fall In Life acima)	160.000.000	26.672	13.336	8.891	6.668	4.445	3.334
	320.000.000	53.334	26.672	17.778	13.336	8.890	6.668
	480.000.000	80.016	40.008	26.672	20.004	13.336	10.002
	640.000.000	106.688	53.344	35.344	26.672	17.781	13.336
	800.000.000	133.360	66.680	44.453	33.340	22.227	16.670

Ao usar todas as esferas de carga em 80% dos conjuntos de fusos de esferas, a classificação de vida útil L-10 é alterada para uma classificação L-2 ou 98% de confiabilidade. Isso é demonstrado no gráfico de vida acima.

A carga e a vida útil dos fusos de esferas são baseadas na carga axial. Isto se aplica tanto ao fabricante quanto ao recondicionador. As figuras abaixo mostram como a carga axial e a carga radial afetam a vida útil de um fuso de rolamento de esferas.

Fig. 1 - Diâmetro externo lascado em parafuso de avanço desgastado resultante de ângulo de contato inadequado da esfera e condição de sobrecarga.

Fig. 2 - Conjunto de fuso de esfera com carga radial inadequada mostrando o caminho de contato da esfera na parte inferior da pista. Esta condição reduz a vida útil para 1/8 do original.

Fig. 3 - Conjunto de fuso de esferas carregado axialmente mostrando o caminho correto de contato da esfera na pista.

Condição de funcionamento

Um parafuso de avanço com rolamento de esferas é quase sem atrito em operação. A carga entre o parafuso e a porca é suportada por rolamentos de esferas que proporcionam o único contato entre a porca e o parafuso. O conjunto do parafuso esférico funcionará com a porca girando em torno do parafuso ou com o parafuso girando através da porca. Uma simples verificação de funcionamento pode ser feita em sua planta:

1. Certifique-se de que o parafuso esteja limpo e levemente lubrificado.
2. Gire a porca em torno do parafuso fixo manualmente. A porca deve girar suavemente, sem emperrar ou pendurar. A aderência não deve ser confundida com as esferas sendo comprimidas à medida que entram na pista sob carga entre a porca e o parafuso do sistema de retorno. Emperrar ou pendurar (keystone) faz com que as bolas derrapem, desgastando pontos planos nas bolas, e a porca acabará travando. Em casos graves, o deslizamento das esferas danificará as pistas do parafuso sem possibilidade de reparo.

Torque e pré-carga

O torque para acionar a carga é tão importante quanto todos os outros fatores relacionados ao projeto de um fuso de esferas. Esses fatores estão inter-relacionados no layout do projeto original.

A pré-carga elevada proporciona maior precisão de posicionamento e alta rigidez do sistema, mas aumenta o torque de arrasto. Uma pré-carga superior à necessária aumenta o torque de arrasto mais rapidamente do que a rigidez e resulta na perda da vida útil do parafuso. Uma pré-carga alta pode causar posicionamento impreciso. Uma pré-carga elevada também contribuirá para mau funcionamento elétrico. A baixa pré-carga proporciona baixa rigidez do sistema e baixo torque de arrasto, resultando em baixa precisão do sistema.

Alinhamento, desalinhamento e aplicação de carga de fuso de esferas

O alinhamento próximo da montagem do munhão do parafuso esférico com a porca esférica é necessário para longa vida útil e precisão de posicionamento. Cargas radiais, de flexão ou de tombamento impostas ao conjunto do fuso de esferas reduzirão a vida útil da unidade e de seus rolamentos axiais. O desalinhamento radial do parafuso esférico resulta em maior torque à medida que a porca esférica se aproxima dos suportes do rolamento. Cargas dobradas ou tombadas causam funcionamento brusco e ruído. Cargas radiais, de flexão ou de tombamento terão um efeito negativo na precisão do posicionamento.

O ajuste inadequado dos itens a seguir sobrecarregará o conjunto do parafuso esférico e da porca e contribuirá para a falha do parafuso esférico e baixa precisão de posicionamento.

• Gibs ou rolamentos de rolos lineares ajustados com muita força ou desalinhados.
• Os saldos dos contadores não funcionam.
• Os rolamentos pneumáticos e hidrostáticos não funcionam.

Passos para manutenção do fuso de esfera

O primeiro passo na manutenção do fuso de esferas é mantê-lo limpo. Sujeira, poeira e detritos podem causar danos significativos ao fuso de esferas, reduzindo seu desempenho e vida útil. Limpar regularmente o parafuso esférico com um pano macio e seco ou uma escova pode ajudar a remover qualquer acúmulo e evitar a ocorrência de danos. Se necessário, um detergente neutro e água também podem ser usados para limpar o fuso de esferas.

Em seguida, é importante lubrificar regularmente o fuso de esferas. A lubrificação ajuda a reduzir o atrito e o desgaste, permitindo que o fuso de esferas opere de maneira suave e eficiente. Dependendo da aplicação e uso, diferentes tipos de lubrificantes podem ser recomendados, incluindo óleo, graxa ou uma combinação de ambos. É importante seguir as recomendações do fabricante quanto ao tipo e frequência de lubrificação apropriados.

Por que os fusos de esferas precisam de lubrificação?

A lubrificação é uma das partes mais importantes da manutenção do fuso de esferas. A lubrificação adequada ajuda a minimizar o atrito entre as peças do conjunto do fuso de esferas, permitindo que as peças e a máquina da qual ele faz parte se movam e operem suavemente. Ao lubrificar o conjunto do fuso de esferas conforme necessário, você melhorará seu desempenho e prolongará sua vida útil.

Manutenção do fuso de esferas (lubrificação e limpeza)

Um fuso de esfera deve ser devidamente lubrificado e mantido limpo o tempo todo. Caso contrário, a sua vida útil será reduzida. Quando os fusos de esferas não são lubrificados, a vida útil cai em até 85%. A lubrificação reduz o atrito, evita a corrosão e permite que o fuso de esferas opere com mais eficiência. Óleo e graxa são usados ​​para lubrificação. A graxa normalmente não é usada em aplicações de baixa temperatura ou alta velocidade. Graxa de grafite ou graxa com partículas sólidas em suspensão nunca são utilizadas porque tendem a entupir o sistema de retorno da esfera.

O fornecimento de óleo deve garantir sempre uma leve película de óleo limpo com níveis de filtração de três (3) mícrons ou menos. A lubrificação contaminada com sujeira e lascas aumenta o atrito. As esferas que passam sobre cavacos de metal na pista da rosca da esfera causam "lascamento" e o fuso da esfera falha.

Utilize lubrificantes recomendados pelo fabricante da máquina-ferramenta. Como no caso de qualquer montagem de alta precisão, a contaminação por cavacos, sujeira ou outros materiais estranhos causará e, por fim, induzirá a falha do fuso de esferas. A proteção limitada é fornecida por vedações ou limpadores. Foles ou tampas telescópicas são recomendados caso o ambiente tenha alta concentração de contaminantes. A inspeção periódica de limpeza e lubrificação prolongará a vida útil do fuso de esferas.

 

Limpar primeiro o parafuso esférico

Antes de lubrificar ou relubrificar o fuso de esferas, é importante limpá-lo primeiro. Com o tempo, óleo velho, graxa ou pedaços de detritos se acumulam no conjunto do fuso de esferas. Se não forem tratados, esses detritos podem ficar presos entre as partes móveis do fuso de esferas, o que pode danificar o parafuso e até mesmo levar à sua falha. Certifique-se de que o parafuso esférico esteja limpo e seco antes de aplicar novo lubrificante.

Óleo ou graxa?

Quando se trata do tipo de lubrificante a ser usado no fuso de esferas, pode parecer que há um mundo de opções. Mas antes de considerar os detalhes, pare por um momento e considere as suas duas opções principais: óleo e graxa. Aqui está uma breve visão geral dos prós e contras de cada um.

Óleo

O óleo é fácil de aplicar a uma taxa controlada diretamente na parte do fuso de esferas que precisa de lubrificação. É ideal para montagens nas quais há preocupação com muito calor, pois o óleo tem qualidades de resfriamento. À medida que o óleo flui e lubrifica o conjunto, ele também pode eliminar alguns contaminantes. Por outro lado, a aplicação do óleo é mais cara do que a graxa e pode introduzir novos contaminantes se for aplicado em excesso.

Graxa

A graxa é uma solução de lubrificação de baixo custo que pode ser aplicada diretamente no eixo do fuso de esferas ou na porca esférica. Ele não apresenta o mesmo risco de contaminar o conjunto do fuso de esferas que o óleo. Por outro lado, a graxa tende a se acumular nas extremidades do curso da porca esférica, o que pode atrair detritos indesejados. Você também poderá encontrar problemas se a nova graxa for incompatível com o lubrificante antigo. Independentemente de você escolher óleo ou graxa para lubrificar seu fuso de esferas, você precisará escolher um tipo específico de lubrificante que complemente as especificidades de sua montagem.

Então, as inspeções regulares também são essenciais para a manutenção de um fuso de esferas. Durante uma inspeção, procure sinais de desgaste, danos ou desalinhamento, como rachaduras, lascas ou ruídos ou vibrações incomuns. Se algum problema for identificado, resolva-o imediatamente para evitar maiores danos.

 

Finalmente, o armazenamento adequado também é fundamental para a manutenção do fuso de esferas. Quando não estiver em uso, armazene o fuso de esfera em um ambiente seco, limpo e com temperatura controlada para evitar corrosão e danos.

 

O movimento mecânico é diferente do dos seres humanos. No caso de alto desempenho mecânico, movimento eficaz e de alta velocidade é relativamente fácil de conseguir. Porém, se estiver em movimento de baixa velocidade, devido ao grau de reação da própria máquina e às características de composição das peças mecânicas, causará rastejamento em baixas velocidades, e neste caso haverá um fenômeno de precisão insuficiente. O fuso de esferas deve manter a estabilidade em condições de movimento de baixa velocidade para poder atender às necessidades de vários ambientes de produção, portanto, os dois aspectos a seguir também devem ser observados:

 

1. O movimento em baixa velocidade mantém a estabilidade

 

No processo de movimento em baixa velocidade, é muito fácil rastejar. Neste caso, deve-se considerar a estabilidade do movimento em baixa velocidade e o grau de lubrificação entre os trilhos-guia. No movimento adequado em baixa velocidade, a manutenção de uma certa força de atrito pode facilitar o controle da velocidade e melhorar efetivamente a precisão.

 

2. A rigidez do trilho-guia

 

Se o trilho-guia afetará a precisão sob a força externa, isso deve ser considerado. Se a rigidez do trilho-guia não for suficiente, afetará diretamente a força de equilíbrio, impossibilitando a manutenção eficiente do movimento linear. Para compensar a rigidez do trilho guia, é possível considerar apropriadamente o aumento do tamanho do trilho guia ou outros métodos para aumentar a rigidez do trilho guia auxiliar.

 A estabilidade do fuso de esferas no processo de baixa velocidade é, na verdade, uma forma de garantir sua precisão. No processo de baixa velocidade, é necessário garantir que a rigidez do trilho guia atenda aos requisitos daquele ambiente. Além disso, durante o movimento de baixa velocidade, a consideração adequada da quantidade de óleo lubrificante utilizado pode efetivamente ajudar a aumentar a precisão e exatidão, de modo que todo o processo de baixa velocidade não afetará a precisão do produto.

Manter a unidade armazenada em uma embalagem plástica na embalagem original. Deixe o conjunto do fuso de esferas na cobertura protetora até o início da instalação propriamente dita na máquina. Sujeira, poeira ou lascas se acumularão no conjunto e o processo de desgaste das pistas esféricas começará imediatamente após a operação da máquina. Se armazenado por um longo período, vire o recipiente em intervalos de três meses para que o óleo protetor seja distribuído sobre o parafuso.

 

Clique e veja mais ...