Características do fuso de esferas

510BZ
Recursos e tipos
Fuso de esferas
Características do fuso de esferas
Torque de acionamento de um terço do parafuso deslizante
Com o fuso de esferas, esferas rolam entre o eixo parafuso e a castanha para alcançar uma alta
eficiência. O torque de acionamento necessário é de apenas um terço do parafuso deslizante convencional. (Consulte Fig.1 e Fig.2.) Consequentemente, o fuso é capaz de não somente converter
o movimento giratório em movimento retilíneo, mas também é capaz de converter o retilíneo em
giratório.
5
,00
Rendimento positivo η1 (%)
0
μ=
80
100
,003
Fuso de esferas
70
60
50
40
1
0,
μ=
30
0,2
μ=
Parafuso deslizante
20
Fuso de esferas
70
60
50
40
30
20
Parafuso deslizante
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ângulo de avanço (graus)
Ângulo de avanço (graus)
[Cálculo do ângulo de avanço]
Ph
π • dP
: Ângulo de avanço
()
: Diâmetro da esfera de centro a centro (mm)
: Avanço do parafuso de alimentação (mm)
B15-6
,003
5
,00 μ =0,01
μ =0
μ =0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Fig.1 Eficiência positiva (giratório para retilíneo)

dP
Ph
80
10
10
tanβ =
90
μ=0,01
0,1
μ =0
μ=
90
Rendimento inverso η2 (%)
100
Fig.2 Eficiência inversa (retilíneo para giratório)
510BZ
Recursos e tipos
Características do fuso de esferas
[Relação entre impulso e torque]
O torque ou impulso gerado quando o torque ou impulso é aplicado é obtido com as equações (1) a (3).
 Torque de acionamento necessário para obter impulso
T=
Fa • Ph
2π • η 1
………
（1）
Fa: Resistência à fricção
T
: Torque de acionamento
(N-mm)
Fa : Resistência ao atrito na superfície do guia (N)
Fa=×mg
 : Coeficiente de atrito da superfície do guia
g : Aceleração gravitacional
(9,8 m/s2)
m: Massa do objeto transferido
(kg)
Ph : Avanço do parafuso de alimentação (mm)
1 : Eficiência positiva do parafuso de alimentação
(consulte Fig.1 na página B15-6)
m: Massa
T: Torque de acionamento
Parafuso de
alimentação
Superfície do guia
 Impulso gerado quando torque é aplicado
Fa =
………（2）
Fuso de esferas
Fa
T
Ph
1
2π • η 1 • T
Ph
: Impulso gerado
(N)
: Torque de acionamento
(N-mm)
: Avanço do parafuso de alimentação (mm)
: Eficiência positiva do parafuso de alimentação
(consulte Fig.1 na página B15-6)
 Torque gerado quando torque é aplicado
T=
T
Fa
Ph
2
Ph• Fa
2π
π• η 2
………
（3）
: Torque gerado
(N-m)
: Impulso gerado
(N)
: Avanço do parafuso de alimentação (mm)
: Eficiência inversa do parafuso de alimentação
(consulte Fig.2 na página B15-6)
B15-7
510BZ
Exemplos de cálculo do torque de acionamento
Ao mover um objeto com 500 kg de massa utilizando um parafuso de diâmetro efetivo de 33 mm e comprimento de avanço de 10 mm (ângulo de avanço: 530’), o torque necessário é obtido da seguinte maneira.
Guia de rolagem (= 0,003)
Fuso de esferas (de = 0,003, = 0,96)
Fa: Resistência ao atrito
(14,7N)
T: Torque de acionamento
(24N•mm)
m: Massa
(500 kg) Parafuso de alimentação
(Rendimento do fuso de esferas
η = 96%)
Superfície do guia
(Coeficiente de atrito de rolamento μ = 0,003)
Resistência ao atrito na superfície do guia
Torque de acionamento
Fa= 0,003×500×9,8= 14,7N
T=
14,7 × 10
2π × 0,96
= 24 N • mm
Guia de rolagem (= 0,003)
Fuso de esferas (de = 0,2, = 0,32)
Fa: Resistência ao atrito
(14,7N)
T: Torque de acionamento
(73N•mm)
m: Massa
(500 kg) Parafuso de alimentação
(Rendimento do parafuso deslizante
η= 32%)
Superfície do guia
(Coeficiente de atrito de rolamento μ = 0,003)
Resistência do atrito na superfície do guia
Fa= 0,003×500×9,8= 14,7N
B15-8
Torque de acionamento
T=
14,7 × 10
2π × 0,32
= 73 N • mm
510BZ
Recursos e tipos
Características do fuso de esferas
Garantia de alta precisão
O fuso de esferas é retificado em instalações de alto nível com equipamento em uma fábrica com
temperatura rigorosamente controlada. Sua precisão é garantida por um sistema de controle de
qualidade que vai desde a montagem até a inspeção.
Máquina de medição automática de avanço por raio laser
Desvio do avanço (μ m)
+MÁX a = 0,9
10
0
0
100
200
300
Comprimento (mm)
500
400
– MÁX a = – 0,8
–10
AVANÇO ACUMULADO
–20
Fig.3 Medição de precisão do avanço
[Condições]
Nº do modelo: BIF3205-10RRG0+903LC2
Tabela1 Medição de precisão do avanço Unidade: mm
Medição
real
Item
Valor padrão
Ponto alvo
direcional
Erro de distância percorrida representativa
Flutuação
0
—
0,011
‒0,0012
0,008
0,0017
B15-9
Fuso de esferas
20
510BZ
Capacidade de microalimentação
Distância de percurso (μm)
O fuso de esferas necessita de um torque inicial mínimo devido ao seu movimento de rolamento, e
não causa deslizamento, algo que é inevitável com um movimento de rolagem. Portanto, ele é capaz de conseguir uma micro-alimentação precisa.
Fig.4 mostra a distância percorrida do fuso de esferas em um pulso, 0,1-m de alimentação. (A guia
linear é utilizada para a superfície do guia.)
0.2μm
Tempo (s)
Fig.4 Dados sobre viagem em 0,1-m de alimentação
B15-10
510BZ
Recursos e tipos
Características do fuso de esferas
Alta rigidez sem folga
Como o fuso de esferas é capaz de receber uma pré-carga, a folga axial pode ser reduzida para
um valor abaixo de zero, e se consegue uma alta rigidez por causa da pré-carga. Na Fig.5, quando
a carga axial é apicada na direção positiva (+), a mesa é deslocada na mesma direção (+). Quando
a carga axial é fornecida na direção (-) inversa, a mesa é deslocada na mesma direção (-). A Fig.6
mostra a relação entre a carga axial e a folga axial. Conforme indicado na Fig.6, como ocorre mudança na direção das cargas axiais, a folga axial ocorre como deslocamento. Além disso, quando
uma pré-carga é fornecida ao fuso de esferas, ele ganha maior rigidez e um deslocamento axial
menor que uma folga de valor zero na direção axial.
Deslocamento axial
(ー)
(+)
Carga axial
(+)
Fuso de esferas
(ー)
Fig.5
(ー)
Deslocamento axial
(+)
a
Folg
axia
l: 0,
02
ial: 0
Ca)
a ax
(0,1×
Folg
cada
li
p
a
arga
Pré-c
(+)
Carga axial
(ー)
Fig.6 Deslocamento axial em relação à carga axial
B15-11
510BZ
Capacidade de alimentação rápida
O fuso de esferas é capaz de executar uma alimentação rápida, já que ele é altamente eficiente e
gera pouco calor.
[Exemplo de alta velocidade]
A Fig.7 mostra o diagrama de velocidade para o fuso de esferas laminado de avanço amplo, operando a 2 m/s.
[Condições]
Descrição
Amostra
Fuso de esferas laminado com avanço amplo
WTF3060
(Diâmetro do eixo: 30 mm; avanço: 60 mm)
Velocidade máxima
2m/s
(Velocidade de rotação do fuso de esferas: 2.000 min-1)
Superfície do guia
Guia linear modelo SR25W
Velocidade (m/s)
Item
2
0
2.000 ms
Duração (ms)
Fig.7 Diagrama da velocidade
B15-12
510BZ
Recursos e tipos
Características do fuso de esferas
[Exemplo de geração de calor]
A Fig.8 mostra os dados de geração de calor do eixo parafuso quando um fuso de esferas é utilizado em um padrão de operação indicado na Fig.9
[Condições]
Item
Descrição
Amostra
Fuso de esferas de precisão com castanha dupla
BIF4010-5
(Diâmetro do eixo: 40 mm; avanço: 10 mm; pré-carga aplicada: 2.700 N)
Velocidade máxima
0,217 m/s (13 m/min)
(Velocidade de rotação do fuso de esferas: 1300 min-1)
Baixa velocidade
0,0042 m/s (0,25 m/min)
(Velocidade de rotação do fuso de esferas: 25 min-1)
Superfície do guia
Guia linear modelo HSR35CA
Lubrificante
Graxa a base de lítio (JIS nº 2)
t1 = 0,2
t2 = 1,4, 1,3
t3 = 0,2
(1)
(1)
(2)
Duração
(s)
0,0042m/s
t1
t2 = 1,4
1,9
t3 0,1
15,9
t = 19,6 × 3 ciclos
t1
t2 = 1,3
t3
Fig.8 Padrão de operação
Temperatura (°
C)
30
25
20
0
30
60
90
120
150
180
Tempo (min)
Fig.9 Dados de geração de calor do fuso de esferas
B15-13
Fuso de esferas
Velocidade (m/s)
0,217m/s