O fuso de esferas é um sistema de acionamento de alta eficiência, no qual a esfera realiza um movimento helicoidal entre o eixo do fuso e a castanha com baixo atrito. Comparado com fuso trapezoidal ou rosca quadrada convencional, esse produto necesita de um terço do torque de transmissão necessário, tornando-o mais adequado para economizar a energia de acionamento.
Ele é responsável pela conversão de energia de rotação (gerada por um motor AC, motor de passo, servomotor, etc.) em movimentação linear. Na aplicação mais comum, um fuso mancalizado nas extremidades recebe movimento de giro de um motor e, por contato direto com esferas de aço que se alojam entre a castanha e o fuso, provoca o deslocamento de uma castanha ou porca (onde está presa a carga a ser movimentada). As esferas metálicas são, por sua vez, guiadas e realimentadas por canais de recirculação na castanha ou porca, dando linearidade e suavidade ao movimento.
Possuem a capacidade de aplicar ou suportar grandes esforços com baixo atrito. Eles são feitos com tolerâncias pequenas e são, portanto, adequados para uso em situações em que a alta precisão é necessária.
Características:
Um fuso de esferas pode apresentar diâmetros de 3 até 80 mm, ou mais (o diâmetro deve ser medido no centro de rolamento das esferas), podendo ser retificado (de alta precisão) ou rolado. Em comparação com fusos convencionais, tendem a ser bastante volumosos, devido à necessidade de ter um mecanismo para a recirculação das esferas.
Onde São Utilizados?
São utilizados em aviões e mísseis para movimentar as superfícies de controle. Eles também são usados em máquinas-ferramentas, robôs e equipamentos de montagem de precisão. Fusos de esferas de alta precisão são utilizados em esteiras para a fabricação de semicondutores.
Vantagens:
Pelo fato de reduzir o atrito, podem operar com pré-carga, eliminando efetivamente folga entre a entrada (rotação) e saída (movimento linear). Esta característica é essencial quando eles são usados em sistemas controlados por computador de controle de movimento, por exemplo, máquinas-ferramentas CNC (Comando Numérico Computadorizado) e aplicações de alta precisão de movimento.
Devido à sua baixa fricção interna, fusos de esferas podem ter seu movimento revertido (dependendo do ângulo da hélice). Por isso, eles geralmente não são recomendados para máquinas-ferramentas convencionais (manuais), pois a rigidez de um servo motor é necessária para evitar que a ferramenta se desloque e enterre na peça usinada, ou seja, quando o avanço de corte é superior ao avanço ideal, podendo danificar a ferramenta, a peça e causar acidentes. O custo é também um fator importantea se considerar, pois fusos trapezoidais são mais baratos de se fabricar.
O baixo atrito dos fusos de esferas resulta em alta eficiência mecânica em comparação com alternativos. Um fuso de esferas convencional pode ter uma eficiência de 90%, contra 50% de eficiência de um fuso de rosca trapezoidal de mesmo tamanho. O custo mais elevado dos fusos de esferas pode, portanto, ser compensado por menores exigências de energia para o mesmo desempenho geral.
Fabricação
Os eixos roscados dos fusos de esferas podem ser fabricados por laminação, sendo assim menos precisos, mas um produto mais barato e ainda assim, mecanicamente eficiente. Fusos laminados podem ter uma precisão de posicionamento de alguns centésimos de milímetro.
Precisão:
Fusos de esferas de alta precisão possuem uma precisão de milésimos de milímetro por metro, ou melhor. Antigamente eram usinados em forma bruta, cementados e então retificados. O processo de três etapas é necessário porque a usinagem em alta temperatura distorce a peça. A usinagem com ferramentas especiais para materiais mais duros é um processo recente (2008), e possui uma precisão técnica que minimiza o aquecimento da peça, e pode produzi-los a partir de aços já cementados.
Eixos roscados de instrumentos de medição geralmente têm a precisão de 250 nanometros por centímetro. Eles são produzidos em fresadoras de precisão com leitores ópticos de distância e ferramentas especiais. Máquinas semelhantes são usados para produzir lentes óticas e espelhos. Eixos roscados de instrumentos de medição geralmente são feitos de Invar, para evitar que a temperatura de alterar muito as tolerâncias.
Abaixo as partes que compõem um fuso de esferas:
Importante!
Para manter a alta precisão e garantir uma vida útil longa, deve-se tomar muito cuidado com sujeiras e contaminação com partículas abrasivas. Isto pode ser conseguido através de borracha ou de couro de fole completamente ou parcialmente colocados sobre as superfícies de trabalho. Outra solução é usar uma pressão positiva de ar filtrado quando eles são usados em um local fechado ou semi-aberto. A recuperação de um fuso, supostamente no fim da vida, pode ser sinônimo de uma grande economia para a empresa. Um fuso pode ser recuperado de três a cinco vezes, gerando economias de 30 a 70% se comparado com um novo. Temos vários fabricantes de renome no mercado brasileiro, oferecendo equipamentos de alta qualidade, onde podemos citar, entre outros: TBI, Star, ABBA, Thomson Industries, Warner Electric, NSK, THK, Nook Industries, etc.
Veja o vídeo abaixo e saiba mais!
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Créditos: Rafael Almeida.
Fontes: Mecatrônica atual
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