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Correia, fuso de esferas, cremalheira e pinhão ou motor linear?

Correia, fuso de esferas, cremalheira e pinhão ou motor linear?

Correia, fuso, cremalheira e pinhão ou motor linear? Esta é a pergunta de um milhão de dólares que todo engenheiro enfrenta quando se trata de projetar um sistema de movimento linear. Às vezes a resposta pode ser óbvia, outras vezes é uma decisão muito complicada. Aqui, gostaríamos de compartilhar algumas dicas com você. Existe uma ampla gama de sistemas de transmissão disponíveis hoje. Para simplificar, vamos estudar aqui os seguintes sistemas: correia dentada, rosca trapezoidal, fuso de esferas, pinhão e cremalheira e motor linear. Estes são os mais comumente usados ​​em aplicações controladas por velocidade, quando se trata de velocidade e aceleração de posicionamento. Ao fazer isso, deixamos de lado outros sistemas como correntes, cabos, rolos ou correias planas.

Correia, fuso, cremalheira e pinhão ou motor linear? Seleção do sistema de transmissão mais adequado

  1. Ciclo de trabalho

A primeira coisa a ser levada em consideração é o ciclo de trabalho. Isso é definido como a relação entre o tempo de trabalho e o tempo de pausa. Por exemplo, se uma máquina funciona por 1 segundo e pausa por 1 segundo, o ciclo de trabalho é de 50%. Se a máquina funcionar por 8 segundos e parar por outros 2, o ciclo de trabalho é de 80%.

Os fusos trapezoidais não são recomendados se o ciclo de trabalho for alto (ciclos acima de 30%), pois seu desgaste é muito rápido nessas aplicações.

  1. Velocidade

A velocidade é limitada pela velocidade de rotação se o curso for superior a 2000 mm. Neste caso, a velocidade de rotação do fuso é muito limitada e impede movimentos dinâmicos ou que exijam uma precisão muito alta. Além disso, além das vibrações, o aparecimento de ressonâncias dificulta muito o controle da posição.

  1. Força

O terceiro fator é a força necessária para mover um determinado peso. A seguinte fórmula pode ser usada para um cálculo rápido:

F = Fvc + Fac

onde Fvc é a força necessária para o movimento em velocidade constante, e Fac é a força necessária para o movimento, com aceleração ou desaceleração.

Para uma carga em movimento horizontal com velocidade constante:

Fvc = mxgx µ

m, kg – carga a mover

g, m/s 2 – aceleração da gravidade, g = 9,81 m/s 2 )

µ – fricção, 0,05 para guia de esferas, 0,15 para hastes e rodas Vulkollan e 0,2-0,3 para guias de fricção.

Para uma carga em movimento horizontal com aceleração:

Fac = mxa

m, kg – carga a mover

a, m/s 2 – aceleração

Para uma carga em movimento vertical com velocidade constante:

Fvc = mxgx µ + mxg

Para uma carga em movimento vertical com aceleração:

Fac = mxa

A força indica se um sistema de transmissão de pinhão e cremalheira será bom o suficiente para o trabalho ou se outro tipo de transmissão será mais eficiente. É principalmente em aplicações verticais onde este fator é decisivo. Atenção especial é necessária em relação aos diâmetros da correia ou do pinhão, pois deles depende a força que o sistema pode realizar. Quanto maior o número de dentes no trabalho, mais força eles podem fornecer. O mesmo vale para a correia dentada: quanto mais larga, mais força ela pode fornecer.

  1. Desempenho e eficiência

Abaixo estão os desempenhos médios dos sistemas descritos:

Tipo de máquina Parafuso trapezoidal Parafuso de bola Correia dentada Cremalheira e pinhão Motor linear
Eficiência 0,2 – 0,3 0,9-0,95 0,9-0,95 0,9 0,97
  1. Precisão e repetibilidade

Dos 5 sistemas mencionados, o motor linear, os fusos de esferas retificados e os fusos trapezoidais (usinados) oferecem a melhor precisão. O rack oferece uma precisão um pouco menor e, finalmente, o fuso oferece a menor precisão dos cinco. Ressonâncias e vibrações aparecem porque a correia dentada é um elemento elástico, embora a repetibilidade possa ser inferior a 0,1 mm.

  1. Algumas regras gerais
  • O eixo do fuso ainda é a melhor alternativa para aplicações de alta força com curso de até 2.000 mm.
  • O eixo trapezoidal oferece uma solução econômica para aplicações de ciclo de trabalho muito baixo.
  • Motores lineares e cremalheira e correias são as melhores opções para aplicações dinâmicas que requerem baixa manutenção, pois não necessitam de lubrificação.
  • Motor linear ou cremalheira e correia são recomendados em aplicações com curso superior a 2000 mm.

Uma visão geral das vantagens e desvantagens de correias dentadas, fusos, cremalheiras e motores lineares

 

A tabela abaixo resume as principais características dos sistemas de transmissão discutidos neste post:

Tipo/Recurso do SISTEMA Fuso trapezoidal Fuso de esferas Correia dentada cremalheira e pinhão motor linear
Velocidade 0 + + +
Aceleração 0 + + +
Ciclo de trabalho + + + +
Precisão 0 + 0 + +
Repetibilidade + + 0 + +
Curso longo 0 + + +
Manutenção 0 + 0 +
Preço + + 0 +

NOTA: “-“característica negativa ou limitante; “0” característica neutra ou média, “+” característica ou força positiva.

A tecnologia de motor linear é uma melhoria nos sistemas de transmissão tradicionais, embora tenha suas limitações. Isso ocorre no caso de eixos verticais e em aplicações de usinagem de ferramentas, devido ao calor que tais sistemas geram.

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