Os parafusos de esferas, como componentes centrais de sistemas de transmissão de precisão, impactam diretamente a precisão dos sistemas mecânicos através de sua estabilidade operacional. Este artigo aborda três categorias principais de problemas típicos—folga excessiva, movimento errático e falha de componentes—fornecendo informações técnicas sobre suas causas e soluções.
I. Problemas de Folga Excessiva
1. Pré-carga Insuficiente
Causa: A falta de pré-carga ou pré-carga inadequada leva ao deslizamento da porca devido ao peso próprio em instalações verticais, resultando em folga significativa em condições sem carga.
Análise: Parafusos de esferas sem pré-carga podem apresentar folga superior a 0,05 mm, comprometendo a precisão de posicionamento e limitando o uso a aplicações de baixa carga e baixa precisão.
Soluções:
▶ Aplicar pré-carga equivalente a 1–3% da carga dinâmica nominal usando porca dupla com calço ou pré-carga por mola;
▶ Escolher estruturas de porca única com pré-carga embutida (classe de precisão C5 ou superior) para cenários de alta precisão.
2. Deflexão Torcional Excessiva
Causa: Tratamento térmico inadequado (dureza insuficiente, distribuição de dureza desigual ou material macio) ou uma relação comprimento-diâmetro excessivamente alta (L/D > 70) reduzindo a rigidez.
Análise: Uma relação L/D superior a 70 pode causar flacidez do parafuso devido ao peso próprio, levando ao desalinhamento da porca e aumento da folga; a dureza do material abaixo do padrão acelera o desgaste.
Soluções:
▶ Manter L/D ≤ 60 e usar suportes fixos de extremidade dupla (em vez de suportes de um lado) para cargas pesadas;
▶ Selecionar aço liga de alta resistência (por exemplo, SUJ2) e garantir que o tratamento térmico atenda aos padrões de dureza da indústria (esfera: HRC 62–66, porca: HRC 58–62, parafuso: HRC 56–62).
3. Seleção e Instalação Inadequadas de Rolamentos
Causa: Usar rolamentos rígidos de esferas em vez de rolamentos de contato angular, ou desalinhamento durante a instalação do rolamento (erro de perpendicularidade > 0,02 mm/m).
Análise: Rolamentos rígidos de esferas não podem suportar cargas axiais, causando folga axial; a inclinação do rolamento leva a variações periódicas de folga.
Soluções:
▶ Priorizar rolamentos de contato angular com um ângulo de contato de 60° (por exemplo, série 7000), instalados de costas um para o outro;
▶ Garantir a perpendicularidade do assento do rolamento ao ombro do parafuso dentro de uma tolerância de 0,01 mm durante a usinagem, usando porcas de travamento duplo para evitar afrouxamento.
4. Rigidez de Suporte Inadequada
Causa: Materiais de parede fina ou baixa resistência (por exemplo, ferro fundido em vez de aço) para assentos de porcas ou rolamentos.
Análise: A deformação elástica sob carga desloca o eixo do parafuso, aumentando efetivamente a folga.
Soluções:
▶ Aumentar a espessura da parede de suporte (recomendado ≥15 mm) ou reforçar com estruturas nervuradas;
▶ Usar aço 45# com têmpera e revenido (dureza HB220–250) para componentes críticos.
II. Problemas de Movimento Errático
1. Defeitos de Precisão de Usinagem
(1) Rugosidade Superficial Excessiva
Causa: Precisão de retificação insuficiente para as pistas do parafuso/porca (Ra > 0,4μm) ou erro de arredondamento da esfera > 0,001 mm.
Soluções: Adotar processos de superacabamento para controlar a rugosidade da pista em Ra ≤ 0,2μm; peneirar as esferas para erro de arredondamento ≤ 0,0005 mm.
(2) Desvio de Passo/Rosca
Causa: Precisão inadequada das ferramentas de usinagem de roscas (por exemplo, erro cumulativo de passo > ±0,015 mm/300 mm).
Soluções: Usar retificadoras de alta precisão (precisão de posicionamento ±0,005 mm) e inspecionar totalmente os parafusos acabados com instrumentos de medição de passo a laser.
(3) Falha do Sistema de Recirculação
Causa: Desalinhamento dos tubos de recirculação (>0,5 mm de deslocamento) ou rebarbas dentro dos tubos causando atolamentos de esferas.
Soluções: Usar dispositivos de posicionamento para alinhar os tubos de recirculação com as pistas; realizar testes de funcionamento sem carga em velocidades ≥500 mm/s após a montagem.
2. Entrada de Material Estranho e Falha de Lubrificação
(1) Contaminação da Pista
Causa: Falta de proteção contra poeira (por exemplo, raspadores), permitindo que cavacos de usinagem (>50μm) ou poeira entrem nas pistas.
Soluções: Instalar vedações de lábio duplo (proteção IP54); limpar as pistas com querosene e reabastecer com graxa à base de lítio (Grau NLGI 2) a cada 200 horas de operação.
(2) Lubrificação Insuficiente
Causa: Exceder os intervalos de lubrificação (>200 horas) ou usar graxa incorreta (por exemplo, à base de cálcio em vez de à base de lítio).
Soluções: Integrar sistemas de lubrificação automática (intervalo de lubrificação ≤8 horas) para equipamentos automatizados; usar graxa de dissulfeto de molibdênio para ambientes de alta temperatura.
3. Desalinhamento da Instalação
Causa: Erro de paralelismo entre o assento da porca e o trilho guia > 0,1 mm/m ou erro de coaxialidade entre o furo do assento do rolamento e o eixo do parafuso > 0,03 mm.
Análise: A carga excêntrica aumenta o atrito da pista em mais de 30% devido ao estresse unilateral nas esferas.
Soluções: Calibrar com um comparador durante a instalação (paralelismo ≤0,05 mm/m, coaxialidade ≤0,02 mm); usar calços para alinhamento, se necessário.
III. Problemas de Falha de Componentes
1. Fratura da Esfera
Causa:
▶ Defeitos de material (por exemplo, inclusões) ou tratamento térmico insuficiente (dureza ▶ Concentração de tensão térmica (diferença de temperatura >50°C causando tensão >800 MPa devido à incompatibilidade do coeficiente de expansão).
Soluções:
▶ Selecionar esferas de aço para rolamentos SUJ2 e rejeitar as defeituosas por meio de inspeção por partículas magnéticas;
▶ Adicionar refrigeração
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