Parafuso de avanço - Leadscrew

Três tipos de rosca usados ​​em parafusos de avanço:
3 e 4: rosca de reforço
5: rosca redonda
6: rosca quadrada

Unidade de DVD com parafuso de avanço e motor de passo .

Unidade de disquete com parafuso de avanço e motor de passo.

Um parafuso de avanço (ou parafuso de avanço ), também conhecido como parafuso de potência ou parafuso de translação , é um parafuso usado como uma ligação em uma máquina, para traduzir o movimento de rotação em movimento linear . Por causa da grande área de contato deslizante entre seus membros macho e fêmea , as roscas de parafuso têm maiores perdas de energia de atrito em comparação com outras ligações . Eles não são normalmente usados ​​para transportar alta potência, mas mais para uso intermitente em atuadores de baixa potência e mecanismos posicionadores. Os parafusos de avanço são comumente usados ​​em atuadores lineares , corrediças de máquinas (como em máquinas-ferramentas ), tornos , prensas e macacos . Os parafusos de avanço são um componente comum em atuadores lineares elétricos.

Os parafusos de avanço são fabricados da mesma forma que outras formas de rosca (podem ser laminados, cortados ou retificados ).

Às vezes, um parafuso de avanço é usado com uma porca de divisão, também chamada de meia porca, que permite que a porca seja desengatada das roscas e movida axialmente, independentemente da rotação do parafuso, quando necessário (como no rosqueamento de ponto único em um torno manual). Uma porca de divisão também pode ser usada para compensar o desgaste, comprimindo as peças da porca.

Um fuso-guia hidrostático supera muitas das desvantagens de um fuso-guia normal, tendo alta precisão posicional, atrito muito baixo e desgaste muito baixo, mas requer fornecimento contínuo de fluido de alta pressão e fabricação de alta precisão levando a um custo significativamente maior do que a maioria das outras ligações de movimento linear .

Tipos

Os parafusos elétricos são classificados pela geometria de sua rosca . As roscas em V são menos adequadas para parafusos de avanço do que outros, como Acme, porque têm mais atrito entre as roscas. Suas roscas são projetadas para induzir esse atrito para evitar que o fixador se solte. Os parafusos de avanço, por outro lado, são projetados para minimizar o atrito. Portanto, na maioria dos usos comerciais e industriais, as roscas em V são evitadas para uso com parafusos. No entanto, as roscas em V às vezes são usadas com sucesso como parafusos de avanço , por exemplo, em microlatinhos e micro - fresas .

Fio quadrado

As roscas quadradas têm o nome de sua geometria quadrada. Eles são os mais eficientes , tendo o mínimo de fricção , por isso são freqüentemente usados ​​para parafusos de alta potência. Mas também são os mais difíceis de usinar e, portanto, os mais caros.

Fio Acme / Fio trapezoidal

Um parafuso Acme

As roscas Acme têm um ângulo de rosca de 29 ° , que é mais fácil de usinar do que as roscas quadradas. Eles não são tão eficientes quanto as roscas quadradas, devido ao aumento do atrito induzido pelo ângulo da rosca. As roscas Acme geralmente também são mais fortes do que as roscas quadradas devido ao seu perfil de rosca trapezoidal, que oferece maior capacidade de suporte de carga.

Fio de contraforte

Os fios de contraforte têm uma forma triangular. Eles são usados ​​onde a força de carga no parafuso é aplicada apenas em uma direção. Eles são tão eficientes quanto as roscas quadradas nessas aplicações, mas são mais fáceis de fabricar.

Vantagens desvantagens

Os parafusos de chumbo são usados ​​para levantar e abaixar a porta dianteira da aeronave Boeing 747-8F Freighter.

As vantagens de um parafuso de avanço são:

• Grande capacidade de transporte de carga
• Compactar
• Simples de projetar
• Fácil de fabricar; nenhuma maquinaria especializada é necessária
• Grande vantagem mecânica
• Movimento linear preciso e preciso
• Suave, silencioso e de baixa manutenção
• Número mínimo de peças
• A maioria é de travamento automático (não pode ser direcionada para trás)

As desvantagens são que a maioria não é muito eficiente. Devido à baixa eficiência, eles não podem ser usados ​​em aplicações de transmissão contínua de energia. Eles também têm um alto grau de atrito nas roscas, o que pode desgastar as roscas rapidamente. Para roscas quadradas, a porca deve ser substituída; para roscas trapezoidais, uma porca bipartida pode ser usada para compensar o desgaste.

Alternativas

As alternativas para atuação por fuso incluem:

• Fusos de esferas e parafusos de rolos (às vezes categorizados como tipos de fuso, em vez de em contradição)
• Potência do fluido (ou seja, hidráulica e pneumática )
• Engrenagem de comboios (por exemplo, unidades de sem-fim , por cremalheira e pinhão unidades)
• Atuação eletromagnética (por exemplo, solenóides )
• Atuação piezoelétrica

Mecânica

Diagrama de uma rosca de parafuso "desembrulhada"

O torque necessário para levantar ou abaixar uma carga pode ser calculado "desenrolando" uma volta de uma rosca. Isso é mais facilmente descrito para uma rosca quadrada ou de contraforte, pois o ângulo da rosca é 0 e não tem influência nos cálculos. O fio desembrulhado forma um triângulo retângulo onde a base é longa e a altura é o chumbo (ilustrado à direita). A força da carga é direcionada para baixo, a força normal é perpendicular à hipotenusa do triângulo, a força de atrito é direcionada na direção oposta à direção do movimento (perpendicular à força normal ou ao longo da hipotenusa), e uma força imaginária a força de "esforço" está agindo horizontalmente na direção oposta à direção da força de atrito. Usando este diagrama de corpo livre, o torque necessário para levantar ou abaixar uma carga pode ser calculado: ${\ displaystyle \ pi d _ {\ text {m}}}$

${\ displaystyle T _ {\ text {raise}} = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2}} \ left ({\ frac {l + \ pi \ mu d _ {\ text {m}}} {\ pi d _ {\ text {m}} - \ mu l}} \ right) = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2}} \ tan {\ left (\ phi + \ lambda \ certo)}}$

${\ displaystyle T _ {\ text {lower}} = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2}} \ left ({\ frac {\ pi \ mu d _ {\ text {m}} - l } {\ pi d _ {\ text {m}} + \ mu l}} \ right) = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2}} \ tan {\ left (\ phi - \ lambda \certo)}}$

Onde

• ${\ displaystyle T}$ = torque
• ${\ displaystyle F}$ = carga no parafuso
• ${\ displaystyle d _ {\ text {m}}}$ = diâmetro médio
• ${\ displaystyle \ mu \,}$ = coeficiente de atrito (os valores comuns são encontrados na tabela adjacente)
• ${\ displaystyle l}$ = chumbo
• ${\ displaystyle \ phi \,}$= ângulo de atrito
• ${\ displaystyle \ lambda \,}$ = ângulo de ataque

Com base na equação, pode-se verificar que o parafuso é autotravante quando o coeficiente de atrito é maior que a tangente do ângulo de ataque. Uma comparação equivalente é quando o ângulo de atrito é maior do que o ângulo de ataque ( ). Quando isso não for verdade, o parafuso irá recuar ou abaixar com o peso da carga. ${\ displaystyle T _ {\ text {inferior}}}$${\ displaystyle \ phi> \ lambda}$

Eficiência

A eficiência, calculada usando as equações de torque acima, é:

${\ displaystyle {\ mbox {eficiência}} = {\ frac {T_ {0}} {T _ {\ text {aumento}}}} = {\ frac {Fl} {2 \ pi T _ {\ text {aumento}} }} = {\ frac {\ tan {\ lambda}} {\ tan {\ left (\ phi + \ lambda \ right)}}}}$

Ângulo de rosca diferente de zero

Para parafusos que têm um ângulo de rosca diferente de zero, como uma rosca trapezoidal, isso deve ser compensado à medida que aumenta as forças de atrito. As equações abaixo levam isso em consideração:

${\ displaystyle T _ {\ text {raise}} = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2}} \ left ({\ frac {l + \ pi \ mu d _ {\ text {m}} \ sec {\ alpha}} {\ pi d _ {\ text {m}} - \ mu l \ sec {\ alpha}}} \ right) = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2}} \ left ({\ frac {\ mu \ sec {\ alpha} + \ tan {\ lambda}} {1- \ mu \ sec {\ alpha} \ tan {\ lambda}}} \ right)}$

${\ displaystyle T _ {\ text {lower}} = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2}} \ left ({\ frac {\ pi \ mu d _ {\ text {m}} \ sec {\ alpha} -l} {\ pi d _ {\ text {m}} + \ mu l \ sec {\ alpha}}} \ right) = {\ frac {Fd _ {\ text {m}}} {2} } \ left ({\ frac {\ mu \ sec {\ alpha} - \ tan {\ lambda}} {1+ \ mu \ sec {\ alpha} \ tan {\ lambda}}} \ right)}$

onde está a metade do ângulo da rosca. ${\ displaystyle \ alpha \,}$

Se o parafuso de avanço tiver um colar no qual a carga passeia, as forças de atrito entre a interface também devem ser levadas em consideração nos cálculos de torque. Para a seguinte equação, a carga é considerada concentrada no diâmetro médio do colar ( ): ${\ displaystyle d _ {\ text {c}}}$

Gráfico da eficiência do parafuso de avanço quadrado em relação ao ângulo de avanço para diferentes coeficientes de atrito

${\ displaystyle T _ {\ text {c}} = {\ frac {F \ mu _ {\ text {c}} d _ {\ text {c}}} {2}}}$

onde é o coeficiente de atrito entre o colar na carga e é o diâmetro médio do colar. Para colares que usam rolamentos axiais, a perda por atrito é insignificante e a equação acima pode ser ignorada. ${\ displaystyle \ mu _ {\ text {c}}}$${\ displaystyle d _ {\ text {c}}}$

A eficiência para ângulos de rosca diferentes de zero pode ser escrita da seguinte forma:

${\ displaystyle \ eta = {\ frac {\ cos \ alpha \ - \ \ mu \ tan \ lambda} {\ cos \ alpha \ + \ \ mu \ cot \ lambda}}}$

Coeficiente de fricção para colares de impulso

Combinação de materiais	Iniciando ${\ displaystyle \ mu _ {\ text {c}}}$	Corrida ${\ displaystyle \ mu _ {\ text {c}}}$
Aço macio / ferro fundido	0,17	0,12
Aço temperado / ferro fundido	0,15	0,09
Aço / bronze macio	0,10	0,08
Aço temperado / bronze	0,08	0,06

Velocidade de corrida

A velocidade de execução de um parafuso de avanço (ou fuso de esfera) é normalmente limitada a, no máximo, 80% da velocidade crítica calculada . A velocidade crítica é a velocidade que excita a frequência natural do parafuso. Para um fuso-guia de aço ou fuso esférico de aço, a velocidade crítica é de aproximadamente

${\ displaystyle N = {(4,76 \ vezes 10 ^ {6}) d _ {\ text {r}} C \ over L ^ {2}}}$

Onde

• ${\ displaystyle N}$ = velocidade crítica em RPM
• ${\ displaystyle d _ {\ text {r}}}$ = menor (raiz) diâmetro do fuso em polegadas
• ${\ displaystyle L}$ = comprimento entre suportes de rolamento em polegadas
• ${\ displaystyle C}$ = 0,36 para uma extremidade fixa, uma extremidade livre
• ${\ displaystyle C}$ = 1,00 para ambas as extremidades simples
• ${\ displaystyle C}$ = 1,47 para uma extremidade fixa, uma extremidade simples
• ${\ displaystyle C}$ = 2,23 para ambas as extremidades fixas

Alternativamente, usando unidades métricas:

${\ displaystyle N = {\ frac {Cd _ {\ text {r}} \ vezes 10 ^ {7}} {L ^ {2}}}}$

onde as variáveis ​​são idênticas às acima, mas os valores estão em milímetros e são os seguintes: ${\ displaystyle C}$

• ${\ displaystyle C}$ = 3,9 para suportes fixos livres
• ${\ displaystyle C}$ = 12,1 para ambas as extremidades suportadas
• ${\ displaystyle C}$ = 18,7 para estrutura de suporte fixo
• ${\ displaystyle C}$ = 27,2 para ambas as extremidades fixas

Veja também

• Parafuso de bola
• Parafuso de ajuste fino
• Jackscrew

Referências

Bibliografia

• Bhandari, VB (2007), Design of Machine Elements , Tata McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-061141-2.
• Martin, Joe (2004), Tabletop Machining: A Basic Approach to Making Small Parts on Miniature Machine Tools , Vista, Califórnia, EUA: Sherline, Inc., ISBN 978-0-9665433-0-8. Publicado originalmente em 1998; conteúdo atualizado a cada tiragem, semelhante a uma "edição revisada". Atualmente na quarta tiragem.
• Shigley, Joseph E .; Mischke, Charles R .; Budynas, Richard Gordon (2003), Mechanical Engineering Design (7ª ed.), McGraw Hill, ISBN 978-0-07-252036-1.

links externos