Fuso de esferas vs. fuso de avanço: como escolher o certo!

Nayara Espinaci | 3rd fevereiro 2022

Dentro do mundo do movimento linear, os atuadores de fusos são um dos dispositivos mais utilizados na conversão do movimento rotativo de um motor (passo, BLDC, servo, DC) em um movimento linear, que geralmente é guiado por um conjunto de rolamentos. Cada vez mais, ouvimos de clientes que estão tentando romper com outras tecnologias de atuadores – em particular sistemas acionados por cilindros pneumáticos – em favor da confiabilidade, precisão e facilidade de uso de atuadores elétricos motorizados.

Existem dois tipos comuns de sistemas acionados por fuso: sistemas de fuso de esferas e sistemas de fuso de avanço.

Fusos de esferas

Os fusos de esferas são o produto certo para aplicações que têm ciclos altos e movimento contínuo, e são capazes de funcionar com cargas axiais mais altas do que as porcas. Eles são muito semelhantes aos rolamentos de esferas recirculantes, pois usam as mesmas propriedades de rolamento dos rolamentos de esferas ao converter o movimento. Esses fusos de esferas rolam dentro de ranhuras especiais que são cortadas nas características externas helicoidais do fuso, o que permite menor atrito (e, portanto, um motor menor), maior precisão e, novamente, a capacidade de funcionar em condições de alto ciclo.

Apesar desses benefícios para algumas aplicações, os fusos de esferas apresentam todas as mesmas armadilhas que os rolamentos de esferas recirculantes. A mais notável de ambos os fusos de esferas e rolamentos de esferas recirculantes é sua dependência de óleo ou graxa como lubrificante, que requer manutenção contínua para evitar falhas e pode causar problemas em ambientes ruins com sujeira, poeira, aparas de madeira etc. A lubrificação não funciona bem a ambientes sensíveis como processamento de alimentos, embalagens ou laboratório e equipamentos médicos. Devido ao seu baixo atrito e capacidade de serem facilmente acionados para trás, eles nem sempre são ideais para aplicações verticais – onde o torque constante do motor e talvez até mesmo um mecanismo de freio podem ser necessários para eliminar qualquer chance de o sistema cair devido à gravidade — isso geralmente é uma questão de segurança. Devido à natureza metal sob metal dos sistemas de fusos de esferas, eles são muito mais barulhentos do que as porcas de fuso de avanço, o que é algo a ser considerado para muitas aplicações.

Fuso de avanço

De um modo geral, os fusos de avanço são um sistema mais econômico do que os fusos de esferas, mas destinam-se apenas a funções de posicionamento simples com ciclos baixos. Muitas vezes, o próprio fuso é feito no processo de laminação, e as porcas são feitas tipicamente de polímeros moldados por injeção ou usinados. Esses métodos de produção mais simples permitem a fácil customização das peças, o que permite que os projetistas implementem essas peças com eficiência em seus projetos, mesmo com baixo custo. As porcas de fuso também podem ser impressas em 3D e alguns materiais, como os usados ​​no serviço de impressão 3D da igus®, possuem propriedades tribológicas excepcionais e são ideais para a produção de protótipos rápidos. Porcas do fuso de avanço estão disponíveis em várias geometrias, incluindo ACME, Trapezoidal (métrica ACME), porca métrica em miniatura, assim como formas de alta hélice.

ACME e Trapezoidal (às vezes chamado de ACME métrico) oferecem o maior número de porcas por polegada e podem ser posicionados de forma mais finita, especialmente em aplicações alimentadas manualmente. Eles também são capazes de posicionar cargas pesadas com baixo torque e não retrocedem, o que significa que são adequados para aplicações verticais sem a despesa adicional de um mecanismo de freio. No entanto, eles não são ideais para aplicações de alta velocidade devido às altas RPMs com as quais o fuso precisaria girar para se mover com os passos finos da porca. Para atingir velocidades mais altas, com RPMs mais baixas, normalmente recomendamos fusos de avanço de alta hélice.

Uma desvantagem para algumas aplicações é a folga presente nas porcas do fuso. Isso ocorre porque as porcas do fuso principal operam sob uma condição de deslizamento versus rolamento, onde é necessário haver tolerâncias extras para permitir um movimento suave. No entanto, existem opções no mercado que atenuam a folga axial inerente de um sistema de fuso de avanço – como a folga zero da igus® e as porcas pré-carregadas. Talvez uma das partes mais importantes sobre as porcas de fuso, particularmente as à base de polímeros, é que elas são autolubrificantes e funcionam bem em quase todos os ambientes sem lubrificação bagunçada.

Para recapitular brevemente

Quando escolher fusos de esferas:

• Cargas altas com altas velocidades
• Ciclo constante
• Alta precisão

Quando escolher os fusos de avanço:

• Requisitos de baixo custo
• Aplicativos de posicionamento
• Aplicações onde a lubrificação é um prejuízo

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