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Design e teoria

Uma porca pré-carregada é projetada para eliminar o recuo. O pré-carregamento pode ser feito por duas diferentes estratégias.
  • Contato de 4 pontos
  • Contato de 2 pontos

Contato de 4 pontos

O pré-carregamento de uma porca usando contato de 4 pontos é obtido montando a porca esférica com esferas avantajadas. Isso resulta no seguinte:
  • As esferas levam as cargas em ambas as direções.
  • Porca menor (mesma capacidade de carga da porca não pré-carregada)
  • Menos eficiente, pois há deslizamento no lado não carregado da esfera.
  • A pré-carga tende a não durar tanto, devido ao desgaste decorrente do deslizamento da esfera.
  • Pode ser feito em parafusos de operação suave (maior precisão).
  • As porcas não são intercambiáveis, pois o tamanho da esfera é selecionado precisamente no momento da montagem.

Contato de 4 pontos

Contato de 2 pontos

A configuração "porca dupla" permite o pré-carregamento de uma porca usando contato de 2 pontos. Metade da porca resiste à carga em uma direção. A outra metade resiste à carga na outra direção. Isso resulta no seguinte:
  • Operação mais eficiente, com as esferas rolando sobre dois pontos (sem deslizamento).
  • O pré-carregamento dura mais do que o contato de 4 pontos.
  • As porcas pré-carregadas podem ser intercambiáveis. Porcas pré-carregadas que utilizam porcas duplas ajustáveis podem ser compradas individualmente e não precisam ser combinadas com o parafuso na fábrica.
  • Possibilidade de pré-carregamento em parafusos de menor precisão. Em parafusos de menor precisão, o conjunto de porca dupla utiliza uma mola entre as duas metades da porca. Isso dá ao conjunto alguma flexibilidade para operar em um parafuso de menor precisão. No entanto, a força da mola é o limite de carga sem folga.
  • Uma porca mais comprida para a mesma capacidade de carga. A porca deve ter o dobro de circuitos de esferas para ter a mesma capacidade de carga de uma porca não pré-carregada equivalente ou de uma porca pré-carregada de contato de 4 pontos.

Contato de 2 pontos

Diferentes designs de porca pré-carregada

Existem diferentes designs de porca pré-carregada, mas a maior parte deles pode ser agrupada em três categorias:
  • Esfera avantajada (contato de 4 pontos)
  • Porca dupla (contato de 2 pontos)
  • Avanço de salto (contato de 2 pontos)
Toda solução traz benefícios e desafios:
  • O pré-carregamento da esfera avantajada usa alguns rolamentos de esferas para remover a folga livre axial e criar um pré-carregamento. Esse tipo de pré-carregamento mantém a capacidade de carga total e a menor dimensão. No entanto, esse tipo requer um parafuso de acoplamento com alta precisão de avanço e geralmente só funciona bem com um pré-carregamento de até 5%.
  • O pré-carregamento de porca dupla utiliza duas porcas que são combinadas e configuradas para remover a folga livre axial. Esse tipo pode ser carregado com molas de compensação e pode ser ajustado para compensar o desgaste e a capacidade de carga. A desvantagem é o custo e o tamanho em relação às porcas esféricas avantajadas.
  • A pré-carga de avanço de salto é típica em um conjunto de parafuso de aterramento ou girado. Isso resulta em uma porca rígida, com maior nível de pré-carga (aproximadamente 10%). Nesta solução que utiliza uma porca única, a capacidade dinâmica do sistema é reduzida, pois apenas metade dos rolamentos de esferas é carregada por vez.

Designs de porca pré-carregada


Exemplo de porca dupla ajustável

Folga mínima

Uma alternativa ao pré-carregamento é selecionar o tamanho dos rolamentos de esferas para reduzir a folga ao mínimo, sem criar um pré-carregamento semelhante ao pré-carregamento de uma esfera avantajada. As vantagens da folga mínima são menos arrasto no sistema e maior suavidade.
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