O que limita a velocidade do rolamento linear? (Parte 1)

Por Danielle Collins | 28 de maio de 2017

O movimento de alta velocidade é um requisito para aplicações em que o rendimento é um fator crítico, como embalagem e montagem eletrônica. Esses sistemas normalmente usam motores lineares ou acionamentos por correia reforçados com aço em conjunto com guias de rolamentos lineares recirculantes para boa rigidez e alta capacidade de carga. Mas as velocidades exigidas por essas aplicações podem representar um desafio para rolamentos lineares recirculantes, que normalmente são classificados para velocidades máximas de 3 m/s (9,8 pés/s).

Dependendo do tipo de guia linear e do fabricante, um fator de carga entre 2 e 4 pode ser recomendado quando a velocidade máxima exceder 2 m/s (6,6 pés/s). Ao calcular a vida útil do rolamento, a capacidade de carga dinâmica do rolamento é dividida pelo fator de carga. Isso é feito para levar em conta as vibrações e choques que ocorrem em altas velocidades.

Os rolamentos lineares de esferas recirculantes têm propriedades de funcionamento muito boas, com contato de rolamento entre superfícies altamente usinadas e fricção mínima (quando lubrificados adequadamente). Então, por que sua velocidade máxima é limitada?

A resposta tem a ver com a aceleração e a segunda lei do movimento de Newton: F = ma (força = massa x aceleração).

Lembre-se de que as esferas em rolamentos lineares recirculantes mudam de direção à medida que se movem da zona de suporte de carga para a zona de recirculação. Para fazer isso, eles devem desacelerar enquanto são guiados ao redor da tampa pelo mecanismo de recirculação. Essa desaceleração produz uma força nos elementos de recirculação - especialmente na tampa da extremidade do bloco do mancal. Quanto maior a velocidade das esferas (com base na velocidade do bloco de rolamento), maior a desaceleração e maiores as forças na tampa (de volta para F = ma).

Em um rolamento linear recirculante, as esferas mudam de direção à medida que percorrem o bloco do rolamento. Isso resulta em altas forças nos elementos de recirculação e nas tampas das extremidades. Crédito da imagem: Schaeffler Group Inc.

Compreendendo o princípio da recirculação, você pode ver queexistem duas maneiras de atingir velocidades mais altas com rolamentos de esferas recirculantes lineares: usar uma tampa capaz de suportar forças maiores ou reduzir a massa das esferas.

A maioria dos fabricantes de rolamentos lineares, de fato, oferece rolamentos de esferas recirculantes com mecanismos de recirculação reforçados, incluindo tampas nas extremidades. Geralmente, esse é o projeto de rolamentos lineares rotulados como "alta velocidade", com velocidades máximas de até 5 m/s (16,4 pés/s).

Alguns fabricantes também oferecem rolamentos recirculantes lineares de alta velocidade com correntes de esferas (também conhecidas como separadores de esferas, espaçadores de esferas ou esferas com gaiola) porque eliminam o contato entre as esferas - reduzindo ainda mais o atrito e o calor - e garantem que cada esfera seja fornecida com e lubrificação suficiente.

As correntes de esferas garantem que cada esfera receba lubrificação constante e suficiente. Crédito da imagem: THK

A outra alternativa é reduzir a massa das esferas, reduzindo assim as forças transmitidas nas tampas durante a recirculação. Para conseguir isso, alguns fabricantes oferecem blocos de rolamento lineares com esferas de cerâmica. A cerâmica é usada porque tem uma baixa relação massa/resistência e possui boas propriedades de rolamento quando usada em uma superfície de aço. Rolamentos lineares com esferas de cerâmica podem atingir velocidades máximas de até 10 m/s (32,8 pés/s), mas suas capacidades de carga dinâmica são reduzidas em até 30 por cento quando comparados a rolamentos similares com esferas de aço convencionais.

A seguir, veremos os fatores que limitam a velocidade das rótulas lineares.

Crédito da imagem em destaque: Federal Highway Administration