Elevador de parafuso de máquina de engrenagem helicoidal: o todo-poderoso "Optimus Prime" no campo da transmissão de precisão

Na fase da moderna transmissão de precisão industrial, Elevador de parafuso de máquina de engrenagem helicoidal tornou-se o principal "centro de transmissão" de muitas indústrias com seu design estrutural exclusivo e excelente desempenho. Da linha de produção da indústria de manufatura à plataforma de elevação da engenharia de construção, dos equipamentos de automação aos novos equipamentos de energia, o elevador de parafuso para máquina de engrenagem helicoidal fornece suporte sólido para operação mecânica em vários campos com desempenho estável, eficiente e preciso. A seguir analisaremos os segredos deste equipamento de precisão em todos os aspectos e em profundidade.

O principal dispositivo de conversão de energia da máquina de engrenagem helicoidal é o sistema de transmissão de engrenagem helicoidal, que pode ser chamado de "coração" do elevador. O mecanismo de engrenagem helicoidal consiste em uma roda helicoidal e uma roda helicoidal, que transmite movimento e potência por meio do engrenamento entre eixos escalonados. O sem-fim é geralmente usado como parte ativa, e sua superfície de dente helicoidal engrena com os dentes da engrenagem da roda sem-fim para obter uma grande taxa de transmissão do movimento de desaceleração. Este modo de transmissão possui características notáveis ​​de estrutura compacta, grande taxa de transmissão, operação suave e baixo ruído.

Do ponto de vista do princípio técnico, o ângulo de hélice do sem-fim e o ângulo de hélice da roda sem-fim devem ser rigorosamente combinados para garantir um bom efeito de engrenamento. O número de cabeças sem-fim determina a eficiência e a relação de velocidade da transmissão. O sem-fim de cabeça única tem uma grande taxa de transmissão, mas a eficiência é relativamente baixa, geralmente em torno de 60% - 70%; vermes com várias cabeças podem melhorar a eficiência da transmissão. Por exemplo, a eficiência dos vermes de cabeça dupla pode chegar a 75% - 85%, mas a taxa de velocidade será reduzida em conformidade. A roda sem-fim é geralmente feita de materiais de liga de cobre, como ZCuSn10Pb1, com boa resistência ao desgaste para reduzir o desgaste ao engrenar com o sem-fim e prolongar a vida útil. Em aplicações práticas, ao projetar razoavelmente os parâmetros da engrenagem helicoidal, como módulo, ângulo de pressão, ângulo de hélice, etc., o desempenho da transmissão pode ser otimizado para atender às necessidades de diferentes condições de trabalho. Por exemplo, na indústria metalúrgica, que requer grande saída de torque, uma engrenagem helicoidal com módulo maior é usada para aumentar a capacidade de carga; enquanto na indústria de fabricação eletrônica, que possui requisitos de precisão extremamente elevados, uma engrenagem helicoidal de alta precisão e pequeno módulo é utilizada para garantir a precisão da transmissão.

A lubrificação do sistema de transmissão por engrenagem helicoidal também é muito importante. Lubrificantes adequados podem não apenas reduzir o coeficiente de atrito e o desgaste, mas também desempenhar um papel de resfriamento e limpeza. Os lubrificantes comumente usados ​​incluem óleos para engrenagens industriais de extrema pressão, etc. De acordo com o ambiente de trabalho e as condições de carga, os lubrificantes precisam ser substituídos regularmente para garantir o funcionamento normal do sistema.

O par de porcas de parafuso é um componente chave que converte o movimento rotacional da transmissão da engrenagem helicoidal em movimento linear e é o "executor" do elevador para realizar a função de elevação. O parafuso é um parafuso e a porca coopera com o parafuso. Quando a roda sem-fim aciona o parafuso para girar, a porca se move axialmente no parafuso, realizando assim a elevação e o abaixamento da carga.

De acordo com o processo de fabricação, o parafuso pode ser dividido em parafuso laminado e parafuso retificado. Os fusos laminados são formados por processo de laminação, com alta eficiência de produção e baixo custo, e são adequados para ocasiões com requisitos de baixa precisão, como equipamentos comuns de transporte de materiais; parafusos de avanço retificados são processados ​​​​por retificação de alta precisão, com alta precisão de superfície e boa retilinidade, e são amplamente utilizados na fabricação de semicondutores, equipamentos médicos e outros campos com requisitos de precisão extremamente altos, e sua precisão de posicionamento pode atingir ± 0,01 mm ou até mais. O design da porca também é crucial. Normalmente são utilizadas porcas divididas ou integrais, e a folga entre o parafuso de avanço e a porca é eliminada por um dispositivo de pré-aperto para melhorar a rigidez e a precisão da transmissão. Existem métodos de pré-aperto de junta e pré-aperto de mola, e diferentes métodos de pré-aperto são adequados para diferentes condições de trabalho. Por exemplo, o pré-aperto da junta tem estrutura simples e baixo custo, mas é inconveniente de ajustar; o pré-aperto da mola pode compensar automaticamente o desgaste e manter uma força de pré-aperto estável.

Durante a operação do par de porcas do parafuso de avanço, o avanço do parafuso de avanço também é um parâmetro chave. Quanto maior o avanço, mais rápido a porca se move, mas a capacidade de carga é relativamente baixa; quanto menor o avanço, mais lentamente a porca se move, mas a capacidade de carga e a precisão são maiores. Portanto, ao projetar, é necessário selecionar razoavelmente o avanço do parafuso de acordo com os requisitos reais de trabalho.

A caixa é a carcaça externa do elevador de parafuso sem-fim, que desempenha a função de apoiar e proteger os componentes internos da transmissão e é a “base” do funcionamento estável do equipamento. A caixa é geralmente feita de ferro fundido de alta resistência ou materiais de liga de alumínio, com boa rigidez e desempenho de dissipação de calor. Tomando como exemplo a caixa de ferro fundido de alta resistência, sua resistência à tração pode atingir mais de 300MPa, podendo suportar grandes cargas externas e tensões internas.

A estrutura de suporte interna, como assento do rolamento, sistema de eixo, etc., fornece suporte confiável para a engrenagem helicoidal e o parafuso, garantindo que os componentes da transmissão mantenham a relação de posição correta durante a operação e reduzindo a vibração e o ruído. A precisão e a rigidez do assento do rolamento afetam diretamente a vida útil do rolamento e a estabilidade operacional do equipamento. Normalmente, os centros de usinagem CNC são usados ​​para usinagem de precisão para garantir a precisão dimensional e a tolerância de forma e posição do furo do assento do rolamento. O projeto do sistema de eixo também precisa considerar fatores como resistência, rigidez e velocidade crítica do eixo para evitar ressonância durante a operação.

O projeto do corpo da caixa também precisa considerar o desempenho da vedação para evitar vazamento de óleo lubrificante e entrada de poeira e impurezas externas, de forma a garantir a boa lubrificação das peças internas da transmissão e um ambiente de trabalho limpo. Os métodos de vedação comuns incluem vedação por contato e vedação sem contato. A vedação de contato, como vedações labiais, tem bom efeito de vedação, mas aumenta a resistência ao atrito; a vedação sem contato, como as vedações de labirinto, tem um efeito de vedação relativamente fraco, mas tem baixo atrito e longa vida útil. O corpo da caixa geralmente é equipado com uma janela de observação e um medidor de nível de óleo, o que é conveniente para os operadores observarem o funcionamento dos componentes internos e verificarem o nível do óleo lubrificante, além de realizarem manutenção e manutenção em tempo hábil. Alguns elevadores de última geração também são equipados com sensores de temperatura e sensores de vibração para monitorar a temperatura e a vibração dentro da caixa em tempo real e emitir alarmes a tempo quando ocorrerem anormalidades para evitar falhas no equipamento.

O elevador de parafuso com engrenagem helicoidal possui excelentes capacidades de posicionamento de alta precisão, o que o faz brilhar no campo da fabricação de precisão. No processo de fabricação de chips semicondutores, os wafers precisam ser transportados com precisão para várias estações de processamento. O levantador de parafuso de engrenagem helicoidal pode controlar o erro de posicionamento em nível de mícron com seu controle de movimento linear de alta precisão, garantindo a precisão e o rendimento da fabricação de chips. Tomando como exemplo uma linha de produção de wafer de 12 polegadas, a precisão de posicionamento do levantador de parafuso de engrenagem helicoidal usado atinge ± 0,005 mm. Com o avançado sistema de posicionamento visual, o wafer pode ser transmitido e posicionado com precisão, melhorando muito a qualidade da produção e a eficiência do chip.

No campo de dispositivos médicos, como tomógrafos, robôs cirúrgicos e outros equipamentos, elevadores de parafuso de engrenagem helicoidal são usados ​​para ajustar com precisão a posição e o ângulo do equipamento para fornecer diagnóstico e tratamento precisos aos pacientes. Em robôs cirúrgicos, os levantadores de parafuso com engrenagem helicoidal precisam obter controle de movimento de alta precisão em um espaço pequeno, e sua precisão de posicionamento deve atingir ± 0,02 mm para garantir que os instrumentos cirúrgicos possam alcançar com precisão o local da lesão e reduzir traumas e riscos cirúrgicos. Ao mesmo tempo, as características de operação suave do levantador de parafuso com engrenagem helicoidal também garantem a segurança e confiabilidade do processo cirúrgico.

Os elevadores de parafuso sem-fim têm uma grande capacidade de carga e podem facilmente assumir várias responsabilidades pesadas no campo industrial. Na indústria de fabricação de máquinas pesadas, como grandes prensas, máquinas de moldagem por injeção e outros equipamentos, os elevadores de parafuso sem-fim são usados ​​para levantar bancadas de trabalho e moldes e podem suportar várias toneladas ou até dezenas de toneladas de peso. Por exemplo, em uma grande prensa hidráulica de 5.000 toneladas, o elevador de parafuso sem-fim equipado tem uma capacidade de carga única de até 100 toneladas. Através do trabalho coordenado de vários elevadores, a bancada pode ser levantada e abaixada suavemente para atender às necessidades de processamento de peças grandes.

No campo da engenharia de construção, os elevadores de parafuso sem-fim são frequentemente usados ​​para construir plataformas de elevação e andaimes para fornecer suporte confiável para o transporte de pessoal de construção e materiais de construção. Na construção de edifícios super-altos, as grandes plataformas elevatórias utilizadas são acionadas em paralelo por múltiplos elevadores helicoidais, com capacidade de carga total de mais de 50 toneladas, que podem transportar simultaneamente uma grande quantidade de materiais de construção e equipamentos de construção, melhorando a eficiência da construção. Nas indústrias portuárias e de logística, os elevadores de parafuso sem-fim são usados ​​em guindastes e equipamentos de carga e descarga para obter elevação e manuseio eficientes de mercadorias. Em guindastes de contêineres em portos automatizados, os elevadores de parafuso sem-fim podem levantar contêineres com rapidez e precisão, com uma eficiência de carga e descarga de 30-40 contêineres padrão por hora, melhorando significativamente a capacidade de movimentação do porto.

A função de travamento automático do elevador de parafuso com engrenagem helicoidal é um recurso importante para garantir sua operação segura. Como a transmissão por engrenagem helicoidal possui características de travamento automático reverso, quando a fonte de alimentação parar de funcionar, o par de porcas roscadas travará automaticamente para evitar que a carga deslize para baixo devido à gravidade, garantindo a segurança do equipamento e do pessoal. Esse recurso é amplamente utilizado em muitos campos com requisitos de segurança extremamente elevados.

Em plataformas aéreas de trabalho, elevadores e outros equipamentos, a função de travamento automático é uma medida de segurança vital. Tomando como exemplo um determinado modelo de plataforma de trabalho aéreo, quando a plataforma sobe até a altura especificada, mesmo se houver uma queda de energia ou falha no sistema de energia, a função de travamento automático do elevador de parafuso com engrenagem helicoidal pode entrar em vigor imediatamente, travando a plataforma firmemente no lugar para evitar que a plataforma caia e cause acidentes de segurança. Em alguns equipamentos mecânicos que necessitam manter uma posição fixa, como o dispositivo de posicionamento de uma linha de produção automatizada, a função de travamento automático pode garantir que o equipamento não será deslocado devido a interferências externas durante a operação, melhorando assim a estabilidade de trabalho e confiabilidade do equipamento. Na linha de montagem de motores de automóveis, o elevador de parafuso sem-fim usado para posicionar o cilindro do motor depende da função de travamento automático para manter a mesma posição após a conclusão do posicionamento, garantindo que o processo de montagem subsequente possa ser realizado com precisão.

As vantagens de desempenho do elevador de parafuso com engrenagem helicoidal o tornam amplamente utilizado em muitos campos. Na indústria automobilística, é utilizado para transporte de materiais e comissionamento de equipamentos da linha de produção. Na linha de montagem de automóveis, o elevador de parafuso sem-fim é usado para levantar o chassi do automóvel para facilitar aos trabalhadores a instalação de componentes como motores e caixas de câmbio. Ao mesmo tempo, no equipamento de teste de peças automotivas, o elevador de parafuso de engrenagem helicoidal também desempenha um papel importante, que é usado para ajustar com precisão a posição do instrumento de teste para garantir a precisão dos resultados do teste.

Na área aeroespacial, é utilizado para instalação e teste de equipamentos de peças de aeronaves. Durante o processo de montagem da asa da aeronave, é necessário um elevador de parafuso de engrenagem helicoidal de alta precisão para ajustar a posição e o ângulo da asa para garantir a precisão da conexão entre a asa e a fuselagem. Na torre de lançamento de satélite, o elevador de parafuso sem-fim é usado para levantar o dispositivo de acoplamento do satélite e do foguete para garantir um acoplamento preciso antes do lançamento.

Na nova indústria de energia, como geração de energia eólica, geração de energia solar fotovoltaica e outros projetos, o elevador de parafuso com engrenagem helicoidal é usado para ajustar o ângulo e a posição do equipamento de geração de energia para melhorar a eficiência de conversão de energia. No grupo gerador de turbina eólica, o elevador de parafuso sem-fim é usado para ajustar o ângulo da pá para que ela esteja sempre no melhor estado de barlavento para melhorar a eficiência da geração de energia. Na usina solar fotovoltaica, o elevador de parafuso sem-fim é usado para acionar o sistema de rastreamento solar do painel fotovoltaico, de modo que o painel fotovoltaico possa ajustar automaticamente o ângulo conforme a posição do sol muda e maximizar a recepção de energia solar.

Nas áreas de máquinas de palco, instalações de diversão, armazenamento inteligente, etc., o elevador de parafuso sem-fim também desempenha um papel importante. Em apresentações de palco em grande escala, por meio do controle coordenado de vários elevadores de parafuso sem-fim, o levantamento rápido e o movimento complexo do cenário do palco podem ser alcançados, criando um efeito de palco rico e diversificado. Em instalações de diversão, é utilizado para controlar a elevação e rotação de equipamentos como montanhas-russas e rodas gigantes. No sistema de armazenamento inteligente, o elevador de parafuso sem-fim realiza o armazenamento e manuseio automático de mercadorias, melhorando a taxa de utilização do espaço de armazenamento e a eficiência logística. Por exemplo, em um determinado armazém estereoscópico automatizado, o elevador de parafuso sem-fim usado pode armazenar e recuperar mercadorias com rapidez e precisão em faixas estreitas, e a capacidade de armazenamento pode atingir mais de 100 paletes por hora.

Com o rápido desenvolvimento da automação industrial e da fabricação inteligente, os elevadores de parafuso sem-fim também estão se atualizando na direção da inteligência e da automação. Ao integrar sensores, controladores e módulos de comunicação, os elevadores de parafuso sem-fim podem monitorar o status operacional do equipamento em tempo real, como peso da carga, velocidade operacional, temperatura e outros parâmetros, e transmitir dados ao sistema de controle. O sistema de controle ajusta automaticamente o status operacional do elevador de acordo com os programas e parâmetros predefinidos para obter controle e gerenciamento inteligentes.

Atualmente, surgiram no mercado elevadores de parafuso sem-fim com funções de diagnóstico inteligentes. These lifts have built-in sensors such as pressure sensors, displacement sensors, temperature sensors, etc., which can collect equipment operation data in real time. Quando o equipamento apresenta anormalidades, como sobrecarga, superaquecimento, desgaste de parafusos, etc., o sistema analisará e diagnosticará automaticamente, e emitirá um sinal de alarme a tempo, ao mesmo tempo que fornece a causa da falha e uma solução. Por exemplo, uma determinada marca de elevador inteligente de parafuso com engrenagem helicoidal monitora a vibração do equipamento por meio de um sensor de vibração integrado. Quando uma vibração anormal é detectada, o sistema determinará automaticamente que pode ser um problema, como desgaste do rolamento ou entortamento do parafuso, e notificará o pessoal de manutenção para verificar e reparar, o que melhora muito a confiabilidade e a eficiência de manutenção do equipamento.

Na linha de produção automatizada, o elevador de parafuso sem-fim pode ser conectado a outros equipamentos para controle, ajustar automaticamente a velocidade e posição de elevação de acordo com o ritmo de produção e melhorar a eficiência da produção e a qualidade do produto. Através de tecnologias de comunicação como Ethernet industrial ou fieldbus, o elevador de parafuso sem-fim pode interagir com PLC, robôs e outros equipamentos para obter dados e trabalhar em conjunto. Por exemplo, na linha de produção automatizada de peças automotivas, quando o robô conclui a montagem de uma peça, o elevador de parafuso sem-fim transporta automaticamente a peça montada para a próxima estação. Todo o processo não necessita de intervenção humana, conseguindo um elevado grau de automatização na produção.

A fim de atender às necessidades de equipamentos modernos para leveza e miniaturização, os elevadores de parafuso sem-fim estão constantemente inovando em design, utilizando novos materiais e novos processos para alcançar leveza e miniaturização. Em termos de materiais, ligas de alumínio de alta resistência, ligas de titânio e outros materiais leves são usados ​​para substituir os materiais tradicionais de ferro fundido, o que reduz bastante o peso do equipamento, garantindo ao mesmo tempo a resistência e o desempenho do equipamento. Comparado com os elevadores de ferro fundido tradicionais, o novo elevador de parafuso sem-fim em liga de alumínio reduziu o peso, mas a capacidade de carga e a vida útil não foram reduzidas.

Em termos de projeto estrutural, o equipamento é miniaturizado otimizando a estrutura do par sem-fim e porca roscada, reduzindo o número e o tamanho das peças. O conceito de design integrado é adotado para integrar a carcaça, assento do mancal e outros componentes, reduzir as peças de conexão e melhorar a integração do equipamento. Ao mesmo tempo, a estrutura é otimizada através da utilização de análise de elementos finitos e outras tecnologias para minimizar o tamanho estrutural, garantindo ao mesmo tempo resistência e rigidez. O pequeno elevador de parafuso com engrenagem helicoidal tem um tamanho menor através de um design otimizado, mas ainda pode atender aos requisitos de trabalho de alta precisão e grande carga, e é adequado para pequenos robôs, equipamentos portáteis e outros campos.

No contexto da defesa global da proteção ambiental verde e da conservação de energia e redução de emissões, os elevadores de parafuso sem-fim também estão adotando ativamente a proteção ambiental verde e tecnologias de economia de energia. No processo de fabricação, são utilizados materiais e processos ecologicamente corretos para reduzir o uso e a emissão de substâncias nocivas e reduzir a poluição ao meio ambiente. Por exemplo, utiliza-se tinta à base de água em vez da tinta tradicional à base de óleo. Os revestimentos podem reduzir a emissão de compostos orgânicos voláteis (COV); a tecnologia de processamento sem corte pode ser usada para reduzir a geração de resíduos metálicos.

Durante a operação, ao otimizar o projeto do sistema de transmissão e selecionar materiais lubrificantes eficientes, a eficiência de transmissão do equipamento pode ser melhorada e o consumo de energia pode ser reduzido. A pesquisa e o desenvolvimento de novos formatos de dentes de engrenagens helicoidais, como engrenagens helicoidais de avanço duplo e engrenagens helicoidais com dentes de arco, podem melhorar a eficiência da transmissão em 5% - 10%. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento de elevadores de parafuso sem-fim movidos por energia renovável, como acionamento solar e acionamento hidráulico, pode reduzir ainda mais a dependência da energia tradicional e atingir o objetivo de proteção ambiental verde. Em algumas centrais solares fotovoltaicas remotas, a utilização de elevadores de parafuso sem-fim movidos a energia solar para ajustar o ângulo dos painéis fotovoltaicos não só poupa recursos eléctricos, mas também reduz as emissões de carbono, com bons benefícios económicos e ambientais.

Atualmente, o mercado de elevadores de parafuso sem-fim é altamente competitivo, com a participação de muitas empresas nacionais e estrangeiras. As empresas internacionais ocuparam uma grande participação no mercado de ponta com sua tecnologia avançada e vantagens de marca. Essas empresas têm fortes equipes de P&D e sistemas de produção perfeitos, e lançam continuamente produtos de elevação de parafuso com engrenagem helicoidal de alto desempenho e alta precisão. Por exemplo, o elevador de parafuso com engrenagem helicoidal da SEW adota processos e materiais de fabricação avançados, com alta precisão do produto e forte confiabilidade, e é amplamente utilizado em campos de alta tecnologia, como fabricação de automóveis e semicondutores.

As empresas nacionais também fizeram grandes progressos nos últimos anos, melhorando continuamente a investigação e desenvolvimento tecnológico e a qualidade dos produtos, e diminuindo gradualmente a distância em relação ao nível avançado internacional. Algumas empresas nacionais desenvolveram produtos de elevação de parafuso com engrenagem helicoidal com direitos de propriedade intelectual independentes por meio de inovação independente e introdução de tecnologia, e têm forte competitividade nos mercados de baixo e médio porte. Ao mesmo tempo, as empresas nacionais ganharam ampla aplicação no mercado interno e em alguns mercados emergentes em virtude das suas vantagens de custo e vantagens de serviços localizados. O elevador de parafuso sem-fim desenvolvido por empresas nacionais reduziu os custos do produto, otimizando os processos de design e produção, e forneceu serviços pós-venda de resposta rápida, e tem sido amplamente utilizado em

(II) Perspectivas Futuras

5. Conclusão