¿Cómo se transforma un simple tornillo en un preciso sistema de control utilizado en robótica y aeronáutica? Este artículo explora la fascinante mecánica que hay detrás de los husillos de bolas, componentes clave que convierten el movimiento de rotación en movimiento lineal con gran eficacia y precisión. Profundice en su estructura, funcionamiento y papel fundamental en diversas industrias. Al leerlo, comprenderá cómo los husillos de bolas mejoran el rendimiento en todo tipo de aplicaciones, desde dispositivos médicos hasta líneas de fabricación automatizadas.
Husillo de bolas
El husillo de bolas está formado por varios componentes, como el husillo, la tuerca, las bolas de acero, la pieza de precompresión, el inversor y el dispositivo antipolvo. Su función principal es convertir el movimiento giratorio en movimiento lineal transformando el movimiento de deslizamiento en movimiento de rodadura.
En 1898, se introdujo por primera vez el concepto de utilizar bolas de acero entre la tuerca y el tornillo para convertir el contacto deslizante de un tornillo tradicional en contacto rodante. Este cambio en la fricción de deslizamiento a rodadura permitió que el movimiento giratorio de las bolas de acero en la tuerca se transformara en movimiento lineal, lo que dio lugar a una mejor conversión de par y redujo los problemas de posicionamiento y los daños en comparación con los tornillos tradicionales.
La invención del husillo de bolas se atribuye a Rudolph G. Boehm, de Texas, a quien se concedió la patente estadounidense en 1929. Cuando se utiliza como componente activo, la tuerca se convierte en movimiento lineal con el ángulo de rotación del husillo, guiado por especificaciones concretas. La pieza pasiva puede conectarse a la tuerca mediante un soporte de tuerca.
El conjunto del husillo de bolas suele ser de acero y consta de una tuerca hembra y un husillo con una ranura helicoidal que coincide con la ranura del husillo.
La ranura del interior de la tuerca contiene muchas bolas pequeñas de acero cromado. Al circular estas bolas por el interior de la tuerca, proporcionan un movimiento suave a lo largo del tornillo, mientras que un deflector o sistema de retorno retiene las bolas y permite su circulación por la tuerca.
Cuando se combina con un motor, el rendimiento de un husillo de bolas puede alcanzar hasta 90%. Son muy exactos, con una precisión de unas milésimas de pulgada por pie.
Los husillos de bolas se utilizan en diversas industrias para un control preciso, como la aeroespacial, la informática, la electrónica, la automoción y la medicina.
Los husillos de bolas se emplean con frecuencia en procesos de fabricación como robots, líneas de montaje automatizadas, equipos de manipulación de materiales, cintas transportadoras, máquinas herramienta, control de cables y equipos de montaje de precisión.
El conjunto de husillo a bolas consta de un husillo y una tuerca, cada uno con una ranura en espiral complementaria. Las bolas ruedan dentro de estas ranuras, sirviendo como único punto de contacto entre la tuerca y el tornillo.
Cuando el husillo o la tuerca giran, las bolas son dirigidas por el deflector al sistema de retorno de bolas dentro de la tuerca. Se mueven continuamente a través del sistema de retorno hasta el extremo opuesto de la tuerca de bolas y, a continuación, salen a la pista de rodadura roscada del husillo y la tuerca de bolas para circular repetidamente en un bucle cerrado.
La tuerca esférica desempeña un papel crucial en la determinación de la carga y la vida útil del conjunto del husillo de bolas. La relación entre el número de roscas del circuito de la tuerca esférica y el número de roscas del husillo a bolas determina qué componente experimentará fallo por fatiga (desgaste) primero.
Hay dos tipos de métodos de retorno de bolas utilizados en las tuercas esféricas: circulación exterior y circulación interior.
En circulación externa, las bolas vuelven al extremo opuesto del bucle a través de un tubo de retorno, que se extiende más allá del diámetro exterior de la tuerca esférica.
tuerca esférica con circulación externa
La circulación interior implica que las bolas pasan o vuelven a lo largo de la pared interior de la tuerca, cuyo diámetro es menor que el diámetro exterior de la tuerca esférica.
tuerca esférica con circulación interna
En el caso de la circulación interna, la bola sigue un circuito giratorio y se ve obligada a atravesar la parte superior de la rosca del tornillo a través del sistema de retorno. Esto se denomina sistema de retorno interno de tipo deflector transversal.
En una tuerca de bolas de tipo deflector transversal, las bolas sólo giran el eje una vez y el circuito se cierra mediante un deflector de bolas (B) dentro de la tuerca (C), lo que permite que las bolas crucen entre ranuras adyacentes en los puntos (A) y (D).
tuerca esférica con circulación interna
Cuando un husillo a bolas largo gira a gran velocidad, si su relación de esbeltez alcanza el armónico natural del tamaño de su eje, puede empezar a vibrar. Esto se conoce como velocidad crítica y puede reducir significativamente la vida útil del husillo de bolas. Por seguridad, se recomienda no hacer funcionar el husillo a una velocidad superior a 80% de su velocidad crítica.
Componente de la tuerca esférica de rotación
En algunas aplicaciones, son necesarias longitudes de eje más largas y velocidades más altas, y en estos casos, se requiere el uso de un conjunto de tuerca esférica giratoria.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
ES 
EN 
AR 
DE 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO