Un completo sistema de accionamiento de husillo de bolas convierte la rotación del motor en un movimiento lineal controlado. El husillo de bolas es el componente principal de la transmisión, pero por sí solo no puede funcionar como un eje de máquina preciso. Debe funcionar junto con un motor, acoplamiento, cojinetes de soporte, guía lineal, mesa móvil y sistema de control.
Cuando el motor hace girar el eje del tornillo, las bolas recirculantes transmiten fuerza entre las pistas del tornillo y la tuerca. La tuerca se mueve a lo largo del tornillo, mientras que la guía lineal sostiene la mesa y evita una rotación no deseada. El controlador determina la distancia recorrida, la velocidad, la aceleración y la dirección.
- Componentes principales de un husillo de bolas.
- Cómo funciona el sistema completo
- Velocidad, avance, fuerza y par.
- Sistemas de tornillo giratorio y tuerca giratoria
- ¿Qué determina la precisión del sistema?
- Cómo seleccionar un sistema de accionamiento de husillo de bolas
- Problemas operativos comunes
Componentes principales de un sistema de accionamiento de husillo de bolas
La estructura exacta varía según la máquina, pero un eje motorizado convencional normalmente contiene los siguientes componentes.
| Componente | Función principal | Punto de selección importante |
|---|---|---|
| Servomotor o motor paso a paso | Proporciona velocidad de rotación y par. | Requisitos de par, velocidad, inercia y control. |
| Enganche | Conecta el eje del motor al husillo de bolas. | Capacidad de torsión, rigidez torsional y desalineación permitida |
| Soporte lateral fijo | Ubica el tornillo axialmente y soporta carga radial y axial. | Disposición de los rodamientos, precarga y precisión del extremo del eje |
| Cojinete del lado de soporte | Soporta el extremo opuesto del tornillo mientras permite la disposición térmica seleccionada. | Requisitos de alineación, soporte radial y expansión. |
| Eje de husillo de bolas | Proporciona la pista de rodadura helicoidal y transmite entrada rotacional. | Diámetro, avance, longitud, precisión y velocidad crítica. |
| Tuerca de bolas | Convierte la rotación del tornillo en un recorrido lineal. | Tipo de tuerca, estructura de circulación, precarga y capacidad de carga. |
| Alojamiento de tuerca o asiento de tuerca | Conecta la tuerca de bolas a la mesa móvil. | Rigidez de montaje y compatibilidad de bridas |
| Guía lineal | Soporta la mesa y controla su recorrido. | Carga, capacidad de momento, precarga y alineación. |
| Controlador y retroalimentación | Comanda y monitorea la posición, velocidad y aceleración. | Control en bucle abierto o cerrado y resolución de retroalimentación |
La guía lineal transporta carga radial y carga de momento desde la mesa. El husillo de bolas debería transmitir principalmente fuerza axial. El uso del husillo de bolas como única guía para la carga en movimiento puede introducir fuerza radial y momento en la tuerca, provocando un desgaste desigual y un funcionamiento inestable.
¿Cómo funciona el sistema completo de accionamiento por husillo de bolas?
- El controlador emite una orden de movimiento.
El comando define la distancia de viaje requerida, la dirección, la velocidad y la aceleración. - El motor genera rotación.
Un servomotor normalmente utiliza retroalimentación del codificador para el control de velocidad y posición de bucle cerrado. Un motor paso a paso puede funcionar en circuito abierto o con retroalimentación, según el diseño del sistema. - El acoplamiento transmite el par del motor.
El acoplamiento transfiere la rotación al eje del tornillo. Puede adaptarse a errores de instalación limitados, pero no debe utilizarse para compensar una desalineación grave entre el motor y el tornillo. - Los cojinetes de soporte ubican el tornillo.
La disposición de rodamientos del lado fijo controla la posición axial y soporta la carga de empuje. El cojinete del lado de soporte estabiliza el extremo opuesto según la disposición de montaje elegida. - El eje del tornillo gira.
A medida que el eje gira, las bolas de acero ruedan entre las ranuras helicoidales correspondientes del tornillo y la tuerca. - La tuerca de bolas se mueve linealmente.
Las bolas rodantes transmiten fuerza axial a la tuerca. Debido a que la tuerca está conectada a la mesa y se le impide girar, se mueve a lo largo del eje del tornillo. - Las bolas recirculan dentro de la tuerca.
Después de abandonar la pista de rodadura cargada, las bolas pasan a través de un deflector interno, un pasaje de tapa final o una ruta de retorno externa y vuelven a ingresar a la zona de carga. - La guía controla el camino de la mesa.
Los carriles guía lineales y los bloques sostienen la mesa, resisten momentos y mantienen la dirección de movimiento prevista.
Para obtener una explicación detallada de la ruta de retorno interna de la tuerca, consulte¿Cómo funciona un sistema de recirculación de husillo de bolas?
¿Cómo se relacionan la velocidad, el avance, la fuerza y el par del husillo de bolas?
Viaje lineal por revolución
El avance del husillo de bolas es la distancia teórica recorrida por la tuerca durante una revolución completa del husillo.
Por ejemplo, un husillo de bolas con un paso de 10 mm teóricamente mueve la tuerca 10 mm por cada revolución completa del husillo.
Velocidad lineal
A 1.000 rpm, un cable de 10 mm produce una velocidad lineal teórica de 10.000 mm/min. La velocidad real permitida también debe permanecer dentro de los límites de la velocidad crítica del husillo, la circulación de bolas, la disposición de soporte, la lubricación y la estructura de la máquina.
Fuerza axial y par motor
La relación ideal entre el par de torsión requerido para el tornillo y la fuerza axial se puede expresar como:
Dónde:
- t= par de accionamiento
- F= fuerza axial
- l= avance del husillo de bolas
- η= eficiencia mecánica
Esta ecuación es sólo un punto de partida. La selección del motor también debe incluir el par de aceleración, la resistencia del rodamiento, la resistencia de la guía, el arrastre del sello, la precarga, la fuerza externa del proceso y la gravedad en un eje vertical.
Sistemas de transmisión de tornillo giratorio versus tuerca giratoria
Tornillo giratorio con tuerca móvil
Esta es la configuración más común. El motor hace girar el tornillo mientras la tuerca de bolas se fija a la mesa móvil. Proporciona una estructura práctica para muchas máquinas CNC, unidades de automatización, máquinas de embalaje y sistemas de posicionamiento.
Para tornillos largos que funcionan a alta velocidad de rotación, la velocidad crítica y la vibración del eje se vuelven importantes. Antes de determinar la velocidad máxima de funcionamiento se deben comprobar el diámetro del tornillo, la longitud sin soporte y la disposición de los cojinetes.
Tornillo fijo con tuerca giratoria
En un sistema de tuerca giratoria, el eje del tornillo permanece estacionario mientras la tuerca gira. La tuerca giratoria está soportada en una carcasa de cojinete y accionada por una correa, engranaje u otro dispositivo de transmisión.
Esta configuración puede resultar útil para ejes de alta velocidad y carrera larga porque el tornillo largo no gira a alta velocidad. Sin embargo, la unidad de tuerca giratoria es más compleja y su disposición de cojinete, accionamiento y lubricación debe diseñarse como un conjunto completo.
| Configuración | Componente giratorio | Consideración típica |
|---|---|---|
| Tornillo giratorio | Eje del tornillo | Estructura sencilla; Se debe comprobar la velocidad crítica para ejes largos. |
| Tuerca giratoria | Unidad de tuerca de bolas | Adecuado para algunos sistemas de alta velocidad y carrera larga; unidad de accionamiento de tuerca más compleja |
¿Qué determina la precisión del sistema de husillo de bolas?
La precisión de un sistema de accionamiento completo no es igual al grado de precisión del husillo de bolas por sí solo. El error de posicionamiento puede deberse a varios componentes.
- Precisión del avance del husillo de bolas:Diferencia entre recorrido de tuerca teórico y real.
- Juego axial:Movimiento relativo entre el tornillo y la tuerca cuando se invierte la dirección de la fuerza.
- Juego de apoyo:Movimiento axial en la disposición de rodamientos del lado fijo.
- Deformación del acoplamiento:Deformación torsional bajo cambio de par.
- Rigidez de tornillos y soportes:Desplazamiento elástico bajo carga axial.
- Expansión térmica:Cambio en la longitud del tornillo a medida que aumenta la temperatura de funcionamiento.
- Precisión de la guía:Desviación en la trayectoria de movimiento real de la mesa.
- Deformación del bastidor de la máquina:Desplazamiento estructural bajo carga.
- Método de retroalimentación:Un codificador de motor no mide directamente la posición de la mesa a menos que se utilice un dispositivo de retroalimentación lineal independiente.
DLY suministra husillos de bolas laminados C7 y C10 para requisitos generales de movimiento y opciones rectificadas C5, C3 y de mayor precisión para aplicaciones que requieren un control más estricto. La precisión final del sistema aún depende de la instalación, los soportes, la precarga, la temperatura y el método de control.
Cómo seleccionar un sistema de accionamiento de husillo de bolas
La selección de husillos de bolas debe comenzar con las condiciones operativas completas y no sólo con el diámetro del husillo.
| Parámetro | Por qué es importante |
|---|---|
| Carga axial máxima y normal | Afecta el diámetro, el tipo de tuerca, la capacidad de carga y la vida de fatiga esperada. |
| Carrera y longitud total del tornillo | Afecta la longitud del eje, el pandeo, la velocidad crítica y la disposición del soporte. |
| Velocidad lineal requerida | Determina el avance requerido y la velocidad de rotación. |
| Aceleración y ciclo de trabajo. | Afecta el par del motor, el calor y la vida útil. |
| Requisito de posicionamiento | Afecta el grado de precisión, la precarga, la retroalimentación y el control térmico. |
| Instalación horizontal o vertical | Cambia los requisitos de carga por gravedad, frenado y conducción hacia atrás. |
| Método de montaje | Afecta la velocidad crítica, la resistencia al pandeo y la rigidez axial. |
| Entorno operativo | Determina los requisitos de sellado, lubricación y protección contra la corrosión. |
DLY proporcionahusillos de bolasen diferentes diámetros, pasos, estructuras de tuercas y grados de precisión. La longitud y el mecanizado del extremo del eje se pueden adaptar a las disposiciones de soporte BK/BF, FK/FF o EK/EF según el plano del cliente.
Los componentes de soporte deben confirmarse junto con el plano del extremo del eje. DLYunidades de soporte de husillo de bolasincluyen disposiciones del lado fijo y del lado de soporte para diferentes tamaños de tornillos y estructuras de montaje.
Problemas comunes del sistema de accionamiento de husillo de bolas
| Síntoma | Posible causa | Primer cheque |
|---|---|---|
| Movimiento desigual o puntos apretados | Desalineación, eje doblado, pista de rodadura contaminada o error en la guía | Verifique la alineación en todo el trazo |
| Cambios de posición después de invertir la dirección | Juego de tuercas, juego de rodamientos, deformación del acoplamiento o conexión floja | Mida cada fuente de pérdida de movimiento por separado |
| Ruido anormal | Mala lubricación, bolas dañadas, problema en el sistema de retorno o daños en los rodamientos | Identificar si el ruido proviene de la tuerca, los rodamientos o el motor. |
| Temperatura en aumento | Precarga excesiva, alta velocidad, lubricación inadecuada o desalineación | Verifique la temperatura, el torque y el estado de lubricación. |
| Vibración del tornillo a alta velocidad. | Funcionamiento cerca de velocidad crítica, soporte deficiente o descentramiento excesivo | Verifique la velocidad del tornillo, la longitud sin soporte y la disposición de los cojinetes. |
| Sobrecarga del motor | Cálculo de par incorrecto, atascamiento, carga excesiva o aceleración agresiva | Compare la corriente y el par reales con cada etapa operativa |
El mantenimiento debe incluir una lubricación adecuada, control de la contaminación, inspección de soportes y acoplamientos, y monitoreo del ruido, la temperatura y el desempeño del posicionamiento. Si aparece una falla, inspeccionar el eje completo en lugar de reemplazar la tuerca de bolas sin identificar la causa original.
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