El material de la tuerca de un husillo de bolas de paso grande afecta la resistencia de la pista de rodadura, la capacidad de tratamiento térmico, la resistencia al desgaste, la estabilidad dimensional y el comportamiento ante la corrosión. Sin embargo, el material por sí solo no determina el rendimiento del conjunto.
En un husillo de bolas de paso grande, la tuerca contiene pistas de rodadura endurecidas, bolas de acero recirculantes y un sistema de retorno. Por lo tanto, se diferencia de una tuerca de husillo deslizante convencional hecha de bronce o plástico técnico. El cuerpo de la tuerca, la dureza de la pista de rodadura, la estructura de circulación de las bolas, la precarga, la lubricación y la velocidad de funcionamiento deben evaluarse como un solo sistema combinado.
Primero, distinga una tuerca de husillo de bolas de una tuerca de husillo deslizante
La frase "tuerca de husillo" puede referirse a dos estructuras de transmisión diferentes.
| Tipo de tuerca | Método de contacto | Dirección de material común | Características típicas |
|---|---|---|---|
| Tuerca de husillo deslizante | Las roscas del tornillo y de la tuerca se deslizan directamente una contra la otra. | Se pueden utilizar bronce, polímero, composite u otros materiales antifricción. | Estructura sencilla, mayor fricción por deslizamiento y comportamiento de desgaste en función del material. |
| Tuerca de husillo de bolas | Las bolas de recirculación ruedan entre las pistas de rodadura endurecidas del tornillo y de la tuerca. | Normalmente se utiliza acero tratable térmicamente o acero aleado para el cuerpo de la tuerca que soporta la carga y las pistas de rodadura. | Transmisión rodante de baja fricción, mayor eficiencia y precarga o juego axial controlados. |
Este artículo analiza los husillos de bolas de paso grande. Las tuercas de bronce y plástico pueden ser apropiadas para algunos tornillos de avance deslizantes, pero no deben presentarse como sustitutos estándar de una tuerca de bolas industrial endurecida.
¿Qué significa "plomo grande"?
El avance es la distancia lineal recorrida por la tuerca durante una revolución completa del tornillo. Un avance de 20 mm mueve la tuerca 20 mm por revolución, mientras que un avance de 5 mm la mueve 5 mm por revolución.
Un paso grande permite una velocidad lineal más alta con las mismas RPM del tornillo. Las opciones de husillos de bolas de paso grande DLY incluyen SFE, SFU y estructuras seleccionadas de doble tuerca, con opciones de paso regular desde aproximadamente 10 mm hasta 64 mm.
Un paso grande no significa que la tuerca requiera un material base completamente diferente. Esto significa que el diseño de la tuerca debe gestionar un ángulo de hélice mayor, una circulación de la bola más rápida y diferentes relaciones entre velocidad, empuje, resolución de posicionamiento y tendencia a retroceder.
Por qué se utiliza acero aleado para el cuerpo de la tuerca de bolas
Las tuercas de bolas estándar DLY utilizan acero de aleación 20CrMo para el cuerpo de la tuerca. Este material puede tratarse térmicamente para proporcionar una pista de rodadura dura y resistente al desgaste manteniendo al mismo tiempo una estructura de soporte suficientemente fuerte debajo de la superficie endurecida.
La dirección del material es adecuada para la producción de tuercas de bolas porque la tuerca debe resistir:
- Esfuerzos repetidos por contacto rodante entre las bolas y las pistas de rodadura;
- Carga axial transferida a través de los circuitos de bolas;
- Presión de contacto local en las superficies de las pistas de rodadura;
- Aceleración, desaceleración e inversión de dirección repetidas;
- Tensión alrededor de la brida y los orificios de montaje;
- Calor generado por precarga, velocidad y resistencia a la lubricación.
Escribir únicamente "tuerca de acero" no es lo suficientemente preciso. El acero común con bajo contenido de carbono sin tratar no proporciona automáticamente la dureza, la resistencia a la fatiga y el control dimensional necesarios para una tuerca de bolas de precisión.
El cuerpo de la tuerca, las pistas de rodadura internas, las bolas de acero y la estructura de retorno funcionan como un sistema de rodadura combinado.
El material afecta la dureza de la pista de rodadura y la resistencia a la fatiga
Las bolas pasan repetidamente a través de las pistas cargadas a medida que se mueve la tuerca. Si la pista de rodadura de la tuerca es demasiado blanda, la tensión de contacto excesiva puede provocar indentaciones permanentes, deformación plástica o desgaste acelerado.
Una aleación adecuada tratable térmicamente permite que la superficie de la pista alcance la dureza requerida mientras el cuerpo de la tuerca continúa soportando la carga. El rendimiento final depende tanto de la composición del material como del control del tratamiento térmico.
Los factores de producción importantes incluyen:
- Dureza de la superficie de la pista de rodadura;
- Profundidad efectiva de endurecimiento;
- Fuerza y dureza del núcleo;
- Distorsión por tratamiento térmico;
- Subsidio de pulido o acabado después del tratamiento;
- Uniformidad entre diferentes circuitos de pelota.
Una calidad nominal del material no prueba que se hayan alcanzado estas características. El certificado de material, los registros de tratamiento térmico y la inspección dimensional abordan diferentes partes del proceso de control de calidad.
El material no determina la capacidad de carga por sí solo
Un material de tuerca más resistente puede soportar la estructura de brida y pista de rodadura requerida, pero las capacidades de carga dinámica y estática de un husillo de bolas de paso grande no se calculan únicamente a partir del material de la tuerca.
La capacidad de carga también depende de:
- Diámetro de la bola;
- Número de circuitos de bolas cargadas;
- Geometría de la pista de rodadura y ángulo de contacto;
- Número efectivo de bolas portadoras de carga;
- Dimensiones del cuerpo de la tuerca;
- Diámetro del eje del tornillo y diámetro de la raíz;
- Tratamiento térmico y estado de la superficie;
- Dirección de carga aplicada y ciclo de trabajo.
Por ejemplo, dos tuercas fabricadas con la misma aleación de acero pueden tener diferentes capacidades de carga porque una utiliza más circuitos de bolas o un diámetro de bola diferente. Por lo tanto, se debe comprobar el modelo completo de tuerca en lugar de aprobar la carga únicamente a partir del nombre del material.
El plomo grande impone mayores exigencias a la circulación de las bolas
En un husillo de bolas de plomo grande, las bolas siguen una trayectoria helicoidal más pronunciada que en muchas estructuras de plomo pequeño. A alta velocidad lineal, deben entrar repetidamente en la ruta de retorno y volver a entrar en la pista cargada sin impacto ni interrupción excesivos.
El material del cuerpo de la tuerca proporciona soporte estructural, pero el rendimiento de la circulación también se ve afectado por:
- La estructura interna, de extremo u otra estructura de retorno;
- Geometría del camino de retorno;
- Cantidad de circuito de bolas;
- Material de tapa final o componente de retorno;
- Precisión de fabricación y posición de montaje;
- Distribución de lubricante a velocidad de funcionamiento;
- Contaminación alrededor del camino de regreso.
Un cuerpo de tuerca de acero de alta resistencia no puede compensar un sistema de retorno de bolas dañado o mal diseñado. Para la selección de alta velocidad, aún se deben confirmar las RPM de la tuerca o el valor DN permitido.
El rendimiento de los cables grandes depende de la tuerca, el eje del tornillo, el sistema de circulación, las unidades de soporte y la alineación de la instalación, no solo del material de la tuerca.
¿El material de la tuerca afecta la fricción?
En un husillo deslizante, el material de la tuerca roza directamente contra la rosca del tornillo, por lo que el emparejamiento de materiales tiene una fuerte influencia en la fricción.
En un husillo de bolas, las bolas ruedan entre los caminos de rodadura endurecidos del husillo y la tuerca. El material del cuerpo de la tuerca todavía afecta la calidad y durabilidad de la pista de rodadura, pero la fricción operativa está más directamente influenciada por:
- Geometría de bolas y pistas de rodadura;
- Precarga o juego axial;
- Estructura de retorno de bola;
- Tipo y cantidad de lubricante;
- Resistencia al sellado;
- Alineación de instalación;
- Calidad superficial y contaminación.
Por lo tanto, es inexacto afirmar que una tuerca de bolas de bronce produce automáticamente una fricción menor que una tuerca de bolas de acero. Esta comparación se refiere principalmente a sistemas de husillos deslizantes, no a husillos de bolas estándar.
Cómo el material y el tratamiento térmico afectan el desgaste
El desgaste puede desarrollarse cuando las pistas de rodadura no tienen la dureza adecuada, cuando la calidad de la superficie es mala o cuando la película lubricante se rompe. La contaminación también puede crear hendiduras que luego se convierten en fuentes de vibraciones y ruidos.
Una tuerca de aleación de acero producida correctamente ayuda a proporcionar:
- Resistencia a la fatiga por contacto rodante;
- Geometría de pista estable bajo carga repetida;
- Resistencia a la sangría permanente;
- Una superficie adecuada para acabados de precisión;
- Soporte confiable alrededor de la estructura de retorno de la bola;
- Control constante de precarga y par de funcionamiento.
Sin embargo, incluso una tuerca correctamente endurecida puede desgastarse prematuramente si el conjunto funciona sin la lubricación adecuada, se expone a partículas abrasivas o se instala desalineado.
¿El material de la tuerca determina la precisión?
El material de la tuerca influye en la estabilidad dimensional y la capacidad de mantener una pista de rodadura terminada con precisión, pero no determina de forma independiente el grado de precisión del husillo de bolas.
El rendimiento del posicionamiento también depende de:
- Precisión del avance del tornillo;
- Juego axial o precarga de la tuerca;
- Perfil de pista y combinación de bolas;
- Rigidez soporte-soporte;
- Rectitud del tornillo;
- Paralelismo de instalación;
- Expansión térmica;
- Rendimiento del motor, codificador y sistema de control.
El uso de una aleación de baja expansión térmica como Invar para una tuerca de bolas estándar de plomo grande no es una ruta normal para lograr una mayor precisión de posicionamiento. En primer lugar, el material debe ser adecuado para pistas de rodamiento endurecidas, fabricación, capacidad de carga y circulación de bolas.
Para la mayoría de los sistemas de precisión, controlar el grado de paso del tornillo, la precarga, la estructura de soporte y la temperatura de funcionamiento es más práctico que seleccionar un material inusual para el cuerpo de la tuerca.
Expansión térmica y de materiales
La tuerca cambia de dimensión a medida que aumenta la temperatura, pero el eje del tornillo más largo generalmente contribuye con un mayor desplazamiento térmico total al eje porque su longitud efectiva es mucho mayor.
El aumento de temperatura puede deberse a:
- Precarga de tuerca;
- Alta velocidad de circulación;
- Fricción soporte-cojinete;
- Viscosidad del lubricante inadecuada;
- Ciclos rápidos continuos;
- Cambio de temperatura ambiente;
- Mala disipación de calor alrededor de una carcasa de tuerca cerrada.
Cambiar el material de la tuerca por sí solo no eliminará el error de posicionamiento térmico. Los equipos de alta precisión pueden requerir calentamiento controlado, compensación de temperatura, retroalimentación lineal directa u otro método de gestión térmica.
¿Qué pasa con los materiales resistentes a la corrosión?
Se pueden considerar materiales resistentes a la corrosión o tratamientos superficiales cuando el husillo de bolas opera alrededor de humedad, condensación, productos químicos de limpieza o vapores corrosivos. Sin embargo, no basta con proteger únicamente el cuerpo de la nuez.
También se deben evaluar los siguientes componentes:
- Canalizaciones del eje del tornillo;
- Bolas de recirculación;
- Componentes de retorno y tapas de extremo;
- Cojinetes de soporte;
- Accesorios de lubricación;
- Pernos de montaje y superficies de bridas;
- Cubiertas protectoras y sellos.
El acero inoxidable no debe describirse automáticamente como superior para todas las aplicaciones corrosivas. Se debe confirmar su dureza, tratamiento térmico, capacidad de carga, producción de pistas de rodadura y compatibilidad con el conjunto completo.
Para muchas máquinas, un fuelle protector, un lubricante adecuado, una limpieza controlada y una protección contra la corrosión externa pueden resultar más prácticos que cambiar el material de la tuerca estándar.
¿Se puede utilizar plástico o bronce en una tuerca de bolas de plomo grande?
El plástico y el bronce pueden ser materiales adecuados para tuercas deslizantes convencionales, tuercas de husillo antijuego y otros mecanismos de baja carga. No deben figurar como sustitutos directos del cuerpo de carga endurecido de una tuerca de bolas industrial estándar.
Los materiales poliméricos aún pueden aparecer en una tuerca de bolas como:
- Sellos finales;
- Limpiaparabrisas;
- Tubos de retorno o insertos de retorno;
- Componentes de circulación de tapa final;
- Piezas protectoras o de retención.
Estos componentes no soportan la carga rodante de la misma manera que las pistas de rodadura de tuercas endurecidas. Su material se selecciona por su desgaste, impacto, compatibilidad con lubricantes, resistencia a la temperatura y rendimiento de circulación.
¿El material de la tuerca afecta el ruido y la vibración?
El material de la tuerca puede influir en la rigidez estructural y la amortiguación, pero el ruido anormal en un husillo de bolas de plomo grande está más comúnmente relacionado con el sistema completo de rodadura y circulación.
Las posibles causas incluyen:
- Lubricación insuficiente o inadecuada;
- Impacto de retorno de la bola a velocidad excesiva;
- Contaminación o daño a la canalización;
- Precarga incorrecta;
- Desalineación de tornillos, cojinetes o acoplamientos;
- Movimiento de unidades de apoyo;
- Vibración del eje del tornillo cerca de la velocidad crítica;
- Resonancia en el marco de la máquina.
Reemplazar una tuerca de acero con un material más blando no es una solución general correcta para el ruido de los husillos de bolas. Primero se debe identificar la fuente real de vibración.
Material de la tuerca y resistencia de la brida
La brida de tuerca transfiere la fuerza axial a la mesa de la máquina o al soporte de tuerca. Su material, espesor, disposición de los orificios de montaje y condición del tratamiento térmico deben soportar las cargas de sujeción y operación requeridas.
Pueden ocurrir problemas cuando:
- Los pernos de las bridas son de tamaño insuficiente;
- El soporte de la tuerca no sostiene la brida de manera uniforme;
- Los pernos se aprietan con un par desigual;
- La cara de montaje contiene rebabas o contaminación;
- El soporte desalinea la tuerca;
- La carga de impacto excede la condición de diseño original.
Un material de tuerca de alta resistencia no puede compensar una interfaz de montaje mal diseñada. La brida y el soporte deben comprobarse juntos.
¿Material estándar o material especial?
| Condición de aplicación | Dirección inicial del material | Controles adicionales |
|---|---|---|
| Automatización industrial normal | Tuerca de bolas de acero de aleación con tratamiento térmico estándar | Carga, velocidad, avance, precarga, lubricación y ciclo de trabajo. |
| Alimentación rápida de alta velocidad | Cuerpo de acero estándar con una estructura de circulación diseñada para el avance y la velocidad requeridos. | Límite DN, diseño de retorno, calor, lubricación y frecuencia de aceleración. |
| Alta carga axial | Tuerca de aleación de acero tratada térmicamente con cantidad y dimensiones de circuito adecuadas | Clasificación dinámica, clasificación estática, vida útil, impacto y montaje con brida |
| Ambiente húmedo o corrosivo | Material, tratamiento o protección especial sujeto a revisión de ingeniería | Resistencia completa a la corrosión, dureza y compatibilidad con lubricantes del conjunto. |
| Comida, ambiente limpio o especial. | Evaluación de materiales y lubricación específica del proyecto | Requisitos reglamentarios, lubricantes, sellos, método de limpieza y control de partículas. |
El material estándar debe seguir siendo el predeterminado a menos que el entorno operativo cree una razón clara y técnicamente definida para un diseño especial.
¿Qué se debe especificar además del material de la tuerca?
Al seleccionar un husillo de bolas de paso grande, el material debe estar solo en una línea en la especificación técnica. Las siguientes condiciones suelen ser más importantes para confirmar el modelo correcto:
- Diámetro y avance del tornillo;
- Velocidad lineal requerida y RPM del tornillo;
- Carga axial normal, máxima y de choque;
- Longitud total y recorrido efectivo;
- Cantidad de circuito de bolas y estructura de tuerca;
- Juego axial o precarga requeridos;
- Grado de precisión;
- Disposición de soporte;
- Tiempo máximo de funcionamiento continuo;
- Método de lubricación;
- Condiciones de temperatura, humedad y contaminación;
- Brida de tuerca y limitaciones de espacio de montaje;
- Plano de mecanizado final.
regular de DLYGama de husillos de bolas de paso grandeIncluye SFE, SFU y configuraciones seleccionadas de doble tuerca. Las opciones actuales de cables regulares se extienden desde aproximadamente 10 mm hasta 64 mm, según el diámetro y la serie de tuercas.
En el DLY se pueden revisar diferentes estructuras de bridas, circulación y montaje.gama de tuercas de bolas.
Cuando la precisión del posicionamiento también es importante, revise las opciones disponibles.opciones de husillos de bolas de alta precisiónpor separado. El grado de precisión no debe inferirse del material de la tuerca.
¿Qué información se debe enviar a DLY?
Para una revisión del modelo y material de husillos de bolas de paso grande, proporcione:
- Diámetro y avance requeridos;
- Longitud total y carrera efectiva;
- Velocidad lineal máxima;
- Carga axial normal y máxima;
- Instalación horizontal, vertical o inclinada;
- Precisión requerida y juego axial;
- Tiempo de funcionamiento continuo y frecuencia de ciclo;
- Temperatura ambiente y de funcionamiento;
- Humedad, productos químicos, polvo o condiciones de limpieza;
- Método de lubricación;
- Dimensiones de montaje de tuercas;
- Plano de mecanizado del extremo del eje;
- Cantidad y certificación requerida.
DLY puede primero confirmar si la estructura estándar de tuerca de bolas 20CrMo es adecuada. Se deben revisar los requisitos de materiales especiales o de resistencia a la corrosión junto con el eje del husillo, las bolas, los componentes de retorno, el tratamiento térmico y el lubricante.
Respuesta final
El material de la tuerca afecta la resistencia, la dureza, la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional de un husillo de bolas de paso grande, pero es sólo una parte del diseño. Las tuercas de bolas estándar DLY utilizan acero de aleación 20CrMo tratable térmicamente en lugar de bronce o plástico para el cuerpo de la tuerca que soporta carga.
El rendimiento de los cables grandes también depende del circuito de bolas, la estructura de retorno, la precarga, la capacidad de carga, la velocidad, la lubricación y la alineación de la instalación. Sólo se debe considerar un material especial cuando el entorno operativo crea un requisito claramente definido que no puede ser cumplido por la estructura estándar y la protección adecuada.
Para confirmación técnica, envíe a DLY el diámetro, paso, velocidad, carga, carrera, precisión, entorno y plano de montaje. Estos detalles son más útiles que preguntar por el "mejor" material de tuerca sin definir la aplicación.
