En el mundo de las transmisiones, el husillo de bolas es el componente mecánico clave indispensable. Es el elemento de transmisión más utilizado en maquinaria herramienta y maquinaria de precisión, y su función principal es convertir el movimiento giratorio en movimiento lineal. Debido a su pequeña resistencia a la fricción, los husillos de bolas se utilizan ampliamente en diversos equipos industriales e instrumentos de precisión.
El husillo de bolas se compone de un husillo, una tuerca, bolas de acero, una lámina de precarga, un inversor y un dispositivo a prueba de polvo. Su función es convertir el movimiento giratorio en movimiento lineal, es decir, cambiar el rodamiento de una acción deslizante a una acción rodante.
En 1898, se hizo el primer intento de añadir bolas de acero entre la tuerca y el tornillo, transformando el contacto deslizante del tornillo tradicional en contacto rodante; reemplazar la fricción por deslizamiento con fricción por rodadura, convertir el movimiento giratorio de las bolas de acero en la tuerca en movimiento lineal y convertir el torque en fuerza axial repetida, para mejorar el mal posicionamiento y el fácil daño de los tornillos tradicionales.
El husillo de bolas fue inventado por Rudolph G. Boehm de Texas y obtuvo una patente estadounidense en 1929.
Cuando se utiliza el husillo de bolas como cuerpo activo, la tuerca se convertirá en movimiento lineal de acuerdo con la especificación correspondiente con el ángulo de rotación de la varilla del husillo. La pieza de trabajo pasiva se puede conectar con la tuerca a través del asiento de la tuerca, logrando así el movimiento lineal correspondiente.
El conjunto del husillo de bolas es metálico, normalmente de acero, y consta de una tuerca con rosca interior y un tornillo. La ranura en espiral de la tuerca coincide con la ranura en espiral del tornillo.
Dentro de las ranuras, contenidas dentro de la tuerca, hay muchas bolas pequeñas hechas de acero cromado. Cuando las bolas circulan por la tuerca, proporcionan un movimiento suave debajo del tornillo. La placa deflectora o sistema de retorno retiene las bolas y las hace circular por la tuerca.
Cuando se utilizan con un motor, los husillos de bolas tienen una eficiencia de hasta el 90 %. Son bastante precisos, con una exactitud de unas pocas milésimas de pulgada por pie. Muchas industrias utilizan husillos de bolas para un control preciso, incluidas las industrias aeroespacial, informática, electrónica, automotriz y médica.
Los husillos de bolas también se utilizan con frecuencia en procesos de fabricación y son comunes en robots, líneas de montaje automatizadas, equipos de manipulación de materiales, transportadores, máquinas herramienta, controles de cables y equipos de montaje de precisión.
El conjunto del husillo de bolas se compone de un husillo y una tuerca, cada uno con ranuras en espiral correspondientes. Las bolas ruedan entre estas ranuras y proporcionan el único contacto entre la tuerca y el tornillo.
Cuando el tornillo o la tuerca gira, las bolas son desviadas por el deflector hacia el sistema de retorno de bolas de la tuerca y pasan a través del sistema de retorno en un camino continuo hasta el extremo opuesto de la tuerca de bolas. Luego, las bolas salen del sistema de retorno hacia los canales de rosca del husillo de bolas y la tuerca para su recirculación en un circuito cerrado.
La tuerca de bolas determina la carga y la vida útil del conjunto del husillo de bolas. La relación entre el número de roscas en el bucle de la tuerca de bolas y la cantidad de roscas en el husillo de bolas determina hasta qué punto la tuerca de bolas alcanzará la falla por fatiga (desgaste) más rápido que el husillo de bolas.
La tuerca de bolas contiene dos tipos de métodos de retorno de bolas: tipo de circulación externa y tipo de circulación interna.
Tipo de circulación externa: las bolas regresan al extremo opuesto del bucle a través del tubo de retorno, y el tubo de retorno de bolas sobresale por encima del diámetro exterior de la tuerca de bolas.
Tipo de circulación interna: Las bolas regresan a través o a lo largo de la pared de la tuerca, por debajo del diámetro exterior de la tuerca de bolas.
El tipo de circulación interna tiene un circuito giratorio (como se muestra en la figura anterior). Las bolas se ven obligadas a trepar por la parte superior de la rosca del tornillo a través del sistema de retorno. A esto se le llama sistema de retorno interno de tipo-deflector cruzado. En una tuerca de bolas tipo deflector transversal-, la bola solo hace que el eje gire una vuelta, y el camino de retorno está cerrado por el deflector de bolas (B) en la tuerca (C), permitiendo que las bolas se crucen entre ranuras adyacentes en los puntos (A) y (D).
Cuando un husillo de bolas largo gira a alta velocidad, comenzará a vibrar una vez que la relación de esbeltez alcance el armónico natural de las dimensiones del eje. Esto se llama velocidad crítica y puede ser muy perjudicial para la vida útil del husillo de bolas. (La velocidad de operación segura no debe exceder el 80% de la velocidad crítica del tornillo).
Algunas aplicaciones requieren longitudes de eje más largas y altas velocidades, y todos estos son lugares donde se requiere el conjunto de tuerca de bolas giratoria.