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Factores clave para las aplicaciones de husillos de bolas

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Precisión, exactitud, orientación, velocidad, aceleración, ciclos de trabajo, recorrido y capacidades de carga.

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¿Por qué husillos a bolas?

En los últimos años, la necesidad de un minitornillo de bolas se ha hecho más evidente a través de las conversaciones con nuestros clientes y los comentarios del mercado. En concreto, la creciente demanda es de husillos a bolas de alta calidad fabricados en EE.UU. y disponibles en stock. En respuesta, FUYU Linear ha respondido a esa llamada con una línea de husillos a bolas de seis, ocho y diez milímetros de diámetro.

FUYU Linear se dirige a aplicaciones en los sectores médico, de automatización de laboratorios y de semiconductores. Estas son algunas de las industrias que creemos que van a estar de moda, ya que muchos de los robots que facilitan la automatización requieren husillos a bolas en miniatura.

Precisión y exactitud de los husillos de bolas

En el sector, puede haber cierta confusión terminológica cuando se habla de exactitud y precisión. A menudo, los clientes los consideran intercambiables, pero no lo son. En realidad, son dos términos distintos que se utilizan para definir los husillos a bolas y su uso en una aplicación.

La precisión viene definida por el husillo y puede reflejar cómo se ha fabricado. Por ejemplo, ¿fue laminado o rectificado? La precisión es comparable a lanzar un dardo hacia el centro y dar en la diana. Por otro lado, la precisión define la tuerca, y es la repetibilidad o la frecuencia con la que el sistema da en el blanco previsto.

Orientación del husillo de bolas

Otro factor que los ingenieros tienden a olvidar es la orientación del husillo de bolas. Los husillos a bolas están diseñados para rendir mejor cuando sus cargas están en posición axial. La razón es que normalmente hay un raíl de perfil, un rodamiento lineal o un raíl que soporta la carga mientras que el propio husillo a bolas realiza el movimiento.

Una vez que ese sistema se pone vertical, la dirección de la carga pasa a ser unidireccional con las fuerzas completamente hacia abajo. Esto tiene múltiples efectos en el diseño del sistema, incluyendo cómo se desgasta el husillo de bolas durante el movimiento, tanto en velocidad como en aceleración. A medida que el dispositivo se mueve hacia arriba y hacia abajo, la velocidad y la desaceleración añaden carga adicional al sistema. El resultado puede ser una carga de impacto implícita en la parte inferior, por lo que invertir la carga se convierte en un factor crítico para el diseño del sistema.

Velocidad y aceleración de los husillos de bolas

La velocidad es otro factor crítico, pero se divide mejor en dos partes: velocidad de la tuerca de bolas y velocidad del husillo. La primera parte se aplica al propio husillo y se refiere a la velocidad a la que girará el husillo. La longitud del husillo suele definir los límites de la velocidad del husillo. Por ejemplo, cuanto más largo es un tornillo, más vibración es posible. La vibración en el sistema provocará corrosión y reducirá su vida útil. Muchos diseñadores quieren que las cargas se muevan lo más rápido posible para alcanzar la posición deseada lo antes posible. Desgraciadamente, existen limitaciones con el tornillo que deben tenerse en cuenta.

La segunda parte de la velocidad crítica se aplica a la tuerca. Aquí, la velocidad crítica se refiere a lo rápido que puede girar la tuerca dentro de los límites del sistema de retorno, y refleja lo rápido que recirculan los rodamientos de bolas internos. Los conjuntos de tornillos métricos en miniatura de FUYU Linear tienen un retorno interno que es muy suave, silencioso y capaz de velocidades de tuerca más altas.

Ciclos de trabajo de husillos a bolas

Un ciclo de trabajo en sí mismo no es demasiado crítico. Normalmente se presta más a un debate sobre la vida útil del husillo, que puede complicarse enormemente cuando se considera un perfil de movimiento. Un perfil de movimiento suele ser un movimiento de aspecto trapezoidal en el que hay una aceleración inicial, un movimiento constante y, por último, una desaceleración. Aunque todos estos elementos son muy importantes, la aceleración es uno de los que normalmente no se tiene en cuenta. De hecho, intentar encontrar limitaciones de aceleración de husillos de bolas en los materiales de referencia es extremadamente difícil, por lo que a menudo se limita a un G y medio estándar. Esta cifra es más bien orientativa, ya que las velocidades máximas, la aceleración y la deceleración reales dependen de la aplicación y a menudo deben definirse mediante experimentación.

Una de las ventajas de los husillos a bolas es su vida útil definida. Las normas internacionales aclaran cómo definir la vida útil de un husillo de bolas. Para la métrica, suele ser una función de un millón de revoluciones, que es nuestra vida L10 y donde estadísticamente el 90% de los husillos a bolas van a alcanzar esta vida. En realidad, pueden alcanzar mucho más, pero ahora hay un valor mínimo establecido.

Recorrido del husillo a bolas

Con los husillos a bolas en miniatura, hay un par de factores diferentes relacionados con el recorrido. En escenarios de recorridos cortos de uno o dos milímetros, surgen dificultades porque las bolas no recirculan completamente dentro de la tuerca. Definir la vida útil del husillo de bolas en estas circunstancias, junto con el diseño y la función del sistema de retorno, desempeñará un papel fundamental en su rendimiento. Por ejemplo, una bomba de fluidos requiere un recorrido extremadamente corto, de 10 a 100 milímetros. Ese último milímetro de recorrido experimentará la mayor fuerza, creando posibles problemas a la hora de definir la vida útil del husillo de bolas.

Las aplicaciones de recorrido largo también pueden crear problemas. Por ejemplo, cuando un husillo de bolas de seis milímetros recorre un metro, la velocidad crítica y la prevención del pandeo se convierten en factores importantes. Así pues, entre los recorridos cortos y largos extremos se encuentra el recorrido medio, o el punto dulce en el que entre 100 y 200 milímetros de recorrido son ideales para que estos tipos de husillos funcionen mejor.

Capacidades de carga de los husillos de bolas

Los husillos a bolas están diseñados para ser cargados axialmente al 100%. Si se hace correctamente, el husillo a bolas durará su vida L10. A menudo, cuando los husillos a bolas fallan, se produce una deformación del husillo y la tuerca como resultado de una carga que no estaba correctamente alineada. Una carga radial o una carga de momento en un husillo de bolas puede afectar a la vida útil L10 reduciendo la capacidad de carga en más de un 90%. La lección aquí es, si hay cálculos de diseño en un catálogo que recomiendan una estructura de soporte paralela dentro de un parámetro específico, es crítico adherirse a esa directriz.