ES2224813B1 - Husillo a bolas recirculantes mejorado. - Google Patents
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Abstract
Husillo a bolas recirculantes, con una tuerca (1) térmicamente controlada, mediante la transferencia de calor por conducción a un fluido (2) refrigerado y con caudal, que circula por un laberinto de canales (3) envolventes a la tuerca, labrados en forma de rosca helicoidal en el interior del cuerpo de una pieza cilíndrica (4) en la que se ha introducido coaxialmente y de modo ajustado el cuerpo (1.1) de la tuerca. En una forma de realización, el cuerpo de la pieza cilíndrica (4) está formado por dos casquillos coaxiales cilíndricos, con dos juntas tóricas (5) en los extremos, teniendo uno de los casquillos (4.1) labrada su superficie exterior con la forma de laberinto de canales (3) en forma de una rosca helicoidal, y teniendo el casquillo exterior (4.2) una superficie interior lisa.
Description
Husillo a bolas recirculantes mejorado.
El presente invento se refiere a un husillo a
bolas recirculantes mejorado, en concreto con una tuerca
térmicamente controlada, mediante la transferencia de calor por
conducción a un fluido refrigerado y con caudal, que circula por un
laberinto de canales envolventes a la tuerca.
Los husillos a bolas recirculantes son
mecanismos de transmisión de movimiento de rotación a lineal o
viceversa, con gran precisión de posicionado y transporte de carga,
descritos y definidos en la Norma DIN-69051, partes
de 1 a 5, y en la Norma ISO/DIS-3408, partes 1, 2 y
3.
Los husillos a bolas recirculantes se componen
básicamente de cinco elementos de acción:
- -
- El husillo, que es un eje cilíndrico, en cuya superficie exterior está labrada la pista de una rosca helicoidal con sección acanalada semicircular.
- -
- La tuerca, que es un casquillo hueco cilíndrico, en cuya superficie interior está labrada la pista de una rosca helicoidal con sección acanalada semicircular, que forma un tubo helicoidal con sección circular cuando se montan emparejados coaxialmente el husillo y la tuerca.
- -
- Las bolas, cuerpos de rodadura y transmisión de fuerzas por presión sobre las mismas del perfil de la pista de la rosca del husillo y de la tuerca.
- -
- Los deflectores, piezas para la recirculación de las bolas.
- -
- El lubricante, aceite o grasa para la reducción del rozamiento de las zonas de contacto de las bolas con el husillo y la tuerca.
Al imprimir movimiento relativo de giro al
husillo respecto a la tuerca, las bolas, situadas entre las pistas
del husillo y de la tuerca, están sometidas simultáneamente a unos
movimientos de rotación, de avance, de deslizamiento y de rotación,
respecto a su propio eje. Estos movimientos, cambian
considerablemente en función de la velocidad de giro, de la
aceleración y de la carga a la que están sometidas las bolas. Cada
bola en movimiento recibe individualmente un esfuerzo de precarga
y, por otra parte, está sometida a una fuerza centrífuga de
dirección radial hacia el exterior, formándose una fuerza de
rozamiento o fricción en las zonas de contacto entre la bola y las
pistas del husillo y la tuerca, generándose un cambio del nivel
térmico de cada uno de estos elementos. Para reducir la fuerza de
fricción se incorpora el elemento de lubricación, que se presenta
como una capa elastohidrodinámica de aceite o grasa interpuesta
entre las zonas de contacto de la bola y las pistas del husillo y
la tuerca, que cubre las asperezas de la rugosidad, salva la
abrasión y adhesión de los materiales en contacto.
Dependiendo principalmente de la temperatura que
generan las fuerzas de fricción, según la velocidad de giro y de
las aceleraciones, las bolas actúan con movimientos de rodadura o
de deslizamiento sin rodadura, y en función de estos movimientos,
van perdiendo la capa elastohidrodinámica de lubricante, con lo que
progresivamente aumentan la abrasión y con ello generan calor, que
se manifiesta en un aumento de la temperatura de la tuerca en las
zonas de rodadura, que están en contacto con las bolas y con el
husillo, además se produce una conducción del calor a todas las
zonas de estos cuerpos, que produce el efecto de la dilatación de
los mismos. Los husillos a bolas recirculantes se emplean como
mecanismos de posicionamiento lineal de precisión en las máquinas,
por lo que es muy importante la estabilidad térmica, para que no se
genere una alteración dimensional de los componentes del husillo a
bolas.
En la práctica, para la anulación de este
aumento de la temperatura en el conjunto. husillo - tuerca se viene
recurriendo a reducir la temperatura de solo el eje del husillo,
mediante la transferencia de calor por conducción a un fluido
refrigerado y con caudal, que circula por el interior del cuerpo
del husillo a través de un orificio pasante longitudinal practicado
en el centro del eje del husillo, por lo que el fluido entra por uno
de los extremos del orificio pasante y sale por el otro.
Los sistemas conocidos de refrigeración de solo
el husillo, al pretender mantener a la misma temperatura todo el
eje del husillo, se encuentran que el calor se está generando en la
zona de la tuerca, por lo que dependiendo de cuánto tiempo esté
situada la tuerca en cada posición a lo largo del eje, presenta
zonas de diversidad de temperatura, con lo que la precisión de los
errores de paso son variables tanto para la precisión del
posicionado como para los par motor de funcionamiento, que pueden
ocasionar un funcionamiento defectuoso. La zona en donde se genera y
localiza constantemente el calor es en la tuerca, por lo que, si no
se regula la temperatura de la tuerca y ésta presenta una
temperatura más alta que la de su entorno, el calor se transmitirá
por conducción al conjunto de la máquina. En el aspecto económico,
el coste de construcción de este sistema es importante, ya que las
operaciones de mecanizado del orificio pasante están limitadas por
la longitud del husillo, y hay que complicar el proceso de
fabricación ya que se disminuye la rigidez y puede alterarse la
precisión del paso de la rosca.
Es conocida la aplicación generalizada de este
sistema de refrigeración del eje del husillo, como el expuesto, en
las máquinas de Fadal Engineering (EE.UU.), Makino (Japón),
Deckel-Maho (Alemania), y en otras firmas.
Todas estas aplicaciones se refieren a una misma
idea de refrigerar el eje del husillo y todas ellas presentan los
mismos inconvenientes citados, diferenciándose entre sí en pequeños
detalles.
Para resolver los inconvenientes indicados, la
solución más conveniente es la de refrigerar la zona donde se
genera el calor, que consiste en controlar térmicamente la tuerca,
ya que es ahí donde se produce continuamente el contacto con las
bolas en rozamiento o en fricción.
Por otro lado, otras patentes conocidas, tratan
también sobre canales adicionales a la rosca helicoidal portadora
de bolas de la tuerca, sin intención de refrigerar o conducir
fluido refrigerante por estos canales. La patente de invención
española n° 2.004.632, presentada con fecha 1 de Julio de 1987 a
nombre de Pedro María Andonegui Aguirregomezcorta recoge un conjunto
de husillo a bolas recirculantes de paso largo y un método para
rectificar las acanaladuras helicoidales de dicho husillo. El
conjunto de husillo se compone de una tuerca con un gran número de
circuitos de bolas y de roscas rectificadas, y está constituido por
un husillo cilíndrico, en cuya superficie exterior está practicada
una ranura de paso constante y perfil semiesférico. Está prevista,
asimismo, una tuerca cilíndrica hueca que rodea a dicho husillo, así
como una pluralidad de bolas encajadas dentro de las ranuras de las
roscas del husillo y de la tuerca. La acanaladura helicoidal
interior central de dicha tuerca está realizada con una porción de
canal de amortiguación, siendo la sección transversal de dicha
porción ligeramente mayor que la de las acanaladuras helicoidales
rectificadas de la tuerca.
Por otro lado, la patente de invención española
2.009.980, presentada el 19 de Julio de 1988 a nombre de Estíbalitz
Villasante y López de Vergara, recoge un husillo a bolas
recirculantes con una sola tuerca precargada interiormente, así
como un método para modificar el paso de rosca en la tuerca de dicho
husillo. Las bolas de rodamiento del husillo están dispuestas entre
dos acanaladuras helicoidales roscadas con paso constante. El paso
de rosca de una tuerca está modificado en una magnitud
predeterminada, lo que produce un distanciamiento en la rosca de la
tuerca de ambos lados del hilo. Los ángulos de contacto de las bolas
de la parte derecha del hilo son de signo opuesto a los ángulos de
las bolas de la parte izquierda, anulándose con ello la holgura
entre la rosca del husillo y la tuerca con las bolas montadas.
Por último, la patente española 2.027.881,
presentada el 18 de Enero de 1991, a nombre de Waybol, S.A., recoge
un husillo a bolas recirculantes con tuerca de doble entrada de
rosca, que se comunican por deflectores en forma de U, con un
husillo de una entrada de rosca con paso largo. En este caso, el
husillo posee una ranura de perfil semiesférico roscada en su
superficie exterior, definiendo los hilos de rosca una cresta
helicoidal. Está prevista asimismo una tuerca cilíndrica que lleva
dos ranuras helicoidales interiores paralelas, con bolas portadoras
de carga o presión en una ranura y con bolas no portadoras de carga
en la otra ranura, estando previstas asimismo dos tapas deflectores
con canales en U que comunican con los extremos próximos de dichas
ranuras. Existe también una pluralidad de bolas encajadas en las
ranuras de la tuerca. El husillo en cuestión es aplicable a
mecanismos cinemáticos de máquinas-herramientas,
tales como tomos o fresadoras, y en robótica.
La solicitante pretende mejorar con el presente
invento husillos a bolas recirculantes del tipo ya conocido, para
lo cual se basa en que la temperatura de un husillo a bolas
recirculantes se mantiene uniforme con una tuerca térmicamente
controlada, mediante la transferencia de calor por conducción a un
fluido refrigerado y con caudal que circula por un laberinto de
canales envolventes a la tuerca.
Así, el husillo a bolas recirculantes objeto del
invento, con una tuerca térmicamente controlada, mediante la
transferencia de calor por conducción a un fluido refrigerado, que
circula por un laberinto de canales envolventes a la tuerca se
caracteriza porque este laberinto de canales está labrado en forma
de rosca helicoidal en el interior el cuerpo de una pieza cilíndrica
en la que se ha introducido coaxialmente y de manera ajustada el
cuerpo de la tuerca. El cuerpo de la pieza cilíndrica está formado
por dos casquillos coaxiales cilíndricos montados de modo ajustado,
y con dos juntas tóricas en los extremos, uno de los casquillos es
interior y el otro es exterior, teniendo el casquillo interior
labrada su superficie exterior con la forma de laberinto de canales
en forma de una rosca helicoidal, y teniendo el otro casquillo, a
saber el exterior, una superficie interior lisa. Al montar estos
casquillos coaxialmente uno dentro del otro, forman un laberinto de
canales con una boca de entrada y otra boca de salida para la
circulación del fluido.
Es asimismo una característica del husillo a
bolas recirculantes objeto de esta solicitud el hecho de que el
laberinto de canales envolventes a la tuerca, labrados en el
interior del cuerpo de ésta, tengan forma de tubos axiales paralelos
y estén intercomunicados. El cuerpo de la tuerca está taladrado por
agujeros pasantes axialmente que en los extremos se unen con arcos
acanalados sellados mediante pasta y forman un laberinto de canales
con una boca de entrada y otra de salida para la circulación del
fluido.
Asimismo, una característica adicional del
husillo a bolas recirculantes objeto de la solicitud es el hecho de
que el cuerpo de la tuerca esté roscado en su interior de forma
paralela a la rosca portadora de bolas por una acanaladura en la que
se adhiere un tubo de material sintético que lame la cresta
exterior el husillo y forma un laberinto de canales con una boca de
entrada y otra de salida para la circulación del fluido.
Seguidamente se describirá el husillo a bolas
recirculantes objeto de esta solicitud haciendo referencia a una
forma de realización preferida del mismo, debiéndose entender que
dicha forma, recogida en los dibujos que se acompañan, sirve
únicamente para fines de ilustración y no pretende en modo alguno
ser limitativa del alcance del presente invento. En los dibujos se
muestra:
- en la figura 1, una vista en sección
transversal a través del husillo a bolas recirculantes objeto del
invento;
- en la figura 2, una vista en sección
transversal a través de una segunda forma de realización del
husillo a bolas objeto de la invención;
- en la figura 3, una vista en sección
transversal a través de un husillo a bolas recirculantes objeto de
la invención, en otra forma de realización distinta.
Haciendo referencia a las figuras representadas
en los dibujos, en concreto a la figura 1, en ella se representa,
en sección transversal, un husillo a bolas recirculantes con una
tuerca (1) térmicamente controlada, mediante la transferencia de
calor por conducción a un fluido (2) refrigerado y con caudal, que
circula por un laberinto de canales (3) envolventes a la tuerca (1)
labrados en forma de rosca helicoidal en el interior del cuerpo de
una pieza cilíndrica (4) en la que se ha introducido coaxialmente y
de forma ajustada el cuerpo (1.1) de la tuerca (1).
El cuerpo de la pieza cilíndrica (4) está
formado por dos casquillos coaxiales cilíndricos montados de forma
ajustada y por dos juntas tóricas (5) en los extremos. Uno de los
casquillos es interior y el otro exterior, teniendo el casquillo
interior (4.1) labrada su superficie exterior con la forma de
laberinto de canales (3) en forma de una rosca helicoidal, y
teniendo el otro casquillo, a saber el exterior (4.2) una
superficie interior lisa. Al montar estos casquillos (4.1, 4.2)
coaxialmente uno dentro de otro, se forma un laberinto de canales
con una boca de entrada (6.1) y otra boca de salida (6.2) para la
recirculación del fluido (2).
Haciendo referencia a la figura 2, en ella se
representa un husillo a bolas recirculantes objeto del invento, en
sección transversal, con una tuerca (1) térmicamente controlada,
mediante la transferencia de calor por conducción a un fluido (2)
refrigerado y con un caudal que circula por un laberinto de canales
(3) envolventes a la tuerca, labrados en el interior del cuerpo
(1.1) de la tuerca, en forma de tubos axiales paralelos e
intercomunicados.
En este caso, como se puede observar por la
figura 2, el cuerpo (1.1) de la tuerca está taladrado por agujeros
pasantes axialmente que en los extremos se unen con arcos
acanalados (3.2) sellados mediante pasta, y forman un laberinto de
canales (3) con una boca de entrada (6.1) y otra de salida (6.2)
par la circulación del fluido (2).
Por último, en la figura 3 se representa un
husillo a bolas recirculantes, objeto del invento, con una tuerca
(1) térmicamente controlada, mediante la transferencia de calor por
conducción a un fluido (2) refrigerado y con caudal que circula por
un laberinto de canales (3), envolventes a la tuerca, en el
interior de un tubo (7) de materia plástica, que lame las crestas
exteriores del husillo (8).
El cuerpo de la tuerca (1.1) está roscado en su
interior de forma paralela a la rosca portadora de bolas (9), por
una acanaladura (3) en la que se adhiere un tubo (7) de material
sintético que lame la cresta exterior del husillo (8) y forma un
laberinto de canales con una boca de entrada (7.1) y otra boca de
salida (7.2) para la circulación del fluido (2).
Con este invento de un husillo a bolas
recirculantes con una tuerca térmicamente controlada, mediante la
transferencia de calor por conducción a un fluido refrigerado y con
caudal, que circula por un laberinto de canales envolventes ala
tuerca, se consiguen ventajas como la anulación de la diferencia de
temperatura relativa entre la rosca de la tuerca y los puntos de
contacto de las bolas y la rosca del husillo en la zona de rodadura;
se elimina la discontinuidad, por el efecto térmico, de la
desviación de paso en una vuelta en el eje husillo, la variación
aleatoria del par motor de rodadura y la transmisión. del calor
desde la tuerca al conjunto de la máquina; siendo su fabricación
económica por tratarse de sencillos mecanizados de canales por
fresado convencional, taladrados y pegado de tubos plásticos; y se
aprovecha el refrigerador del fluido que se destina a refrigerar
otras parte de las
máquinas.
máquinas.
Claims (4)
1. Un husillo a bolas recirculantes con una
tuerca (1) térmicamente controlada, caracterizado porque el
control térmico se realiza mediante la transferencia de calor por
conducción a un fluido (2) refrigerado y con caudal, fluido que
circula por un laberinto de canales (3) envolventes a la tuerca (1)
con una boca de entrada (6.1, 7.1) y una boca de salida (6.2, 7.2)
para la circulación del fluido (2).
2. Un husillo a bolas recirculantes según la
reivindicación 1, caracterizado porque el laberinto de
canales (3) envolvente al cuerpo (1.1) de la tuerca (1) está labrado
en forma de rosca helicoidal en el interior del cuerpo de una pieza
cilíndrica (4) formado por dos casquillos coaxiales cilíndricos
(4.1, 4.2) montados de modo ajustado coaxialmente uno dentro de
otro, poseyendo los dos casquillos coaxiales cilíndricos (4.1, 4.2)
dos juntas tóricas (5) en los extremos, siendo uno de los casquillos
interior (4.1) y siendo el otro exterior (4.2), teniendo este último
una superficie lisa.
3. Un husillo a bolas recirculantes según la
reivindicación 1, caracterizado porque el laberinto de
canales (3) envolventes a la tuerca (1), labrados en el interior del
cuerpo (1.1) de ésta, tienen forma de tubos axiales paralelos y
están intercomunicados y porque el cuerpo (1.1) está taladrado por
agujeros pasantes axialmente que en los extremos se unen con arcos
acanalados (3.2).
4. Un husillo a bolas recirculantes según la
reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo (1.1) de la
tuerca (1) está roscado en su interior de forma paralela a la rosca
portadora de bolas (9) por una acanaladura (3) en la que se adhiere
un tubo (7) que lame la cresta exterior del husillo (8).
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| ES2224813A1 ES2224813A1 (es) | 2005-03-01 |
| ES2224813B1 true ES2224813B1 (es) | 2007-02-16 |
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2002
- 2002-10-02 ES ES200202239A patent/ES2224813B1/es not_active Expired - Fee Related
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