ES2839449T3 - Tornillo de bolas y procedimiento para la compensación de su desequilibrio - Google Patents

Abstract

Tronillo de bolas (7), con al menos un husillo roscado (2) y una tuerca de husillo (11), que presenta un contorno exterior esencialmente en forma de cilindro, con escotaduras (13, 14) para la incorporación de la desviación de las bolas y canal de desviación, caracterizado porque en la periferia exterior de la tuerca de husillo están previstas dos escotaduras planas (15, 16) en la superficie, que presentan la forma de un rectángulo o bien de un cuadrado con esquinas redondeadas o de un taladro alargado plano o de una ranura; y cuyo punto medio está dispuesto desplazado en el mismo valor angular en sentido horario y en sentido horario contrario con relación a un punto de referencia (17) a la misma altura en la superficie envolvente cilíndrica, en donde este punto de referencia est dispuesto está dispuesto articulado alrededor de 180º alrededor del eje medio longitudinal del cuerpo de la tuerca de husillo, con respecto al centro de gravedad de la superficie (23), que se define por una superficie envolvente (21) alrededor de las escotaduras (13, 14) para las desviaciones de las bolas.

Description

DESCRIPCIÓN

Tomillo de bolas y procedimiento para la compensación de su desequilibrio

ANTECEDENTES TÉCNICOS

Un husillo de bolas o también tomillo de bolas (KGT) es la generalidad de una unidad de tomillo de rodamiento con bolas como cuerpo rodante. Sirve para la conversión de un movimiento giratorio en un movimiento longitudinal o bien a la inversa. En principio, un KGT está constituido por un husillo roscado y una tuerca de husillo (tuerca de bolas circulantes).

Los tornillos de bola se emplean en múltiples aplicaciones técnicas, sobre todo en la construcción de máquinas y allí con preferencia en máquinas herramientas. El subgénero de los tornillos de bolas tensados, formados por dos tornillos de bolas ligeramente tensados entre sí, posibilitan allí el posicionamiento libre de juego y sobre todo libre de juego de inversión, por ejemplo, de tornos y fresadoras con relación a una pieza de trabajo.

Los KGT juegan también un papel creciente en sistemas de freno electromecánicos y electrohidráulicos. Con estos sistemas debe formarse la presión de frenado, independientemente de o como asistencia a la activación del freno del conductor. El señal de frenado del conductor o de un sistema de seguridad del vehículo (por ejemplo, alarma de colisión, instalación de sensor ABS) se evalúa en este caso electrónicamente y se transmite como respuesta del sistema a un motor eléctrico. Su movimiento giratorio actúa sobre una tuerca roscada, cuya rotación se convierte en un movimiento de traslación de un husillo roscado. La carrera que resulta de esta manera del husillo roscado se puede utilizar entonces para mover un pistón y de esta manera formar una presión de frenado, especialmente hidráulica, en uno o varios circuitos de freno o ejercer directamente una acción de frenado (por ejemplo, presión de apriete de una guarnición de freno sobre un disco de freno).

ESTADO DE LA TÉCNICA

La figura 1 muestra los componentes principales de un KGT 7, al que pertenecen un husillo roscado 2 y una tuerca de husillo que rodea este husillo (tuerca de bolas circulantes) 1. La tuerca de husillo 1 está constituida por un cuerpo de tuerca con recirculaciones de bolas 6 integradas, que se diseñan de manera ajustada a la geometría del husillo roscado 2; un canal de retorno de las borlas 8 y los llamados casquillos de retorno 9. El cuerpo de la tuerca presenta espacio también para varias recirculaciones de bolas de soporte, es decir, pasos roscados interiores, que forman junto con la rosca exterior del husillo el espacio de alojamiento para las bolas de soporte 3, 4. En el caso del retorno de las bolas (designado menudo también como desviación de las bolas), a través de insertos en la tuerca, se elevan las bolas al final del paso de rosca totalmente desde el husillo y se reconducen, por ejemplo, a través de un casquillo de retorno. De esta manera, la fabricación de una tuerca es completa, porque además de las recirculaciones de las bolas (rosca interior) y su repaso, deben preverse también escotaduras para los retornos de las bolas. De esta manera, son necesarias una pluralidad de etapas de trabajo de torneado, de fresado y de taladrado.

Si se emplea un KGT como accionamiento lineal, entonces -según el caso de aplicación - se puede accionar un husillo giratorio, alojado fijo contra giro, a través de un motor/engranaje, después de puede desplazar axialmente la tuerca de husillo. También es posible el caso inverso, cuando se aloja una tuerca de husillo fija estacionada, pero giratoria, el husillo roscado puede completar el movimiento lineal. Si se pretende una alta velocidad lineal, se aplica en el primer caso mantener bajo control las oscilaciones (oscilación de vibración lateral) del husillo. En el segundo caso, debe controlarse la oscilación de la tuerca roscada.

El documento US 5809 838 A publica un tornillo de bola con una tuerca de husillo de bola, que presenta en el contorno exterior una escotadura para el montaje de desviaciones de las bolas. Sobre el lado opuesto de esta escotadura se forma una superficie plana biselada, de manera que la tuerca de husillo se puede equilibrar durante su rotación. En este documento se describe también otra solución para el equilibrado de la tuerca de bola, en la que se forman taladros sobre el lado opuesto de la escotadura.

INCONVENIENTES DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Condicionado por el diseño de la tuerca de husillo, ésta no se forma a menudo simétricamente alrededor de su eje de rotación central. Entre otras cosas, la desviación de las bolas, que es responsable del retorno de las bolas entre las recirculaciones de las bolas, se ocupa de que el eje de inercia principal de la tuerca de husillo no coincida ya con el eje de rotación, que se define por el eje medio axial del husillo.

Este estado conduce a un desequilibrio dinámico de la tuerca de la tuerca de husillo giratoria en el funcionamiento. Esto se manifiesta en carga elevada de partes de cojinetes, fijaciones y, por lo tanto, en desgaste elevado de todo el sistema. Además, debido al desequilibrio dinámico se provocan vibraciones, que conducen a ruidos de funcionamiento audibles, lo que no es deseable con frecuencia.

Debido a la estructura compleja de una tuerca de husillo, es costoso hallar una solución técnicamente satisfactoria. Se descarga un equilibrio dinámico en virtud de los números de producción normalmente altos por razones de costes. Un método sencillo para la eliminación del desequilibrio consistirían en prever escotaduras lo más idénticas, pero en simetría de espejo, que para la(s) desviación(es) de bolas en la tuerca de husillo y colocarlas desplazadas axialmente 180°. Pero esta solución significaría soportar el mismo gasto de fabricación para las zonas de equilibrio que para las desviaciones de las bolas. Además, en determinadas circunstancias, existiría un peligro de confusión durante el montaje y el hecho de que estas escotaduras rompen completamente la pared de la tuerca de husillo es igualmente desfavorable. De esta manera, se pueden ocasionar problemas de estabilidad y fugas. Una aplicación de pesos de compensación en la periferia exterior no es ninguna alternativa debido al gasto individual. Tampoco es ventajosa la previsión de una elevación permanente en la periferia exterior, porque esto eleva el gasto de fabricación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION

La presente invención se ha planteado el objetivo de evitar los inconvenientes del estado de la técnica, en particular una reducción del desequilibrio de rotación de una tuerca de husillo en un tornillo de bola. La solución hallada se ha revelado en este caso como aplicable tanto para KGT con desviación sencilla como también múltiple de las bolas y, además, como sencilla en la fabricación.

Esto se consigue por medio de las características de la parte de características de las reivindicaciones 1 y 10.

Otras configuraciones ventajosas se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.

En principio, se propone configurar el cuerpo de base de la tuerca de husillo (sin consideración de pestañas o piezas de montaje) como cuerpo esencialmente cilíndrico, que presenta escotaduras para las desviaciones de las bolas. En una configuración ventajosa, se selecciona en este caso el diámetro exterior de este cuerpo de base de tal manera que la desviación de las bolas no sobresale o sólo un poco, es decir, que el canal de desviación, más sus eventuales fijaciones terminan enrasados con la superficie cilíndrica del cuerpo de la tuerca de husillo o están avellanados. Este tipo de construcción avellanada permite después del montaje de husillo, tuercas, bolas y las desviaciones, la seguridad de los componentes instalados a través de simple acoplamiento de un casquillo redondo. Por medio de un saliente ligero de la desviación de las bolas se puede conseguir un seguro propio a través del casquillo.

El núcleo de la invención consiste en prever para la compensación del desequilibrio escotaduras planas en la superficie de la tuerca de husillo. El concepto "plano" significa en este caso un contorno, que no tiene en el sentido habitual ninguna configuración en forma de zanja o bien en forma de ranura, sino que el de un avellanado, cuya dilatación mínima en la superficie es mayor que la profundidad del avellanado.

Esta superficie tiene con preferencia según la invención la forma de un rectángulo con esquinas redondeadas o bien corresponde a la forma de un taladro alargado plano o bien ranura. Las líneas exteriores de esta superficie están dispuestas de tal manera que las secciones rectas de la línea exterior de esta superficie están paralelas o bien en ángulo recto con respecto al eje medio longitudinal de la tuerca de husillo.

Alternativamente, la escotadura puede estar realizada cuadrada o como círculo u oval cumpliendo la condición mencionada anteriormente de una realización plana.

La disposición en el caso de la superficie de compensación rectangular o bien cuadrada sobre la superficie de la tuerca de husillo se establece de la siguiente manera. En primer caso, se determina el centro de gravedad del área de una superficie envolvente alrededor de las escotaduras para las desviaciones de las bolas. Como superficie envolvente se entiende en este caso una superficie circundante alrededor de la totalidad de las escotaduras, siendo seleccionadas las líneas exteriores de tal manera que se encuentran paralelas a los cantos de una superficie exterior cilíndrica desarrollada del cuerpo de la tuerca. El centro de gravedad del aire se puede determinar de esta manera muy fácilmente. Este punto se gira o bien se pivota entonces alrededor de 180° alrededor del eje medio longitudinal del cuerpo de la tuerca de husillo y se fija allí como objetivo el punto de referencia para el centro de la superficie de compensación. El centro de gravedad del aire no tiene lugar en este caso, en efecto, la profundidad de las escotaduras, esto no resta valor a la eficacia de la invención.

La dilatación de la escotadura en la superficie (en dimensiones longitudinal y transversal)debe seleccionarse grande, al menos una vez, con preferencia al menos dos veces, de manera especialmente preferida un múltiplo de la profundidad de la escotadura. Como punto de partida se puede aplicar que la erosión de material para la escotadura de compensación debe ser tan grande como la erosión del material de las desviaciones de las bolas /- 20 %.

La profundidad de la escotadura para la superficie de compensación puede seguir paralelamente a la superficie de la tuerca de husillo, con otras palabras la superficie de fondo de la escotadura puede ser parte de una superficie envolvente cilindrica con radio constante con respecto al eje longitudinal de la tuerca de husillo. Con preferencia, sin embargo, la escotadura presentará una fondo plano, que está de manera más preferida paralelo al eje medio del cuerpo de la tuerca de husillo. De acuerdo con el diseño técnico, el fondo de la escotadura plana puede formar un borde circundante, empotrado con respecto a la superficie envolvente cilíndrica del cuerpo de la tuerca o plano por secciones, es decir, sin escalón marginal, en la superficie envolvente cilíndrica del cuerpo de la tuerca.

La profundidad de la escotadura debe seleccionarse para que no se ponga en peligro la resistencia duradera del cuerpo de la tuerca de husillo. Según el espesor de la pared del cuerpo de la tuerca de husillo, la profundidad de la escotadura tendrá, por lo tanto, desde algunas décimas de milímetro hasta algunos milímetros.

En un desarrollo de la invención, la escotadura puede presentar varios escalones en la profundidad, es decir, varios planos, cuyas superficies de fondo cumplen la condición mencionada anteriormente de una superficie envolvente cilíndrica, respectivamente, con diferente radio con respecto al eje longitudinal de la tuerca de husillo o bien como graduación de superficies planas del tipo mencionado anteriormente. Estas superficies escalonadas de esta manera forman, por lo tanto, esencialmente un embudo de forma escalonada.

Sorprendentemente se ha encontrado que tal configuración de la escotadura plana para la compensación del desequilibrio ofrece ventajas, cuando la tuerca de husillo debe pasar un tratamiento térmico como parte del proceso de fabricación. En este caso, no se puede evitar normalmente una cierta retracción del componente por que a través de los procesos de transformación precedentes se destruiría textura del metal y las escotaduras para desviaciones de las bolas impiden que el proceso de relajación para todo el componente se desarrolle de una manera uniforme. Cuando ahora además de las escotaduras para las desviaciones de las bolas, se practican también las escotaduras planas según la invención para la compensación del desequilibrio en la superficie del cuerpo de la tuerca de husillo, se ha mostrado que la retracción por tratamiento térmico de todo el componente es mejor que sin las escotaduras de compensación.

Se puede probar como ventajoso que en lugar de una escotadura de compensación, se prevean dos superficies rebajadas de este tipo. Esto puede ser ventajoso cuando, por ejemplo, no se contempla una escotadura individual por razones de estabilidad o no está disponible una superficie tan grande en la pieza. Con preferencia, tales superficies están dispuestas desplazadas en el mismo valor angular lateralmente en sentido horario y en sentido horario contrario a la misma altura en la superficie envolvente cilíndrica, con otras palabras pivotadas simétricamente con respecto al punto de referencia definido anteriormente. Las dos escotaduras se realizan con preferencia del mismo tipo en su dimensionado.

La ventaja de tal escotadura plana es que sólo se debilite en una medida no esencial el espesor de pared de la tuerca de husillo y sobre todo no se producen taladros pasantes en la zona interior del KGT. Además, se puede fabricar en una etapa con los fresados para las desviaciones de las bolas. A tal fin, por ejemplo, se puede emplear una fresa de punta. Además, se elimina el desequilibrio dinámico aquí por erosión de material en lugar de la adición de pesos de compensación.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra un KGT 7 con un husillo roscado 2 y una tuerca de husillo (tuerca de recirculación de las bolas) 1 que rodea este husillo. La tuerca de husillo 1 presenta un cuerpo de tuerca con recirculaciones de las bolas empotrada o bien pasos de rosca 5, que se diseñan de manera adaptada a la geometría del husillo roscado 2. Un canal de retorno de las bolas 8 y los llamados casquillos de retorno 9 permiten la entrada y salida de bolas 3, 4 en o bien desde las recirculaciones de bolas. En el retorno de las bolas o bien la desviación de las bolas se elevan a través de insertos en la tuerca las bolas al final del paso de rosca completamente desde el husillo y se retornan a través de un casquillo de retorno. La figura 1 muestra, además, una pestaña 6, a través de la cual se puede fijar la tuerca de husillo para poder desviar las fuerzas que aparecen. El material para husillos como tuercas son aceros transformables en frío, que se transforman de acuerdo con el diseño del KGT en varias etapas de trabajo y se procesan por arranque de virutas. Las etapas de repaso como limpieza, tratamiento térmico tratamiento de la superficie (bonificación, endurecimiento) son previstas por un experto en la técnica de acuerdo con la especificación. La figura 2 muestra un cuerpo de tuerca de husillo 11 de acuerdo con la invención con dos escotaduras 15, 16 para la compensación del desequilibrio. El cuerpo de la tuerca de husillo presenta un contorno exterior esencialmente de forma cilíndrica con un taladro alargado axial, que aloja al menos parcialmente una rosca interior 12. Las escotaduras 13 y 14 marcan los fresados o bien escotaduras previstos para canales de retorno de las bolas en la tuerca de husillo. Aquí no se muestran eventuales insertos funcionales. El cuerpo de husillo a la derecha en la figura 2 se representa rotado axialmente alrededor de 180° frente a la figura 1. Las escotaduras 15, 16 se representan allí como ranuras con fondo plano, pero podrían fabricarse también en las variantes descritas anteriormente o también como cavidad unitaria. La característica 17 muestra la posición del punto de referencia descrito anteriormente, a partir del cual se desplazan o bien se pivotan las dos cavidades 15, 16, respectivamente, en el mismo valor angular.

Las figuras 3 y 4 ilustran la determinación del punto de referencia para la disposición de las superficies de compensación. La figura 3 muestra un cuerpo de tuerca de husillo 11 de forma cilíndrica con las escotaduras 13 y 14. La superficie envolvente cilíndrica 20 se puede desarrollar comenzando en una línea de separación 22 discrecional. La figura 4 muestra el estado de la superficie envolvente cilíndrica 24 desarrollada como superficie. Alrededor del área de las escotaduras 13, 14 se muestra la superficie envolvente 21. Sus líneas exteriores se seleccionan paralelas a las líneas exteriores de la superficie envolvente cilíndrica desarrollada. La característica 23 marca el punto medio superficial calculado geométricamente de la superficie envolvente, que se pivota a continuación, como se ha descrito anteriormente, para calcular el lugar de la superficie de compensación.

LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA

1 Tuerca de husillo

2 Husillo roscado

3. 4 Bola(s)

5 Recirculaciones de las bolas

6 Pestaña

7 Tornillo de bola

10 Superficie envolvente desarrollada

11 (Cuerpo) de la tuerca de husillo

12 Rosca interior de la tuerca de husillo

13, 14 Escotaduras para el canal de desviación de las bolas

15, 16 Escotadura(s) para la compensación del desequilibrio

17 Punto de referencia para el centro de la superficie de compensación

20 Superficie envolvente cilíndrica de la tuerca de husillo

21 Superficie envolvente

22 Línea de separación de la superficie envolvente cilíndrica 20

23 Punto medio de la superficie envolvente

24 Superficie envolvente cilíndrica 20 desarrollada

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Tronillo de bolas (7), con al menos un husillo roscado (2) y una tuerca de husillo (11), que presenta un contorno exterior esencialmente en forma de cilindro, con escotaduras (13, 14) para la incorporación de la desviación de las bolas y canal de desviación, caracterizado porque en la periferia exterior de la tuerca de husillo están previstas dos escotaduras planas (15, 16) en la superficie, que presentan la forma de un rectángulo o bien de un cuadrado con esquinas redondeadas o de un taladro alargado plano o de una ranura; y cuyo punto medio está dispuesto desplazado en el mismo valor angular en sentido horario y en sentido horario contrario con relación a un punto de referencia (17) a la misma altura en la superficie envolvente cilíndrica, en donde este punto de referencia está dispuesto está dispuesto articulado alrededor de 180° alrededor del eje medio longitudinal del cuerpo de la tuerca de husillo, con respecto al centro de gravedad de la superficie (23), que se define por una superficie envolvente (21) alrededor de las escotaduras (13, 14) para las desviaciones de las bolas.

2. Tornillo de bolas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las líneas exteriores de las escotaduras planas (15, 16) están dispuestas en el caso de un rectángulo de manera que las secciones rectas de la línea exterior de esta escotadura están paralelas o bien en ángulo recto al eje medio longitudinal de la tuerca de husillo (11).

3. Tornillo de bolas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque las escotaduras planas (15, 16) corresponden a un avellanado, cuya dilatación mínima en la superficie es mayor que la profundidad del avellanado.

4. Tornillo de bolas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las dimensiones longitudinales y transversales de las escotaduras plan as (15, 16) es al menos una vez, con preferencia al menos dos veces, de manera especialmente preferida un múltiplo de la profundidad de la escotadura.

5. Tornillo de bolas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la profundidad de las escotaduras (15, 16) sigue paralelamente a la superficie de la tuerca de husillo y la superficie del fondo de las escotaduras es de esta manera una parte de una superficie envolvente cilíndrica con radio constante con respecto al eje longitudinal de la tuerca de husillo.

6. Tornillo de bolas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las escotaduras (15, 16) presentan un fondo plano, que está alineado paralelo al eje medio del cuerpo de la tuerca de husillo.

7. Tornillo de bolas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el fondo de la escotadura plana (15, 16) tiene un borde circundante empotrado con respecto a la superficie envolvente cilíndrica (20) del cuerpo de la tuerca (11) o plano por secciones sin escalón marginal, en la superficie envolvente cilíndrica del cuerpo de la tuerca.

8. Tornillo de bolas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el fondo de las escotaduras planas presenta al menos dos planos escalonados, que forman esencialmente un embudo de forma escalonada.

9. Tornillo de bolas de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la profundidad de las escotaduras es desde pocas décimas de milímetro hasta pocos milímetros.

10. Procedimiento para la compensación del desequilibrio de un tornillo de bolas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque están previstas dos escotaduras planas en la superficie de la tuerca de husillo (11) en forma de un rectángulo con esquinas redondeadas o de un taladro alargado plano o de una ranura, en donde la disposición de la superficie de compensación se establece a través de las siguientes etapas:

• Determinación del centro de gravedad del área (23) de una superficie envolvente alrededor de las escotaduras para las desviaciones de las bolas,

• Articulación de este punto alrededor de 180° alrededor del eje medio longitudinal del cuerpo de la tuerca de husillo.

• Determinación como punto de referencia (17).

• Realización de dos escotaduras planas (15, 16) dispuestas desplazadas con el mismo valor angular lateralmente en sentido horario y en sentido horario contrario a la misma altura en la superficie envolvente cilíndrica, pivotadas simétricamente con respecto al punto de referencia.