Contents
Screw Jack
Basics
1. What is a Screw Jack?
A Screw Jack, also known as a jackscrew, is a mechanical device that converts rotational motion into linear motion. It's often used in various applications to lift, lower, or move objects horizontally.
The core components of a Screw Jack typically include a steel spindle (a long rod with a threaded shaft) and a nut made of bronze, cast iron, or plastic (a matching threaded section). When the spindle is rotated, the nut moves along the spindle. Conversely, if the nut is rotated, the spindle extends or retracts. This results in a linear motion that can be used to lift or lower loads or move objects.
2. Difference: Classic vs. Cubic
Classic Screw Jacks and Cubic Screw Jacks are equipped with a worm gear. They differ as follows:
Classic Screw Jack
In a Classic Screw Jack, the housing is designed to mimic the geometry of the worm gear. Its function generally aligns with linear drive technology systems but differs from other gearbox types due to its cast housing base plate.
Cubic Screw Jack
In a Cubic Screw Jack, the worm gear is housed in a cube-shaped casing. This design allows for flexible adaptation to various attachments such as motor mounts, mounting feet, or other additional attachment points on the cubic housing.
The main difference between these two types of Screw Jacks lies in the shape of the housing. It could be considered a matter of design philosophy. However, specific applications will reveal corresponding advantages and disadvantages for each design. The choice depends on the requirements of your application.
Important for designers to know: In the Classic design, the integrated mounting plate allows for the attachment screws to be inserted from above into your construction. In contrast, the Cubic design typically allows for mounting only from below. However, with the use of mounting feet, the mounting holes can be relocated outward, providing significantly more attachment options due to its cubic shape. In the food processing industry, the cubic shape is advantageous due to its smooth and easy-to-clean surface. A sand-cast housing without contours is an effective way to prevent dirt accumulation.
In the field of Screw Jacks, there are generally two different versions: 'basic version' and 'traveling nut version.'
Screw Jack extending
3. Difference: Basic Version vs. Traveling Nut Version
Basic Version
(also known as 'version with translational spindle')
In a basic version, the 'nut' is the worm gear within the gearbox housing. The rotational movement of the worm gear moves the spindle up or down. It's crucial to secure the spindle against twisting, as otherwise, the spindle would rotate with the worm gear and not perform the axial movement.
Traveling Nut Version
(also known as 'version with rotating spindle')
a
In a traveling nut version, the nut performs the axial movement while the spindle performs the rotational movement. The spindle and worm gear are securely connected through a keyway, and no axial movement occurs between these parts.
4. Axial vs. Rotational Movement
5. When should I choose a basic version?
A basic version makes sense when there is enough space to store the spindle behind the housing and when the space in front of the housing is needed after the retraction stroke. The spindle is no longer 'in the way' for any components that need to be moved.
6. When should I choose a traveling nut version?
The traveling nut version allows for high variability in the nut geometry since it doesn't need to be housed within the casing. The worm gear is only responsible for the fixed bearing and rotational movement, allowing for larger spindles to be used outside the casing. Additionally, no space is needed behind the casing, which can be particularly useful for applications on a factory floor.
7. When are Screw Jacks a good choice?
Screw Jacks excel in the safe adjustment of loads. Their integrated reduction stages allow the use of standard three-phase motors. In terms of overall energy efficiency, Screw Jacks perform well because they don't consume energy when at a standstill.
8. When are Screw Jacks a poor choice?
High speeds and high duty cycles (i.e., the time per hour that the Screw Jacks are in operation) are either not achievable or require significant effort. Only bevel gear Screw Jacks (High-Speed Screw Jacks) are suitable for high speeds over 50 mm/s, but they often lose the advantage of self-locking.
9. This is what a Screw Jack looks like on the inside
GROB GmbH Antriebstechnik
10. Pro and Cons
Cons
✘ Speed limitation: In many cases, Screw Jacks are slower than other movement systems, which can be problematic in high-speed applications.
✘ Complexity: The design and installation of Screw Jacks can be complex and often require specialized knowledge.
✘ Maintenance: Screw Jacks require regular maintenance to ensure optimal performance and longevity.
✘ Cost: High-quality Screw Jacks can be expensive, especially if they are custom-made.
Pros
✔ Precise movement control: Screw Jacks provide precise control of linear motion, which is crucial in applications where accuracy is important.
✔ High load capacity: Screw Jacks can lift or move heavy loads, making them ideal for high-load applications.
✔ Energy efficiency: They can transmit energy efficiently, resulting in energy savings and lower operating costs.
✔ Versatility: There are various types of Screw Jacks, such as Spindle Screw Jacks, Worm Gear Screw Jacks, and High-Speed Screw Jacks, suitable for different applications.
✔ Long lifespan: Well-maintained Screw Jacks can have a long service life, making them cost-efficient.
FAQs about Screw Jacks
Un elevador de husillo es la combinación de un husillo con una tuerca (engranaje helicoidal o tuerca móvil), que mediante un engranaje helicoidal convierte un movimiento de giro en un movimiento lineal.
Versión básica: El husillo realiza él mismo el movimiento axial.
Versión traslación tuerca: El husillo permanece fijo en el espacio y gira; sobre él, la tuerca se desplaza hacia arriba y hacia abajo.
- Cúbico y Clásico: solo diferencias externas. Cuestión de preferencia; los datos de rendimiento son prácticamente idénticos.
- HMC: estándar hasta 3,000 1/min en la entrada, con llenado de aceite y aletas de enfriamiento; capacidad dinámica significativamente mayor.
- KH: alta dinámica explícita; la capacidad de carga se reduce a un máximo de 90 kN.
Los codificadores pueden montarse en el motor o en el eje motriz para una supervisión permanente.
Si solo se trata de las posiciones finales, los finales de carrera pueden detectar las posiciones deseadas.
En los cilindros de elevación, también usamos frecuentemente potenciómetros, que devuelven un valor de resistencia que el controlador puede leer.
Evita cualquier movimiento de giro del husillo. Si un husillo de traslación realizara un movimiento de rotación, ya no sería posible un movimiento lineal.
Del lado del cliente: el cliente guía la carga, evitando que ésta gire. Si el husillo se fija directamente a la carga, tampoco podrá girar.
Del lado del reductor (el producto cuenta con anti-rotación): utilizamos ya sea una ranura a lo largo de todo el husillo con una chaveta como contraparte, o, alternativamente, se puede atornillar un bloque cuadrado en la parte trasera del husillo y el tubo protección se fabrica como tubo cuadrado.
La confusión a veces surge porque en ambos casos hay un elemento adicional en la parte trasera del husillo.
- El seguro contra giro es simplemente un anillo en la rosca que evita que el husillo se salga.
- El seguro contra torsión además impide que el husillo gire sobre su eje.
La indicación "20% de ciclo de trabajo por hora" siempre debe considerarse en relación con una determinada potencia de entrada en la caja de engranajes. Si se utiliza por debajo del valor de potencia permitido, se genera menos calor y la caja de engranajes necesita menos tiempo para enfriarse. De esta manera, es posible superar el 20% de ciclo de trabajo.
Sí, los elevadores de husillo pueden fabricarse completamente en acero inoxidable y equiparse con grasa apta para alimentos según la certificación H1.
La carcasa es de fundición a presión de aluminio o de hierro gris; el husillo, el tubo protección y el eje motriz son de acero; la rueda dentada o la tuerca portante son de una aleación de bronce. Además, existen muchas variantes.
Sí, mediante bridas para motor se pueden montar de manera flexible motores o motores con reductor. Usted decide si proporciona el motor o si GROB se encarga de ello.
Sí. Un elevador de husillo se puede accionar con cualquier actuador rotativo, ya sea eléctrico, mecánico o manual.
En cargas de compresión, el factor limitante suele ser el pandeo. En cargas de tracción, depende de la disponibilidad del material en bruto (barras comercialmente disponibles hasta 6 m) o de la velocidad crítica de pandeo (en la versión traslación tuerca). Si se requieren carreras mayores, el husillo también puede fabricarse en varias secciones.
En aplicaciones con altos requisitos de seguridad, a veces se requieren dos mecanismos de retención que actúen de manera independiente. Esto puede ser la auto-retención dinámica + freno del motor, o un freno doble independiente en el motor trifásico.
Sí. Los tipos de voltaje más comunes son 24 VDC / 230 VAC / 400 VAC. Otros voltajes en corriente continua y corriente alterna están disponibles bajo solicitud.
Un motor trifásico gira en función de la frecuencia de la red. A mayor frecuencia, mayor velocidad de giro.
La velocidad nominal a 50 Hz es:
- Motor de 2 polos: 3000 rpm
- Motor de 4 polos: 1500 rpm
- Motor de 6 polos: 1000 rpm
- Motor de 8 polos: 750 rpm
Grasa lubricante de clase NLGI 1 o 2, adecuada para cojinetes deslizantes y de rodamiento sometidos a altas cargas. Se debe tener en cuenta la compatibilidad con el lubricante existente, considerando si la grasa es de base mineral o sintética.
Depende del ciclo de operación y de las condiciones de uso. Por lo general, se recomienda cada 500 carreras dobles.
La cantidad de lubricante depende del tamaño de construcción y del tipo de elevador de husillo. Los datos correspondientes se encuentran en nuestro catálogo completo. Aquí como ejemplo, para nuestros elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)
0 – 6,000 mm en el rango estándar. También son posibles longitudes superiores a 6 m para aplicaciones especiales, pero con un husillo de varias piezas. Las graduaciones pueden realizarse en el rango de milímetros.
Lubricación con grasa en la caja de engranajes: hasta 1500 rpm; >1500 rpm hasta 3000 rpm, lubricación con grasa fluida o aceite.
Se pueden montar finales de carrera mecánicos, magnéticos o inductivos. También es posible preparar el equipo para sensores propios. Tenga en cuenta que no es posible implementar un corte de posición final en elevadores de husillo en versión traslación tuerca.
Para esto, hay un resumen detallado al inicio de cada capítulo de elevadores de husillo en nuestro catálogo. Aquí como ejemplo, los elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)
En los elevadores de husillo lubricados con grasa, la posición de montaje se puede elegir libremente. En los elevadores lubricados con aceite, se debe tener en cuenta la orientación del respiradero.
No se debe superar la carga nominal indicada por el fabricante. Sin embargo, los elevadores de husillo cuentan con factores de seguridad de 1,5 a 2,5 sobre la carga nominal.
Es posible a corto plazo; sin embargo, esto provoca una reducción de la vida útil por encima del promedio.
Sí, para elevadores de husillo con husillo de bolas o husillos de rodillos se puede calcular la vida útil. En los husillos trapezoidales, no es posible realizar un cálculo de la vida útil.
La potencia necesaria depende de la carga y de la velocidad de elevación. Para el accionamiento se recomienda un margen del 30 % sobre la potencia requerida. El elevador de husillo debe operarse dentro de los parámetros máximos indicados, que dependen de la versión y del tamaño. Como ejemplo, aquí encontrará los límites de potencia para los elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)
La medida de seguridad puede ampliarse o reducirse. En caso de reducción, es imprescindible asegurarse durante el funcionamiento de la instalación que en ningún caso se produzca un recorrido en bloqueo.
El término bloqueo de carrera describe el movimiento del elevador hasta un tope fijo. En este caso, el elemento de elevación queda “bloqueado” por la pieza fija de contraparte.
El elemento de accionamiento, normalmente un motor trifásico, no se detiene automáticamente, sino que debe recibir una señal para apagarse. Esta señal puede generarse mediante interruptores de fin de carrera, codificadores, potenciómetros u otros componentes de supervisión de posición.
Los accionamientos mecánicos son muy sensibles a movimientos contra topes fijos. Dependiendo de la fuerza del motor, un recorrido en bloqueo generalmente provoca daños en el sistema husillo-tuerca.
Los husillos de bolas son recomendables cuando:
- La potencia requerida es demasiado alta en combinación con husillos trapezoidales
- Se desea una mayor velocidad de elevación
- Se requiere una mayor precisión
El juego axial de un husillo trapezoidal suele estar entre 0,1 y 0,3 mm. Cuando el juego axial alcanza 1/4 del perfil trapezoidal, se recomienda reemplazar la tuerca trapezoidal.
Aunque las fuerzas laterales reducen considerablemente la vida útil de los elevadores de husillo, dentro de ciertos límites es posible soportarlas. Encontrará una base correspondiente aquí: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)
Screw Drives: Trapezoidal Screw vs. Ball Screw - GROB GmbH chevron_rightEl husillo fijo genera el movimiento relativo mediante la rueda dentada giratoria, mientras que el husillo giratorio genera el movimiento relativo para la tuerca móvil. Las ventajas y desventajas dependen de las limitaciones de espacio de su sistema de elevación.
Sí, cada tamaño de construcción (independientemente del tipo de elevador de husillo) proporciona 2 etapas de reducción (→ Normal y Lento). La excepción son los elevadores de husillo con engranaje cónico, donde las relaciones de transmisión posibles son 1:1, 2:1 y 3:1.
La extensión del husillo define una medida que, en estado retraído, proporciona una longitud adicional respecto al estándar.
Ejemplo: necesita un movimiento de elevación efectivo de solo 100 mm, pero hay que cubrir 400 mm entre el inicio del movimiento y la caja de engranajes. Entonces se alarga el husillo 400 mm, y al extenderlo, se alcanza un total de 500 mm.
Sí, la protección adecuada se puede lograr mediante pintura o materiales resistentes a la corrosión.
Sí, la función de "elevar" y "mover" se puede realizar con cualquier elemento de elevación mecánico.
Esta versión utiliza un tubo adicional para proteger el husillo, que se monta sobre la tuerca portante. La versión con tubo de empuje describe así un cilindro de elevación basado en un elevador de husillo modificado.
Los siguientes casos requieren necesariamente una versión con aceite:
- Uso en áreas con riesgo de explosión por gas. Se exige obligatoriamente un cuestionario ATEX.
- Velocidad de entrada en el eje motriz de 1,500 a 3,000 1/min.
La tuerca de seguridad normalmente se desplaza sin carga junto con la tuerca portante. Si la tuerca portante se rompe, la tuerca de seguridad soporta la carga. Esto permite realizar un último desplazamiento para poner fuera de servicio la instalación. Además, la tuerca de seguridad también se utiliza como tuerca de referencia para medir el desgaste.
El husillo se puede proteger mediante fuelle o resorte helicoidal.
- Puente electrónico: Si cada elemento de elevación de la instalación se acciona con un motor, se puede crear un puente electrónico mediante codificadores.
- Elementos de conexión mecánicos: Más seguros y económicos son los ejes de conexión y los reenvíos a ángulo, que pueden conectar todos los elementos de elevación de una instalación entre sí.
Un seguro de giro (AS) evita que el husillo de elevación se salga accidentalmente en la versión básica. No está diseñado como tope mecánico.
Sí, los elevadores de husillo y los cilindros eléctricos MINI pueden utilizarse dentro de ciertos límites en zonas ATEX.
Para el extremo del husillo, el programa estándar ofrece las siguientes opciones:
- Extremo roscado
- Cabeza articulada
- Cabeza de rótula
- Placa de brida
- Placa de brida con cojinete
- Pivote
Las dimensiones correspondientes se pueden consultar en el Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)
- Los reductores estándar con husillo trapezoidal estándar alcanzan entre 25% y 35% de eficiencia.
- Si se aumenta el paso, la rosca resbala más fácilmente, lo que incrementa la eficiencia.
- La combinación con husillo de bolas puede alcanzar hasta un 50% de eficiencia.
- La mejor combinación: elevador de husillo con engranaje cónico y husillo de bolas, alcanzando más del 80%.
En la versión traslación tuerca, solo cambian las dimensiones de conexión de la tuerca. En la versión básica con husillo de bolas, puede ocurrir que la tapa del cojinete se diseñe más alta para alojar la tuerca de bolas dentro del husillo.
Sí, los husillos roscados también pueden fabricarse en acero inoxidable.
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