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Tipos de husillos de bolas de alta precisión
1. Tuercas de husillos de bolas: formas y características
Los husillos de bolas están compuestos por un husillo (tornillo) y una tuerca de bolas. Dependiendo del diseño de la tuerca, se pueden priorizar distintos aspectos: construcción compacta, alta rigidez, montaje sencillo, velocidades de giro muy altas o funcionamiento especialmente silencioso. La geometría de la tuerca influye, entre otros factores, en cómo se monta y se fija, en la capacidad de absorción de cargas y en los conceptos de máquina en los que puede integrarse de forma óptima.
A continuación se explican con más detalle las tres diferentes geometrías o tipos de tuerca.
1.1 Tuerca de brida simple
Una tuerca de brida simple es una tuerca de husillo de bolas con una sola brida. Se puede imaginar como un cilindro grueso con un “plato” en uno de sus lados:
- Cilindro: aquí se encuentran la rosca del husillo y las bolas.
- Brida (“plato”): se atornilla a una placa base, a un carro o a una parte de la máquina.
La brida suele tener varios orificios pasantes o roscados para tornillos. A través de esta brida, la tuerca se fija firmemente a la máquina. El husillo gira o se desplaza hacia adelante y hacia atrás, y la tuerca transmite ese movimiento convirtiéndolo en un movimiento lineal del carro. En el interior de la tuerca hay bolas que ruedan entre la rosca del husillo y la pista de rodadura de la tuerca. Cuando las bolas llegan al final de su recorrido en la rosca, se redirigen mediante un sistema de recirculación (que varía según el tipo) y vuelven al inicio, moviéndose en un circuito continuo.
Razones para utilizar una tuerca de brida simple
¿Cuándo es una tuerca de brida simple la opción adecuada para mí?
Para elegirla, puede plantearse, de forma general, las siguientes preguntas:
✓ Sí, la tuerca de brida simple es una muy buena opción.
✘ No, quiero un apoyo por ambos lados o una pretensión muy rígida → conviene considerar una tuerca de doble brida.
✓ Sí, la tuerca de brida simple es adecuada, ya que la brida solo ocupa espacio en un lado.
✘ No, tengo poco espacio alrededor → en ese caso, una tuerca cilíndrica en una carcasa podría ser más adecuada.
✓ Sí: una tuerca de brida simple suele ser completamente suficiente.
✘ No, hay fuerzas muy altas, alta rigidez o se requiere pretensión → en ese caso conviene considerar una tuerca de doble brida o versiones especiales para cargas pesadas.
✓ Sí, la tuerca de brida simple suele ser la primera y más económica opción.
1.2 Tuerca de doble brida
Una tuerca de doble brida es una tuerca de husillo de bolas de tipo “doble fila” con un plano de brida común. Puede imaginarse nuevamente el cilindro con brida - como en la tuerca de brida simple - pero con un cuerpo de tuerca más largo. Gracias a esta mayor longitud, más bolas están en contacto, lo que aumenta la capacidad de carga y la rigidez.
- Cilindro largo: aquí se encuentran la rosca y las bolas.
- La brida: sirve para la fijación y el apoyo.
La tuerca puede fijarse, apoyarse o pretensarse por ambos lados mediante su brida y la superficie cilíndrica de apoyo. Esto la hace especialmente rígida y adecuada para aplicaciones con mayores exigencias.
El funcionamiento interno es el mismo que en una tuerca de brida simple. La diferencia radica en la conexión mecánica: gracias al cuerpo de tuerca más largo con brida, pueden transmitirse fuerzas más elevadas y transferirse con mayor rigidez al bastidor de la máquina o a los soportes de rodamientos. Por ejemplo, la tuerca puede colocarse entre dos superficies de apoyo o montarse con tornillos aplicando pretensión. De esta manera se obtiene un montaje muy rígido y prácticamente libre de juego de la tuerca dentro del sistema.
Razones para utilizar una tuerca de doble brida
¿Cuándo es una tuerca de doble brida la opción adecuada para mí?
Para elegirla, puede plantearse, de forma general, las siguientes preguntas:
✓ Sí, el eje debe deformarse lo menos posible bajo carga → se recomienda una tuerca de doble brida.
✘ No, quiero un apoyo por ambos lados o una pretensión muy rígida → conviene considerar una tuerca de doble brida.
✓ Sí, la tuerca de doble brida es ideal, por ejemplo, para montaje entre dos placas de soporte o en un bloque de carcasa.
✘ No, una fijación por un solo lado es suficiente → tuerca de brida simple.
✓ Sí, una tuerca de brida simple suele ser completamente suficiente.
✘ No, hay fuerzas muy altas, alta rigidez o se requiere pretensión → en ese caso conviene considerar una tuerca de doble brida o versiones especiales para cargas pesadas.
✓ Sí, normalmente se utiliza una tuerca de doble brida con una interfaz adecuada para el motor.
✘ No, bastan las tuercas de brida clásicas sin accionamiento.
1.3 Tuerca cilíndrica
Una tuerca cilíndrica es una tuerca de husillo de bolas sin bridas - simplemente un “cilindro”. La tuerca cilíndrica se guía directamente en un orificio, manguito o carcasa. Es especialmente compacta y adecuada para espacios de instalación reducidos. El funcionamiento interno es idéntico al de las tuercas de brida, aunque normalmente se sujeta mediante ajuste de tolerancia dentro de la carcasa y no mediante tornillos en una brida.
Razones para utilizar una tuerca cilíndrica
¿Cuándo es una tuerca cilíndrica la opción adecuada para mí?
Para elegirla, puede plantearse, de forma general, las siguientes preguntas:
✓ Sí, la tuerca cilíndrica es ideal.
✘ No, también se pueden utilizar tuercas de brida.
✘ No, una tuerca cilíndrica es suficiente.
✓ Sí, es preferible una tuerca de doble brida.
✘ No, una tuerca cilíndrica es suficiente.
✓ Sí, es mejor utilizar una tuerca de brida (preferentemente de doble brida).
✓ Sí, la tuerca cilíndrica es adecuada para ello.
✘ No, en este caso son más adecuadas las tuercas de brida simple o doble brida.
2. Sistemas de recirculación y desviación
Los sistemas de recirculación y desviación aseguran que las bolas dentro de un husillo de bolas puedan circular continuamente, en lugar de simplemente salir por el frente de la tuerca. Las bolas transmiten la carga entre el husillo y la tuerca y, después de recorrer las pistas de la rosca, deben regresar nuevamente al punto de inicio — precisamente esta función la realiza el sistema de recirculación.
Dependiendo del diseño, se diferencian dos aspectos:
- Dónde se realiza el retorno de las bolas (dentro de la tuerca, mediante tapas finales, mediante tubos externos, etc.).
- Cómo está diseñada la pista de rodadura (para diseños compactos, altas velocidades, aplicaciones de alta carga, grandes recorridos, etc.).
Por ello existen distintos sistemas de recirculación y desviación. Algunos son especialmente compactos y adecuados para espacios reducidos. Otros están optimizados para altas velocidades de desplazamiento y movimientos suaves. Otros están diseñados para soportar fuerzas muy elevadas y aplicaciones de servicio pesado.
Aspectos a considerar en el diseño:
En el extremo del eje del husillo de bolas debe existir al menos una rosca completa. El diámetro del eje en este extremo debe ser menor que el diámetro del núcleo de la pista de rodadura, de modo que la tuerca pueda montarse sin problemas. Si existen requisitos especiales, después del montaje del husillo y la tuerca se puede colocar adicionalmente un manguito en el eje.
2.1 Recirculación interna
En la recirculación interna (designaciones: FEIG, FDIG, DEIG, DDIG), las bolas circulan dentro de la tuerca. Los elementos de desviación se encuentran en el contorno de la tuerca y generalmente no sobresalen hacia el exterior. En el interior de la tuerca hay una placa guía que dirige las bolas fuera de la rosca, las redirige y las introduce nuevamente en otra pista de la rosca.
Estructura de la recirculación interna
Características típicas
Adaptable
La recirculación interna garantiza un funcionamiento estable y confiable en movimientos de vaivén lentos, rápidos y frecuentes sobre distancias cortas.
Diámetro exterior pequeño
El diámetro exterior de la tuerca es reducido, lo que la hace adecuada para pares de husillo de bolas con pasos de rosca pequeños. El valor límite DN es de 70000.
Mejor suavidad de movimiento
Gracias a la guía controlada de las bolas mediante la placa guía, se reducen los puntos de impacto y los cambios de dirección se realizan de forma más suave.
Recirculación interna: tamaños
2.2 Recirculación por tapas finales
En la recirculación por tapas finales (designaciones: FEEG, FDEG, DEEG, FEEH), las bolas se desvían al final de la pista de rodadura de la tuerca mediante tapas finales. Las bolas ruedan a través de la rosca de bolas entre el husillo y la tuerca. Al final de la tuerca, las bolas llegan a una tapa final — un componente en la parte frontal de la tuerca con canales especiales. Allí, un canal de retorno de diseño suave guía las bolas alrededor de la rosca. Posteriormente, regresan al inicio de la siguiente pista de rosca. De esta forma se crea un circuito cerrado de bolas, sin que estas salgan de la tuerca.
De forma ilustrativa, se puede imaginar como un mini metro subterráneo que en la estación final entra en un túnel para regresar nuevamente a la vía del otro lado.
Estructura de la recirculación por tapas finales
Características típicas
Bajo nivel de ruido
Gracias al diseño suave y aerodinámico del sistema de retorno, se reducen significativamente los ruidos de impacto de las bolas de acero.
Alta velocidad
El diseño preciso de las tapas finales y el material de recirculación robusto permiten alcanzar velocidades de giro muy altas, con valores DN de hasta 180,000.
Compacto y ligero
Gracias al diseño con tapas finales, la forma total de la tuerca puede ser entre un 18 y 30% más compacta en comparación con sistemas de recirculación convencionales.
Recirculación por tapas finales: tamaños
2.3 Tuerca de brida simple con paso elevado
Este tipo de recirculación (designación: FEEU) utiliza pistas de rosca de uno o varios filetes con un paso de rosca muy grande. De este modo, la tuerca recorre una distancia axial especialmente grande por cada revolución del husillo. En este tipo de recirculación, el paso suele corresponder aproximadamente entre 1 y 2 veces el diámetro del husillo. Esto da lugar a un sistema diseñado para altas velocidades de desplazamiento.
Las bolas circulan, como en una tuerca de brida simple convencional, a través del sistema interno de recirculación para regresar a la pista de rodadura - la diferencia no está en el tipo de recirculación, sino en la geometría de la pista de rodadura y en el paso de la rosca.
Tamaño FEEU
Características típicas
Velocidad de desplazamiento
Gracias al gran paso por revolución, el eje puede desplazarse mucho más rápido con la misma velocidad de giro.
Reducción de temperatura
Como la tuerca recorre una distancia mucho mayor por revolución, el husillo necesita menos velocidad de giro para alcanzar la misma velocidad de avance. El valor límite DN es de 100,000.
Grandes pasos de rosca
Los husillos de bolas clásicos difícilmente pueden lograr pasos tan grandes por limitaciones constructivas. Este tipo de tuerca está especialmente diseñado para ello, incluyendo pistas de rosca y geometrías de recirculación adecuadamente optimizadas.
2.3 Recirculación por tubo
En la recirculación por tubo (designaciones: FEZG, FDZG, FEVG, FDVG), las bolas se recirculan fuera de la tuerca mediante un tubo curvado. Las bolas ruedan en la rosca entre el husillo y la tuerca. Al final de la pista de carga, las bolas salen de la ranura y entran en un tubo de retorno circular. Este tubo conduce las bolas por el exterior del cuerpo de la tuerca. En el otro extremo, las bolas vuelven a introducirse en la pista de la rosca. El tubo de retorno suele estar colocado lateralmente o en la parte superior de la tuerca - fácilmente reconocible como un bucle curvado característico. El valor límite DN es de 100,000.
Recirculación por tubo
Características típicas
Alta flexibilidad de combinación
La recirculación por tubo puede adaptarse fácilmente a diferentes diámetros de husillo, pasos de rosca y número de hileras de bolas.
Amplio rango de aplicaciones
Como el retorno se encuentra en el exterior, también se pueden diseñar cuerpos de tuerca de mayor volumen o más complejos, sin limitar la recirculación interna.
Filetes de rosca
Ambos extremos de la pista de rosca del husillo pueden diseñarse como “dientes incompletos”. Esto significa que el husillo no necesariamente debe tener un filete de rosca completo, ya que la recirculación compensa el final de la trayectoria de todos modos.
Recirculación por tubo: tamaños
2.4 Programa de cargas pesadas
En el programa de cargas pesadas (designación: FEKS), un elemento de recirculación desvía las bolas fuera de la rosca cuando estas llegan al final de un filete de rosca. A diferencia de la recirculación por tubo clásica, el tubo de retorno no está montado en el exterior de la tuerca, sino integrado dentro de la misma. Los canales de retorno se encuentran dentro del cuerpo de la tuerca y no se colocan externamente.
Aunque se trata de un sistema para cargas pesadas, la geometría suave de recirculación permite altas velocidades de giro, con valores DN impresionantes de hasta 150,000.
Representación de la pista de rodadura de la bola parcial de las series estándar y de alta velocidad FEKS del husillo de bolas de alto rendimiento
Características típicas
Capacidad de carga maximizada
Gracias a una forma optimizada de la pista de rodadura, un ángulo de contacto ideal y pasos de rosca adaptados al diámetro de las bolas, el programa de servicio pesado alcanza capacidades de carga especialmente altas.
Alta velocidad
La recirculación optimizada del sistema de alto rendimiento FEKS permite velocidades de hasta 150,000 DN, con un nivel de ruido de funcionamiento significativamente reducido.
Larga vida útil
Los husillos están fabricados con aceros importados de alta calidad, cuyos filetes de rosca se endurecen completamente por inducción. Las tuercas, fabricadas en acero especial cementado, reciben mediante cementación al vacío una pista de rodadura uniformemente endurecida.
Tamaño FEKS
2.5 Tuerca de brida motorizada
En la tuerca de brida motorizada (designaciones: FEIR, FDIR), el husillo no gira; solo la tuerca se mueve linealmente. La tuerca está conectada a un accionamiento propio (por ejemplo, un motor eléctrico o un reductor). En este caso, el husillo permanece fijo en dirección axial y solo puede girar si es arrastrado por la tuerca.
Al accionar la tuerca en lugar del husillo, se transmite el movimiento de las bolas sin necesidad de que el husillo gire a altas velocidades. Esto permite lograr una transmisión de alta velocidad, incluso en husillos extremadamente largos.
Tamaño FDIR
Características típicas
Transmisión de alta velocidad
Las aplicaciones con recorridos largos pueden implementarse sin alcanzar la velocidad límite de giro del husillo.
Accionamiento de varias tuercas
Se pueden instalar varias tuercas en el mismo husillo al mismo tiempo. Cada tuerca puede ser accionada por su propio motor.
Diseño sencillo del husillo
El husillo no necesita estar montado para girar → no se requieren rodamientos de soporte. El extremo del husillo es más fácil de diseñar: al menos un extremo con un filete de rosca completo y, si es necesario, un manguito de eje después del montaje.
3. Visión general
Finalmente, se puede afirmar que la elección del tipo correcto de recirculación es decisiva para el rendimiento, la precisión y la vida útil de una tuerca de husillo de bolas. Dependiendo de los requisitos, se utilizan diferentes soluciones. A continuación, un breve resumen:
- Recirculación interna: solución estándar, ahorra espacio, para cargas y velocidades medias.
- Recirculación por tapas finales: construcción sencilla, adecuada para cargas moderadas y condiciones de montaje compactas.
- Tuerca de brida simple con paso elevado: alta velocidad de avance con baja carga.
- Recirculación por tubo: alta precisión y suavidad de movimiento, ideal para aplicaciones sensibles.
- Programa de cargas pesadas: máxima capacidad de carga, fiable incluso bajo grandes esfuerzos.
- Tuerca de brida motorizada: combinación de precisión de posicionamiento y transmisión directa de fuerza, por ejemplo en sistemas automatizados.
Preguntas frecuentas
Este tipo de husillos de bolas se fabrica con un juego axial reducido y alta precisión dimensional. Por ello, se pueden utilizar en centros de mecanizado u otras instalaciones que requieren gran exactitud.
Los husillos de bolas de alta precisión tienen tolerancias más ajustadas, menos juego y mayor rigidez. Son adecuados para tareas de posicionamiento exacto, mientras que los husillos estándar se usan más para movimientos simples de avance y transporte.
Las clases más comunes son de C7 a C1. C3–C1 se utilizan para posicionamiento, mientras que C7–C5 son para transporte. Lo determinante son sus requisitos respecto a la longitud del husillo, el juego, la repetibilidad y la carga.
Los tipos de posicionamiento están precargados (con poco juego), mientras que los tipos de transporte tienen juego y son más sencillos, pero no aptos para movimientos precisos. La alta precisión también se refleja en el precio de adquisición.
La precarga elimina el juego, aumentando la rigidez y la precisión. Es importante en tareas de posicionamiento y menos relevante en aplicaciones de transporte.
Laminado: deformado en frío, económico, precisión media.
Rectificado: mecanizado por arranque de viruta, muy preciso.
Torneado en espiral: formado por arranque de material, más rápido que la versión rectificada y más preciso que la laminada.
Los tipos de alta carga tienen pistas robustas y bolas grandes. Los tipos de alta velocidad emplean pasos mayores y recirculaciones especiales.
Diámetros de husillo de 4 a 300 mm, pasos de 1 a 80 mm, longitudes de hasta 12 000 mm (de una sola pieza) y hasta 22 000 mm (unidas en varias secciones).
En los husillos: acero especial endurecido por inducción. En las tuercas: acero cementado al vacío. Garantiza durabilidad y capacidad de carga.
La vida útil se puede calcular teóricamente, basándose en el cálculo de vida de los rodamientos. Está influenciada por la velocidad de giro, la capacidad de carga y la fuerza axial.
DN = diámetro × velocidad de giro. Con esta fórmula se puede calcular la velocidad máxima de la tuerca.
Diferentes recirculaciones (internas, externas), formas de brida, tuercas múltiples, versiones compactas y roscas especiales.
Sí, existen tuercas simples, dobles y especiales. El reemplazo suele ser sencillo con piezas estándar, mientras que con formas especiales es posible pero con ciertas limitaciones.
Generalmente mediante orificios de lubricación para aceite o grasa. Una lubricación regular es importante para la vida útil y un funcionamiento suave.
Se deben evitar completamente las fuerzas laterales. No debe producirse una sobredeterminación debido al soporte del husillo. El (des)montaje de la tuerca siempre debe realizarse con un casquillo; de lo contrario, las bolas pueden salir de la tuerca.
Sí. Existen husillos de bolas miniatura y versiones compactas con diámetro exterior reducido y tuerca acortada, ideales para espacios de instalación reducidos.
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