Los husillos de bolas, como componentes centrales de los sistemas de transmisión de precisión, impactan directamente en la precisión de los sistemas mecánicos a través de su estabilidad operativa. Este artículo aborda tres categorías principales de problemas típicos: holgura excesiva, movimiento errático y fallo de componentes, proporcionando información técnica sobre sus causas y soluciones.
I. Problemas de holgura excesiva
1. Precarga insuficiente
Causa: La falta de precarga o una precarga inadecuada provoca el deslizamiento de la tuerca debido al peso propio en instalaciones verticales, lo que resulta en una holgura significativa en condiciones sin carga.
Análisis: Los husillos de bolas sin precarga pueden exhibir una holgura que supera los 0,05 mm, lo que compromete la precisión de posicionamiento y limita su uso a aplicaciones de baja carga y baja precisión.
Soluciones:
▶ Aplicar una precarga equivalente al 1–3% de la carga dinámica nominal utilizando una precarga de doble tuerca o de resorte;
▶ Elegir estructuras de una sola tuerca con precarga incorporada (clase de precisión C5 o superior) para escenarios de alta precisión.
2. Deflexión torsional excesiva
Causa: Tratamiento térmico inadecuado (dureza insuficiente, distribución desigual de la dureza o material blando) o una relación longitud-diámetro (L/D) excesivamente alta (L/D > 70) que reduce la rigidez.
Análisis: Una relación L/D que supera los 70 puede causar que el husillo se combe debido al peso propio, lo que provoca una desalineación de la tuerca y un aumento de la holgura; la dureza del material por debajo del estándar acelera el desgaste.
Soluciones:
▶ Mantener L/D ≤ 60 y utilizar soportes fijos de doble extremo (en lugar de soportes de un solo lado) para cargas pesadas;
▶ Seleccionar acero aleado de alta resistencia (por ejemplo, SUJ2) y asegurar que el tratamiento térmico cumpla con los estándares de dureza de la industria (bola: HRC 62–66, tuerca: HRC 58–62, husillo: HRC 56–62).
3. Selección e instalación inadecuadas de los rodamientos
Causa: Uso de rodamientos rígidos de bolas en lugar de rodamientos de contacto angular, o desalineación durante la instalación de los rodamientos (error de perpendicularidad > 0,02 mm/m).
Análisis: Los rodamientos rígidos de bolas no pueden soportar cargas axiales, lo que provoca juego axial; la inclinación del rodamiento conduce a variaciones periódicas de la holgura.
Soluciones:
▶ Priorizar los rodamientos de contacto angular con un ángulo de contacto de 60° (por ejemplo, serie 7000), instalados espalda con espalda;
▶ Asegurar la perpendicularidad del asiento del rodamiento al resalte del husillo dentro de una tolerancia de 0,01 mm durante el mecanizado, utilizando contratuercas dobles para evitar el aflojamiento.
4. Rigidez de soporte inadecuada
Causa: Materiales de paredes delgadas o de baja resistencia (por ejemplo, fundición de hierro en lugar de acero) para los asientos de la tuerca o del rodamiento.
Análisis: La deformación elástica bajo carga desplaza el eje del husillo, aumentando efectivamente la holgura.
Soluciones:
▶ Aumentar el grosor de la pared del soporte (recomendado ≥15 mm) o reforzar con estructuras nervadas;
▶ Utilizar acero 45# con temple y revenido (dureza HB220–250) para componentes críticos.
II. Problemas de movimiento errático
1. Defectos de precisión de mecanizado
(1) Rugosidad superficial excesiva
Causa: Precisión de rectificado insuficiente para las pistas de rodadura del husillo/tuerca (Ra > 0,4μm) o error de redondez de la bola > 0,001 mm.
Soluciones: Adoptar procesos de súper acabado para controlar la rugosidad de la pista de rodadura en Ra ≤ 0,2μm; seleccionar bolas para un error de redondez ≤ 0,0005 mm.
(2) Desviación de paso/avance
Causa: Precisión inadecuada de las herramientas de mecanizado de roscas (por ejemplo, error acumulativo de paso > ±0,015 mm/300 mm).
Soluciones: Utilizar rectificadoras de alta precisión (precisión de posicionamiento ±0,005 mm) e inspeccionar completamente los husillos terminados con instrumentos de medición de avance láser.
(3) Fallo del sistema de recirculación
Causa: Desalineación de los tubos de recirculación (>0,5 mm de desplazamiento) o rebabas dentro de los tubos que causan atascos de bolas.
Soluciones: Utilizar dispositivos de posicionamiento para alinear los tubos de recirculación con las pistas de rodadura; realizar pruebas de funcionamiento sin carga a velocidades ≥500 mm/s después del montaje.
2. Entrada de material extraño y fallo de lubricación
(1) Contaminación de la pista de rodadura
Causa: Falta de protección contra el polvo (por ejemplo, raspadores), lo que permite que las virutas de mecanizado (>50μm) o el polvo entren en las pistas de rodadura.
Soluciones: Instalar sellos de doble labio (protección IP54); limpiar las pistas de rodadura con queroseno y reponer la grasa a base de litio (NLGI Grado 2) cada 200 horas de funcionamiento.
(2) Lubricación insuficiente
Causa: Exceso de intervalos de lubricación (>200 horas) o uso de grasa incorrecta (por ejemplo, a base de calcio en lugar de a base de litio).
Soluciones: Integrar sistemas de lubricación automática (intervalo de engrase ≤8 horas) para equipos automatizados; utilizar grasa de disulfuro de molibdeno para entornos de alta temperatura.
3. Desalineación de la instalación
Causa: Error de paralelismo entre el asiento de la tuerca y el riel guía > 0,1 mm/m o error de coaxialidad entre el orificio del asiento del rodamiento y el eje del husillo > 0,03 mm.
Análisis: La carga excéntrica aumenta la fricción de la pista de rodadura en más del 30% debido a la tensión unilateral en las bolas.
Soluciones: Calibrar con un indicador de cuadrante durante la instalación (paralelismo ≤0,05 mm/m, coaxialidad ≤0,02 mm); utilizar calzas para la alineación si es necesario.
III. Problemas de fallo de componentes
1. Fractura de la bola
Causa:
▶ Defectos del material (por ejemplo, inclusiones) o tratamiento térmico insuficiente (dureza ▶ Concentración de tensión térmica (diferencia de temperatura >50°C que causa una tensión >800 MPa debido a la falta de coincidencia del coeficiente de expansión).
Soluciones:
▶ Seleccionar bolas de acero para rodamientos SUJ2 y rechazar las defectuosas mediante inspección de partículas magnéticas;
▶ Añadir refrigeración
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