Problemas comunes con los tornillos de bolas: análisis de causas y soluciones

I. Problemas de reacción excesiva

1. Precarga insuficiente

• Causa: la falta de precarga o la precarga inadecuada conduce a un deslizamiento de las tuercas debido al peso propio en las instalaciones verticales, lo que resulta en una reacción negativa significativa en condiciones de carencia de carga.
• Análisis: los tornillos de bolas no precargados pueden presentar una reacción de retroceso superior a 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 carga previa equivalente al 1 ∼3% de la carga dinámica nominal mediante una precarga de doble tuerca o de resorte;
  ▶ Elige estructuras de una sola tuerca con precarga incorporada (clase de precisión C5 o superior) para escenarios de alta precisión.

2. Deformación de torsión excesiva

• Causa: Tratamiento térmico inadecuado (dureza insuficiente, distribución desigual de la dureza o material blando) o una relación longitud/diámetro demasiado alta (L/D > 70) que reduce la rigidez.
• Análisis: Una relación L/D superior a 70 puede causar flacidez de los tornillos debido al peso propio, lo que conduce a una desalineación de las tuercas y a una mayor reacción negativa; la dureza del material inferior a la norma acelera el desgaste.
• Soluciones:
  ▶ Mantenga la L/D ≤ 60 y utilice soportes fijos de dos extremos (en lugar de soportes de un solo lado) para cargas pesadas;
  ▶ Seleccione acero aleado de alta resistencia (por ejemplo, SUJ2) y asegúrese de que el tratamiento térmico cumpla con los estándares de dureza de la industria (bola: HRC 62 ∼66, tuerca: HRC 58 ∼62, tornillo: HRC 56 ∼62).

3Selección e instalación incorrecta de rodamientos

• Causa: Uso de rodamientos de bolas de ranura profunda en lugar de rodamientos de contacto angulares, o desalineación durante la instalación del rodamiento (error de perpendicularidad > 0,02 mm/m).
• Análisis: Los rodamientos de bolas de ranura profunda no pueden soportar cargas axiales, causando juego axial; la inclinación del rodamiento conduce a variaciones periódicas de reacción.
• Soluciones:
  ▶ Priorizar los rodamientos angulares de contacto con un ángulo de contacto de 60° (por ejemplo, serie 7000), instalados de espalda a espalda;
  ▶ Asegúrese de que la perpendicularidad del asiento del rodamiento al hombro del tornillo esté dentro de una tolerancia de 0,01 mm durante el mecanizado, utilizando doble bloqueo para evitar el aflojamiento.

4Inadecuada rigidez del soporte

• Causa: Materiales de paredes delgadas o de baja resistencia (por ejemplo, hierro fundido en lugar de acero) para asientos de tuercas o rodamientos.
• Análisis: La deformación elástica bajo carga desplaza el eje del tornillo, aumentando efectivamente la reacción.
• Soluciones:
  ▶ Aumentar el grosor de la pared de soporte (recomendado ≥ 15 mm) o reforzar con estructuras de costillas;
  ▶ Utilizar acero 45# con calentamiento y templado (dureza HB220-250) para componentes críticos.

II. Problemas de movimiento errático

1. Defectos de precisión de mecanizado

• (1) Superficie demasiado rugosa
  • Causa: Precisión de molienda insuficiente para las rachas de los tornillos y las tuercas (Ra > 0,4 μm) o error de redondez de la bola > 0,001 mm.
  • Soluciones: adoptar procesos de superfinalización para controlar la rugosidad de la vía de carrera a Ra ≤ 0,2 μm; bolas de pantalla para el error de redondez ≤ 0,0005 mm.
• (2) Desviación de plomo/pico
  • Causa: Precisión inadecuada de las herramientas de mecanizado de rosca (por ejemplo, error acumulado de inclinación > ± 0,015 mm/300 mm).
  • Soluciones: utilizar moliendas de alta precisión (precisión de posicionamiento ± 0,005 mm) e inspeccionar completamente los tornillos terminados con instrumentos de medición de plomo láser.
• (3) Fallo del sistema de recirculación
  • Causa: desalineación de los tubos de recirculación (> 0,5 mm de desplazamiento) o burrs dentro de los tubos que causan atascos de bolas.
  • Soluciones: utilizar accesorios de posicionamiento para alinear los tubos de recirculación con las vías de circulación; realizar ensayos de funcionamiento sin carga a velocidades ≥ 500 mm/s después del montaje.

2Ingreso de materiales extraños y fallas de lubricación

• (1) Contaminación de la pista de carreras
  • Causa: Falta de protección contra el polvo (por ejemplo, raspadores), lo que permite que las virutas de mecanizado (> 50 μm) o el polvo entren en las vías.
  • Soluciones: instalar sellos de doble labio (protección IP54); limpiar las vías de conducción con queroseno y reponer la grasa a base de litio (grado NLGI 2) cada 200 horas de funcionamiento.
• (2) Lubricación insuficiente
  • Causa: Exceso de los intervalos de lubricación (> 200 horas) o uso incorrecto de grasa (por ejemplo, a base de calcio en lugar de a base de litio).
  • Soluciones: integrar sistemas de lubricación automática (intervalo de engrasamiento ≤ 8 horas) para equipos automatizados; utilizar grasa de disulfuro de molibdeno para ambientes de alta temperatura.

3. Instalación Desalineación

• Causa: error de paralelismo entre el asiento de la tuerca y el riel de guía > 0,1 mm/m o error de coaxialidad entre el orificio del asiento del rodamiento y el eje del tornillo > 0,03 mm.
• Análisis: La carga excéntrica aumenta la fricción de la pista de más del 30% debido a la tensión unilateral en las bolas.
• Soluciones: Calibrar con un indicador de esfera durante la instalación (paralelismo ≤ 0,05 mm/m, coaxialidad ≤ 0,02 mm); utilizar barras para la alineación si es necesario.

III. Problemas de fallas de los componentes

1Fractura de la bola

• Causa:
  ▶ Defectos en el material (por ejemplo, inclusiones) o tratamiento bajo el calor (dureza)▶ Concentración de tensión térmica (diferencia de temperatura > 50°C que causa tensión > 800MPa debido al coeficiente de desajuste de expansión).
• Soluciones:
  ▶ Seleccionar las bolas de acero de los rodamientos SUJ2 y rechazar las defectuosas mediante inspección magnética de partículas;
  ▶ Añadir estructuras de enfriamiento (por ejemplo, tornillos huecos con refrigerante) para aplicaciones de alta velocidad, limitando el aumento de temperatura ≤ 30°C.

2Daño en el tubo de recirculación.

• Causa: sobrecarga (noca que excede el golpe efectivo en > 10 mm) o impacto durante la instalación (fuerza > 50 N).
• Análisis: los tubos deformados bloquean la circulación de las bolas, causando aumentos de presión locales y desprendimientos en la pista (la duración de la fatiga se reduce en un 70%).
• Soluciones:
  ▶ Establecer dos límites (duro + blando) con un margen de seguridad ≥ 5 mm en el software de control;
  ▶ Utilice tubos de recirculación de nylon resistentes al impacto (en lugar de plástico) y pruebe los límites de tracción después del montaje.

3- Fractura de hombro.

• Causa:
  ▶ Defectos de diseño (radio de transición)2.5);
  ▶ Torque irregular de la clavija (desviación > ± 10%) que causa una salida del hombro > 0,02 mm.
• Soluciones:
  ▶ Optimizar el diseño del hombro con radios de transición R5 R8 mm y realizar análisis de elementos finitos (factor de seguridad ≥ 2,0);
  ▶ Apretar las tuercas con una llave de torsión (por ejemplo, tuerca M20: 150 ≈ 180 N · m) y garantizar un desnivel de hombro ≤ 0,01 mm.

IV. Recomendaciones de mantenimiento preventivo

1. Inspecciones periódicas:
   • Medición de la reacción: utilizar un indicador para comprobar la reacción (sin carga ≤ 0,01 mm, con carga total ≤ 0,03 mm);
   • Análisis de las vibraciones: monitorear las vibraciones con acelerómetros (valor RMS ≤ 1,5 m/s2).
2. Gestión de la lubricación:
   • Lubricación manual: aplicar grasa (1/3 de volumen de tuercas) cada 100 horas de funcionamiento;
   • Lubricación automática: Utilice distribuidores progresivos con 0,5 ml de grasa por inyección, con un intervalo de 4 horas.
3. Gestión de repuestos:
   • Los elementos de repuesto críticos: bolas de almacenamiento (mismo lote), tubos de recirculación y sellos.
   • Reemplazo programado: Reemplazar los tornillos de bolas cada 3 años o 10.000 horas en condiciones de alta velocidad.