ES2227108T3 - Arbol roscado con bolas circulantes, provisto de medios para controlar las vibraciones. - Google Patents
Arbol roscado con bolas circulantes, provisto de medios para controlar las vibraciones.Info
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Abstract
Árbol roscado con bolas circulantes, provisto de medios para controlar las vibraciones, del tipo que tiene una cavidad interna longitudinal y cilíndrica (5), cerrada por medio de tapones o terminales introducidos (6) en los extremos del árbol roscado (1) y que en su interior aloja medios para controlar las vibraciones, caracterizado por el hecho que dichos medios para controlar las vibraciones están constituidos por un par de cables trenzados de acero (7 y 8) fijados a dichos tapones o terminales introducidos (6) en condición tensada; habiendo sido colocados libres transversalmente con respecto a la superficie interna de dicha cavidad longitudinal (5) uno o varios elementos disipadores (9), que presentan respectivos orificios pasantes (10 y 11) destinados a recibir de manera pasante, a una distancia y posición predeterminadas, dichos pares de cables (7 y 8).
Description
Árbol roscado con bolas circulantes, provisto de
medios para controlar las vibraciones.
La presente invención se refiere a un árbol
roscado con bolas circulantes, provisto de medios para controlar
las vibraciones, del tipo que posee una cavidad interna
longitudinal y cilíndrica, cerrada en sus extremos por medio de
tapones o terminales introducidos.
En los dispositivos de rosca con bolas
circulantes del tipo con tuerca giratoria, así como aquellos en los
cuales gira el árbol, la frecuencia natural de vibración del árbol
es baja. Por lo tanto, cuando la frecuencia de pequeñas
vibraciones, aplicada al árbol por la tuerca a través de su
vibración, se halla en la zona de la velocidad critica del árbol,
se producen fenómenos de resonancia que provocan grandes
vibraciones en el árbol roscado debido a la gran distancia
existente entre los soportes del árbol.
En el ámbito de las soluciones conocidas para
este problema, se ha encontrado que la publicación de la solicitud
de patente de invención japonesa no examinada n.
6-11009 prevé un árbol roscado que soporta, en su
cavidad longitudinal, un largo vástago que sirve como elemento de
masa para controlar las vibraciones, que cuando vibra el árbol
roscado entra en contacto con la superficie interna de dicha
cavidad. Dicha colisión limita la vibración del árbol roscado en su
punto de resonancia, el cual árbol, por ende, puede funcionar a
velocidades superiores a su velocidad crítica. Sin embargo, cuando
se excita el árbol roscado a una frecuencia baja, el árbol roscado
y el elemento de masa para controlar las vibraciones no siempre se
mueven en acercamiento reciproco de manera de tocarse entre sí, y
en la patente mencionada con anterioridad no se han indicado medios
concretos para permitir que el árbol roscado y el elemento de masa
para controlar las vibraciones se muevan de manera tal de esperar
tal comportamiento.
Posteriormente, la patente de invención
estadounidense n. 5.613.400, que presenta el preámbulo de la
reivindicación 1, ha encarado el mismo problema de amortiguar la
transmisión de vibraciones desde una tuerca a un árbol roscado para
impedir su resonancia y permitir un funcionamiento con una
velocidad elevada y un gran recorrido. Esta patente de invención
publica un dispositivo de rosca con bolas circulantes que tiene un
árbol roscado que incluye una cavidad interna longitudinal con un
elemento de masa longitudinal para controlar las vibraciones en su
interior, sostenido por casquillos de soporte, y un elemento
amortiguador intercalado entre el elemento de masa para controlar
las vibraciones y la superficie interna de la cavidad longitudinal
del árbol roscado para impedir el contacto entre el elemento de
masa para controlar las vibraciones y la cavidad longitudinal.
Según la patente de invención mencionada con anterioridad, el
elemento de masa para controlar las vibraciones está constituido
por un único anillo de retención, rígido y de acero, fijado a los
extremos del árbol roscado.
No obstante dicho anillo de retención, de acero,
como elemento para controlar las vibraciones, en diferentes
realizaciones se haya provisto asociado a varios medios de
amortiguación y soporte, éste no puede proporcionar un efecto
amortiguador satisfactorio en una zona de bajas frecuencias y no
puede limitar las vibraciones en un amplio rango de frecuencias en
correspondencia de la frecuencia natural del árbol roscado que varía
en función de la posición de la tuerca.
La presente invención, por lo tanto, tiene el
objetivo de resolver el problema señalado arriba, superando los
límites y desventajas de la técnica conocida.
Por consiguiente, el objetivo principal de la
presente invención es el de proporcionar medios para controlar las
vibraciones que en sí mismos estén en condiciones de lograr una
drástica reducción de vibraciones, impidiéndoles alcanzar una
condición de resonancia.
Otro objetivo de la presente invención es el de
proporcionar medios disipadores hechos de materiales con
características intrínsecas que le permitan transformar la energía
de las vibraciones en otras formas de energía, especialmente en
energía térmica.
La magnitud de energía de las vibraciones a
transformar, de todos modos, es baja y, por ende, no genera un
aumento de la temperatura del árbol roscado.
De esta manera, la presente invención proporciona
un árbol roscado con bolas circulantes, provisto de elementos para
controlar las vibraciones, del tipo que tiene una cavidad interna
longitudinal y cilíndrica, cerrada por medio de tapones o
terminales introducidos en los extremos del árbol roscado y que en
su interior aloja medios para controlar las vibraciones, que, desde
un punto de vista general, está caracterizado por el hecho que
dichos medios para controlar las vibraciones están constituidos por
un par de cables trenzados de acero fijados a dichos tapones o
terminales introducidos; habiendo sido provistos libres
transversalmente con respecto a la superficie interna de dicha
cavidad longitudinal uno o varios elementos disipadores, que tienen
respectivos orificios pasantes destinados a recibir de manera
pasante, a una distancia y posición predeterminadas, dicho par de
cables.
Otras características y ventajas de la presente
invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una realización preferida,
ilustrada a título puramente ejemplificador y no limitativo,
mediante los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 muestra una sección longitudinal de
un árbol roscado según la presente invención;
- la figura 2 muestra una sección longitudinal,
en escala amplificada, de una porción final del árbol roscado de
la figura 1;
- la figura 3 muestra una vista esquemática
axonométrica de un elemento disipador.
Con referencia a la figura 1, con el numeral 1 se
ha indicado en su totalidad un árbol roscado con bolas
circulantes, y con el numeral 2 se ha indicado una tuerca que
avanza sobre el mismo. El surco de la rosca del árbol está indicado
sólo parcialmente con el numeral 3, no obstante ello se debe
entender que está en toda la longitud del árbol roscado (1).
También la tuerca (2) se muestra sólo parcialmente y no está
descrita porque es un dispositivo totalmente convencional. A título
puramente ejemplificador, el árbol roscado está soportado por
pedestales extremos indicados de modo genérico con el numeral 4,
pero obviamente los pedestales pueden ser reemplazados por otros
medios de sostén dependiendo de la aplicación. El árbol (1) tiene
una cavidad interna longitudinal y cilíndrica (5), que está cerrada
en sus extremos por medio de tapones o terminales introducidos
indicados de modo genérico con el numeral 6, a continuación por
motivos de simplicidad indicados simplemente como terminales.
Dentro de la cavidad longitudinal (5), según la presente invención,
los medios para controlar las vibraciones están constituidos por un
par de cables trenzados de acero, indicados con los numerales 7 y 8
respectivamente.
Los cables (7 y 8) están dispuestos paralelos,
sostenidos, tensados, en los extremos por efecto de un pretensado
obtenido al momento del montaje de los terminales (6). Los cables
(7 y 8) están fijados a los terminales (6) en predeterminadas
posiciones separadas.
Los cables están recíprocamente separados con uno
o varios elementos disipadores (9), preferentemente con la forma
de discos de material elastomérico. Estos elementos, habiendo sido
situados transversalmente con respecto a la superficie interna de
la cavidad longitudinal (5) (figura 1), están destinados a recibir
de manera pasante, a través de respectivos orificios (10 y 11)
(figura 3) dispuestos a una distancia y posición predeterminadas,
el par de cables (7 y 8).
Los cables (7 y 8) preferentemente tienen
diámetros diferentes para así garantizar que el inicio de los
fenómenos vibratorios sea diferente entre ellos, y por eso poder
activar los disipadores hechos de material elastomérico.
Los mismos cables, debido a su configuración
trenzada, son sistemas con una alta amortiguación interna.
Además, la cavidad libre entre los cables y la
pared interna de la cavidad longitudinal (5) del árbol se puede
llenar con aceite, partículas u otros materiales de disipación y,
por ende, aumentar la amortiguación interna.
Para demostrar las mejoras obtenidas con respecto
a la técnica conocida, se han llevado a cabo pruebas de
comparación sobre árboles roscados conocidos y árboles roscados
según la presente invención.
Para las pruebas, se ha seleccionado un banco de
prueba en el cual se ha bloqueado el árbol roscado desde sus
extremos con respectivas pinzas hidráulicas. Durante cada prueba el
árbol roscado fue sometido a solicitación de impacto usando un
martillo instrumentado PCB 086B04 con punta de goma. La respuesta
del árbol roscado fue medida con un acelerómetro piezoeléctrico
cuya frecuencia natural es igual a 51 kHz. El acelerómetro
piezoeléctrico fue colocado en el centro de la rosca, donde se
tiene la aceleración más alta. Se muestrearon tanto la señal del
martillo instrumentado (señal de fuerza) como aquella del
acelerómetro (señal de aceleración y desplazamiento). Para mejorar
la relación señal/ruido, para cada punto de medición se obtuvieron
promedios sobre varios muestreos.
Analizando los resultados de las pruebas llevadas
a cabo sobre el árbol roscado según la presente invención,
comparándolos con los resultados sobre los árboles roscados
pertenecientes a la técnica conocida, se ha notado un considerable
aumento de la amortiguación interna del sistema: la amplitud de
desplazamiento cae rápidamente a cero aproximadamente 0,9 segundos
después del golpe del martillo.
Naturalmente, la invención concebida de esta
manera puede ser sometida a numerosas variantes y modificaciones,
sin por ello apartarse del alcance del concepto inventivo.
Claims (6)
1. Árbol roscado con bolas circulantes, provisto
de medios para controlar las vibraciones, del tipo que tiene una
cavidad interna longitudinal y cilíndrica (5), cerrada por medio de
tapones o terminales introducidos (6) en los extremos del árbol
roscado (1) y que en su interior aloja medios para controlar las
vibraciones, caracterizado por el hecho que dichos medios
para controlar las vibraciones están constituidos por un par de
cables trenzados de acero (7 y 8) fijados a dichos tapones o
terminales introducidos (6) en condición tensada; habiendo sido
colocados libres transversalmente con respecto a la superficie
interna de dicha cavidad longitudinal (5) uno o varios elementos
disipadores (9), que presentan respectivos orificios pasantes (10 y
11) destinados a recibir de manera pasante, a una distancia y
posición predeterminadas, dichos pares de cables (7 y
8).
8).
2. Árbol roscado según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho que dichos cables (7 y 8) tienen
el mismo diámetro.
3. Árbol roscado según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho que dichos cables (7 y 8) tienen
diámetros diferentes.
4. Árbol roscado según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho que dichos elementos disipadores
(9) están configurados tipo disco.
5. Árbol roscado según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho que dichos elementos disipadores
(9) están hechos de material elastomérico.
6. Árbol roscado según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho que dicha cavidad longitudinal
(5), libre entre los cables (7 y 8) y la pared interna del árbol, se
ha llenado con material de disipación adecuado para aumentar la
amortiguación interna de las vibraciones.
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