ES2258734T3 - Accionador mecanico que incluye una tuerca de levas helicoidales. - Google Patents

Abstract

Accionador que comprende un primer cuerpo tubular (20), una tuerca (70) posicionada en el lado exterior del cuerpo tubular (20) y que presenta al menos un anillo de rodadura (41-51 ; 52-62) que comprende una parte helicoidal que se extiende alrededor de la tuerca (70) según un ángulo inferior a 360º y una parte ensanchada (81) que constituye una zona de recirculación de bolas (22) dispuesta entre el anillo de rodadura (41-51, 52-62) y la superficie interior (21) que corresponde a este primer cuerpo tubular (20) y que comporta pistas de rodadura helicoidales para el guiado de dichas bolas (22), caracterizado por que la tuerca (79) comprende varios elementos alineados (40, 50, 60) de forma general cilíndrica y que presentan, cada uno, al menos un chaflán (41-51 ; 52-62) que forma una superficie de leva helicoidal, formando los chaflanes (41-51 ; 52-62), de dos en dos, anillos de rodadura helicoidales en los cuales son posicionadas las bolas (22).

Description

Accionador mecánico que incluye una tuerca de levas helicoidales.

La invención se refiere al ámbito de los accionadores lineares mecánicos y, en particular, de los accionadores mecánicos accionados por un motor eléctrico (accionadores electromecánicos).

El desarrollo de los accionadores lineares electromecánicos está ligado a las necesidades en los ámbitos tales como la robótica y la domótica. En efecto, en estos ámbitos los gatos electromecánicos compiten con los gatos clásicos, hidráulicos o neumáticos, ya que son más fácilmente controlables, más exactos y no requieren ninguna fuente de fluido externa.

Estos accionadores electromecánicos comprenden generalmente un tornillo de bolas sobre el cual está montada una tuerca. La tuerca es accionada en rotación por un motorreductor exterior. La rotación de la tuerca acciona la traslación del tornillo.

El inconveniente de estos accionadores electromecánicos es que son relativamente voluminosos.

Además, dado que el coste de los tornillos de bolas es generalmente elevado en comparación con las demás piezas mecánicas que contienen, estos accionadores se revelan relativamente costosos.

Se conoce, en particular a través del documento GB-686.319, un sistema de tornillo y tuerca de bolas cuyo tornillo se presenta en forma de un cuerpo cilíndrico tubular que comporta, interiormente, pistas de rodadura helicoidales para el guiado de bolas, sabiendo que en este cuerpo tubular viene montada una tuerca que comprende anillos de rodadura de dichas bolas, comprendiendo cada anillo de rodadura una parte helicoidal que se extiende alrededor de la tuerca según un ángulo inferior a 300 grados y una parte ensanchada que une los extremos de la parte helicoidal y constituye una zona de recirculación de las bolas.

El objetivo de la invención es el de proponer una estructura de accionador compacta y cuya realización sería simplificada en comparación con las estructuras de los accionadores del arte anterior.

A tal fin, la invención se refiere a un accionador que comprende un primer cuerpo tubular, una tuerca posicionada en el interior del cuerpo tubular y que presenta al menos un anillo de rodadura que comprende una parte helicoidal que se extiende alrededor de la tuerca según un ángulo inferior a 360° y una parte ensanchada que une los extremos de la parte helicoidal, constituyendo dicha zona ensanchada una zona de recirculación de bolas dispuesta entre el anillo de rodadura y la superficie interior correspondiente a este primer cuerpo tubular y comportando la misma pistas de rodadura helicoidales para el guiado de dichas bolas, caracterizado porque la tuerca comprende varios elementos alineados de forma general cilíndrica que presentan, cada uno, al menos un chaflán que forma una superficie de leva helicoidal, formando los chaflanes, de dos en dos, anillos de rodadura helicoidales en los cuales son posicionadas las bolas.

El hecho de que el accionador comprende una tuerca interna permite posicionar el motor de los medios de accionamiento de la tuerca en el interior de un segundo cuerpo. Además, el anillo de recirculación puede ser integrado a la tuerca. Esta disposición lleva a una estructura compacta de accionador cuyo aspecto exterior es similar al de los accionadores neumáticos. En particular, el accionador no deja aparecer el dispositivo motorreductor externo. El accionador propuesto es, por lo tanto, particularmente compacto en comparación con el esfuerzo que es capaz de generar.

Además, la utilización de una estructura tubular confiere al accionador una mejor resistencia al flameado que un accionador clásico que presenta una tuerca exterior montada alrededor de un tornillo interior.

En una puesta en obra de la invención, las bolas son montadas entre el anillo y el primer cuerpo tubular con un pretensado radial determinado.

El hecho de que las bolas son montadas con pretensado permite obtener un accionador linear capaz de trasmitir importantes esfuerzos en comparación con sus dimensiones.

Según la invención, el anillo de rodadura comprende una parte helicoidal que se extiende alrededor de la tuerca según un ángulo inferior a 360 grados y una parte ensanchada que une los extremos adyacentes de la parte helicoidal, constituyendo dicha zona ensanchada una zona de recirculación de las bolas.

Esto presenta la ventaja de no requerir la formación de un anillo de recirculación interno en la tuerca. Las bolas son automáticamente "recicladas" en cuanto alcancen la zona de recirculación.

Además, la superficie interior del primer cuerpo tubular presenta pistas de rodadura helicoidales cuya función es la de guiar las bolas. Las zonas ensanchadas de recirculación permiten el paso de las bolas de una pista de rodadura a una pista adyacente por encima de un borde de pista durante su recirculación.

La tuerca comprende varios elementos alineados, de forma general cilíndrica, que presentan, cada uno, al menos un chaflán que forma una superficie de leva helicoidal, formando los chaflanes, de dos en dos, anillos de rodadura helicoidales en los cuales son posicionadas las bolas. Cada elemento está formado a partir de una pieza cilíndrica de sección recta, una de las aristas circulares de la cual es achaflanada, para formar dicha superficie de leva helicoidal inclinada respecto al eje de la pieza cilíndrica, uniéndose los extremos de la superficie helicoidal mediante una superficie de rebajo de forma general preferiblemente cónica.

Cada elemento de la tuerca está formado a partir de una pieza cilíndrica de sección recta, es decir, la pieza cilíndrica está limitada por dos planos paralelos ortogonales a su eje de revolución. Se trata de una forma sencilla. La forma de los elementos es, por consiguiente, más fácil de generar que en el arte anterior.

Según la técnica de realización del chaflán, la superficie de rebajo puede también presentar una forma general convexa, cóncava, plana, cilíndrica, plana de empalme cónico o de empalme cilíndrico o similar.

Ventajosamente, cada superficie de leva helicoidal forma un rebajo y dos elementos son posicionados uno respecto a otro de modo que sus rebajos se sitúen uno frente a otro, formando dichos rebajos la zona de recirculación de las bolas.

Ventajosamente, el pretensado ejercitado sobre las bolas viene generado apretando los elementos uno hacia otro.

A tal fin, el accionador puede comprender una tuerca de ajuste de los elementos, para ajustar el pretensado ejercitado sobre las bolas.

El esfuerzo que puede ser ejercitado por el accionador depende directamente del pretensado aplicado sobre las bolas y ajustado por la tuerca de ajuste.

Ventajosamente, el accionador comprende medios elásticos interpuestos entre la tuerca de ajuste y los elementos de la tuerca mediante los cuales la tuerca de ajuste ejerce un pretensado sobre los elementos.

Preferiblemente, el motor es un motor eléctrico o hidráulico.

El proceso de obtención del elemento de tuerca es fácil de poner en obra con medios de fabricación tradicionales.

Otras características y ventajas resaltarán de la descripción que sigue y que es puramente ilustrativa y no limitativa y que debe leerse con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:

- la figura 1 representa en vista en sección longitudinal, un ejemplo de estructura de accionador, en la cual los medios de accionamiento comprenden un motor eléctrico, debiéndose precisar que este modo de realización correspondiente a esta figura 1 no hace parte de los modos de realización reivindicados y viene descrito a continuación sólo a título informativo,

- la figura 2 es un esquema representativo de una bola pretensada,

- la figura 3 es una vista en perspectiva de una leva constitutiva de la tuerca,

- la figura 4 es un esquema representativo de una etapa de generación de una superficie de leva helicoidal,

- la figura 5 es un esquema representativo del posicionamiento de dos levas una respecto a otra sobre el eje de accionamiento del accionador,

- la figura 6 representa esquemáticamente el posicionamiento de dos pares de levas uno respecto a otro, en el cual las zonas de recirculación de las bolas son distribuidas regularmente alrededor del eje de accionamiento,

- la figura 7 representa un ejemplo de superficie interior del cuerpo tubular que presenta pistas de rodadura formadas por un alambre enrollado en forma de hélice,

- las figuras 8 y 9 representan esquemáticamente pistas de rodadura formadas por un primer alambre enrollado y un segundo alambre intermedio dispuesto entre las espiras del primer alambre,

- la figura 10 representa esquemáticamente pistas de rodadura formadas por deformación plástica de un tubo interno dispuesto en el cuerpo tubular,

- la figura 11 representa esquemáticamente una etapa de soldadura del tubo interno en el cuerpo tubular,

- la figura 12 representa en vista en sección longitudinal una estructura de accionador de tipo telescópico,

- la figura 13 representa el accionador de la figura 12 en posición desplegada,

- la figura 14 representa esquemáticamente el posicionamiento de una bola en apoyo entre la tuerca y una pista de rodadura,

- la figura 15 es una vista en sección y en perspectiva de las bolas en el momento en que llegan en una zona de recirculación,

- la figura 16 es un esquema representativo del posicionamiento de dos levas una respecto a otra.

En la figura 1, el accionador linear comprende un tubo interior 10 y un tubo exterior 20 cuyo diámetro es superior al diámetro del tubo interior 10. El tubo interior 10 se extiende parcialmente en el tubo exterior. Los dos tubos 10 y 20 están bloqueados en rotación uno respecto a otro y son capaces de ser accionados para deslizar uno respecto a otro según su dirección longitudinal.

A tal fin, el accionador comprende un mecanismo de accionamiento que comprende un eje de accionamiento 30 que se extiende según el eje longitudinal de los tubos 10 y 20. El eje 30 viene accionado en rotación por un motor eléctrico 2 fijado a uno de sus extremos y posicionado en el tubo interior 10. El motor 2 y el eje 30 son mantenidos en el tubo interior 10 mediante un suporte cilíndrico 3 fijado al tubo interior.

Por otra parte, el eje 30 es guiado en el tubo interior 10 mediante dos rodamientos de bolas 7 y 9 cuyo casquillo interior está montado sobre el eje 30 y el casquillo exterior viene apoyado sobre la superficie interior 11 del tubo interior 10. Los dos rodamientos 7 y 9 son mantenidos a distancia por un separador 8 en forma de un manguito cilíndrico que viene apoyado sobre los casquillos interiores de los rodamientos 7 y 9 así como mediante un separador 12, acuñados en el tubo interior 10 y que vienen apoyados sobre los casquillos exteriores de los rodamientos 7 y 9. La absorción des los esfuerzos axiales ejercitados sobre los rodamientos puede hacerse sea mediante el separador 12, sea por cualquier otro medio equivalente (por ejemplo, arandelas de retención que bloquean el rodamiento).

El eje 30 soporta además una tuerca de ajuste 4, un conjunto de arandelas Belleville 5, una primera arandela de apretado 6 posicionada entre el soporte 3 del motor y el rodamiento 7. La arandela de apretado 6 viene apoyada sobre la jaula interna del rodamiento 7. El eje 30 soporta también una segunda arandela de apretado 1 y una tuerca de bolas 70, posicionadas entre el rodamiento 9 y un elemento de tope 31 en el extremo del eje 30.

La tuerca 70 es constituida por una sucesión de levas 40, 50 y 60 de formas generales cilíndricas montadas alineadas sobre el eje 30 y bloqueadas en rotación respecto al eje por una chaveta. Las levas 40, 50, 60 presentan chaflanes helicoidales 41, 51 y 52, 62, orientados a 45° respecto al eje del eje 30. Estos chaflanes 41, 51, 52, 62 forman, de dos en dos, anillos de rodadura helicoidales en los cuales son posicionadas las bolas 22. Las bolas 22 están en contacto, por una parte, con dos superficies de chaflán opuestas, 41 y 51, o 52 y 62 y, por otra parte, con la superficie interior lisa 21 del tubo exterior 20. El esfuerzo radial aplicado sobre las bolas 22 es ajustado mediante apretado de la tuerca 4. La tuerca de ajuste 4 aplica un esfuerzo de compresión sobre las arandelas Belleville 5 según la dirección longitudinal del eje 30. Este esfuerzo de compresión viene trasmitido a las levas 40, 50, 60 mediante la arandela de apretado 6 que trasmite y distribuye el esfuerzo de apretado sobre las jaulas internas de los rodamientos 7 y 9 y sobre la arandela de apretado 1. Las levas 40, 50, 60 se hallan entonces en compresión entre la arandela de apretado 1, las bolas 22 y el elemento de tope 31 en el extremo del eje 30. Mediante apretado de las levas 40, 50, 60, la tuerca de ajuste 4 permite ventajosamente ajustar un pretensado ejercitado sobre las bolas 22.

El accionador de la figura 1 comporta dos anillos de rodadura formados por tres levas 40, 50 y 60 alineadas sobre el eje 30. Por supuesto, es posible constituir un accionador que presenta un solo anillo de rodadura o también un número superior a dos anillos de rodadura. Basta modificar el número de levas montadas sobre el eje, siendo cada anillo de rodadura formado entre dos levas sucesivas.

El esfuerzo que puede ser realizado por el accionador de la figura 1 depende directamente del pretensado aplicado sobre las bolas y ajustado por la tuerca de ajuste 4.

No obstante, el esfuerzo de pretensado que puede ser aplicado sobre las bolas 22 queda limitado por la presión de Hertz que pueden subir la superficie de las levas 40, 50, 60 y la superficie interior 21 del tubo exterior 20.

Cuando el motor 2 del accionador de la figura 1 está en marcha, acciona en rotación el eje 30 y, por consiguiente, las levas 40, 50 y 60 que están chaveteadas sobre el mismo. Las bolas 22 ruedan entonces entre su anillo de rodadura y la superficie interna del tubo externo. La velocidad tangencial del centro de cada bola 22 presenta, por lo tanto, dos componentes: una componente tangencial, perpendicular al eje de rotación del eje 30, y una componente longitudinal paralela al eje de rotación del eje 30 debida al paso de la hélice del anillo de rodadura.

Tal y como viene representado en la figura 2, una bola 22 gira alrededor de un eje inclinado respecto al eje de rotación del eje 30 según un ángulo igual al de la hélice del anillo de rodadura. Además, el punto de contacto I entre la bola 22 y la superficie interna del tubo está siempre posicionado sobre la perpendicular al eje de rotación que pasa por el punto O. De ello resulta que el tubo externo 20 es accionado en traslación a una velocidad proporcional a la velocidad de rotación del eje de accionamiento 30 y al paso del anillo helicoidal.

El accionador linear de la figura 1 puede ser montado realizando las siguientes etapas:

- montaje de los distintos elementos sobre el eje 30: levas 60, 50, 40, arandela 1, rodamiento 9, separadores 8 y 12, rodamiento 7, arandela 6, arandelas Belleville 5, tuerca de ajuste 4,

- inserción del extremo del eje 30 que soporta las levas 40, 50, 60 en el tubo exterior 20, estando las bolas 22 posicionadas en los anillos de rodadura,

- apretado de la tuerca 4 que acciona el acercamiento de las levas 40, 50, 60 y el pretensado de las bolas 22 entre las superficies de los chaflanes y la superficie interior 21 del tubo exterior 20.

La figura 3 representa un ejemplo de leva 40 utilizada en el montaje de la figura 1. La leva 40 presenta una forma general cilíndrica. Comprende un alisado central 43 destinado a recibir el eje de accionamiento 30, así como una ranura de chaveta 44 formada a partir del alisado 43 y destinada a permitir la indexación de la leva 40 sobre el eje 30. Un chaflán helicoidal 41 ha sido realizado por fresado de un borde circular de la leva 40. Esta leva está formada a partir de una pieza cilíndrica de sección recta, una de las aristas de la cual es achaflanada para formar dicha superficie de leva helicoidal inclinada respecto al eje de la pieza cilíndrica, uniéndose los extremos de la superficie helicoidal mediante una superficie de rebajo de forma general cónica.

Tal y como viene ilustrado en la figura 4, la operación de fresado se realiza mediante una fresa cónica 100 cuyos bordes cortantes forman un ángulo de 45 grados respecto a su eje de rotación 101. La fresa está montada sobre un husillo de mecanizado giratorio 102. Una pieza 400 cilíndrica de revolución (representada con punteado) destinada a formar la leva 40 está montada sobre una plataforma giratoria. Esta última está dispuesta respecto a la fresa 100 de modo que sus ejes 101 y 401 estén paralelos y presenten una separación determinada. La pieza 400 está animada durante la operación de fresado por un movimiento de rotación respecto a su eje 401 (tal y como viene indicado por la flecha R). Simultáneamente, la fresa 100 está animada por un movimiento de traslación (indicado por la flecha T) según su eje 101. El movimiento de traslación se efectúa en un sentido según el cual se aleja la fresa 100 de la pieza cilíndrica 400. La pieza 400 efectúa una rotación de 360 grados mientras que el husillo 102 se traslada de una distancia igual al paso del chaflán helicoidal a generar. Esta operación de fresado conduce a la generación del chaflán helicoidal 41 orientado a 45 grados respecto al eje 401.

Operaciones clásicas de tratamiento térmico y de rectificación pueden a continuación realizarse sobre la superficie helicoidal 41 obtenida (por ejemplo pulido de la superficie helicoidal).

Tal y como visible en la figura 3, el chaflán helicoidal de la leva 40 forma una superficie circunferencial 41 que se ensancha cuando viene recorrida en el sentido inverso al fresado y se empalma, en sus extremos, por un rebajo de forma cónica 45. Este rebajo de forma cónica viene generado por la forma de la fresa cónica durante su ataque radial inicial de la pieza 400.

Por supuesto, variantes del modo de realización descrito arriba pueden ser contempladas. En particular, la forma del rebajo puede variar en función de la trayectoria de ataque inicial de la fresa. Si la fresa cónica penetra en la pieza 400 según un ataque tangencial, el rebajo obtenido será de forma general plana. Si la fresa cónica penetra en la pieza 400 según un ataque oblicuo, el rebajo obtenido será de forma general plana con empalme cónico.

También es posible utilizar una fresa cilíndrica cuyo eje de rotación seria inclinado respecto al eje de la pieza cilíndrica y, según la trayectoria de ataque inicial, obtener un rebajo de forma general cilíndrica, plana o plana con empalme cilíndrico.

Además, cuando el paso del anillo de rodadura es grande respecto al diámetro de las levas, la superficie de rodadura helicoidal debe ser obtenida por un proceso distinto. Por ejemplo, se puede realizar una etapa preliminar de fresado de la pieza cilíndrica mediante una fresa cilíndrica para obtener, en primer lugar, una superficie helicoidal orientada perpendicularmente al eje de la pieza. A continuación, se efectúa una etapa de fresado del bordo de la superficie helicoidal mediante una fresa cónica, para realizar un chaflán helicoidal orientado a 45 grados respecto al eje de la pieza. El chaflán helicoidal así obtenido forma una superficie circunferencial de anchura constante que se empalma con sus extremos mediante un rebajo cónico.

La figura 5 representa el posicionamiento de dos levas 40 y 50 una respecto a otra sobre el eje de accionamiento 30. Las dos levas 40 y 50 presentan, cada una, una superficie 41, 51 de chaflán idéntica. Estas últimas vienen posicionadas una al lado de otra sobre el eje de accionamiento 30, de modo que sus respectivas superficies 41 y 51 de chaflán se sitúen una frente a otra, para formar un anillo de rodadura helicoidal para las bolas 22. Las levas 40 y 50 están, cada una, indexadas sobre el eje 30 mediante su ranura de chaveta 44 o 54. Las ranuras de chaveta 44 y 54 son posicionadas respecto al alisado de las levas 40 y 50 de modo que las superficies de rebajo cónicas 45 y 55 de las levas 40 y 50 estén posicionadas una frente a otra, de modo opuesto, cuando éstas están montadas sobre el eje 30.

Las superficies de rebajo cónico 45 y 55 de las dos levas 40 y 50 forman ventajosamente una zona ensanchada 81 que acoge las bolas 22 y permite su recirculación. Cuando el eje 30 del accionador es accionado en rotación, las bolas 22 ruedan sobre el anillo de rodadura formado por las superficies de chaflán 41 y 51. Cuando una bola 22 alcanza la zona 81 de recirculación donde las dos superficies de chaflán 41 y 51 presentan una anchura máxima, ya no está en contacto con la superficie interior 21 del tubo exterior 20, de modo que ya no rueda. La bola 22 permanece en la zona de recirculación hasta que venga empujada por la llegada de una bola siguiente y así automáticamente reintroducida en el anillo de rodadura.

En la figura 1, la tuerca 70 formada por la asociación de levas 40, 50, 60 presenta la ventaja de no requerir la formación de un anillo de recirculación interno. Así, en esta puesta en obra de la invención, las bolas 22 son automáticamente "recicladas" en cuanto alcancen la zona de recirculación 81 que une los extremos de un anillo de rodadura.

La figura 6 ilustra el posicionamiento de la levas 40, 50 y 60 sucesivas unas respecto a otras sobre el eje de accionamiento 30. Estas levas son dispuestas de modo que las zonas de recirculación de las bolas no estén alineadas. Más precisamente, las levas son orientadas sobre el eje de accionamiento 30 de modo que las zonas de recirculación estén distribuidas angularmente de modo regular alrededor del eje de rotación del eje 30 (eje de rotación y de traslación del accionador). Así, en la figura 6, la tuerca que comprende dos anillos de rodadura formados respectivamente por las levas 40, 50 y 50, 60, presenta dos zonas de recirculación que están dispuestas a 180 grados una respecto a otra alrededor del eje del eje 30.

En el caso de una tuerca que comprende tres anillos de rodadura que presentarían tres zonas de recirculación, las levas serían orientadas de modo que las zonas de recirculación estén dispuestas a 120 grados una respecto a otra alrededor del eje de rotación del eje 30.

Generalmente, en el caso de una tuerca que comprende N anillos de rodadura (formados por N pares de levas), las levas serían orientadas de modo que las zonas de recirculación estén dispuestas a 360/N grados una respecto a otra alrededor del eje de rotación del eje 30.

Esta característica permite evitar un movimiento de nutación del tubo interior 10 respecto al tubo exterior 20 que puede producirse cuando el accionador comporta un solo par de levas (es decir un solo anillo de rodadura) o cuando las zonas de recirculación estén dispuestas alineadas.

En una variante del accionador linear de la figura 1, los tubos interior 10 y exterior 20 son realizados de un material relativamente ligero: por ejemplo, de material compuesto o de plástica o también de una aleación ligera. En todas las variantes del accionador reivindicadas, pistas de rodadura son formadas sobre la superficie interior 21 del tubo exterior 20. Estas pistas de rodadura permiten reducir la presión de Hertz ejercitada por las bolas 22 sobre la superficie del tubo 20. Las pistas de rodadura pueden ser formadas por galeteado de la superficie interior 21 del tubo 20. Las pistas de rodadura pueden ser formadas ventajosamente por las mismas bolas 22 durante la rotación del eje 30. Las bolas 22 producen una deformación plástica de la superficie 21, formando pistas de rodadura.

En el caso en que el tubo exterior 20 es de una aleación ligera, tras haber formado las pistas de rodadura, se aplica sobre la superficie 21 del tubo 20 un tratamiento de ceramización para endurecer esta superficie en profundidad (de 0,1 a 0,2 mm).

La constitución de pistas de rodadura permite aplicar esfuerzos de compresión que no soportaría una superficie cilíndrica lisa. Además, estas pistas permiten aumentar de modo aparente el coeficiente de fricción bola/tubo exterior.

Alternativamente, las pistas de rodadura permiten no aplicar un esfuerzo de pretensado demasiado grande sobre las bolas. Dado que las bolas son guiadas por las pistas de rodadura, no pueden deslizar respecto al cuerpo tubular exterior 20.

Estas pistas de rodadura presentan un paso helicoidal sustancialmente igual al paso helicoidal del anillo de rodadura formado en la tuerca 70.

En esta variante, el accionador comprende, en combinación, pistas de rodadura sobre la superficie interior 21 del tubo exterior 20 y una tuerca 70 que presenta zonas de recirculación en forma de espacios ensanchados. Gracias a esta estructura, cuando una bola alcanza una zona de recirculación, penetra radialmente en el interior de la tuerca 70, de modo que no ya no está en contacto con una de las pistas formadas en el tubo exterior 20. Así, cuando es "reciclada", la bola pasa de una pista de rodadura a una pista adyacente por encima de un borde de pista, siendo este paso de una pista a otra posible gracias al espacio ensanchado que constituye la zona de recirculación.

En aún otra variante del accionador de la figura 1, los tubos interior 10 y exterior 20 son también formados de un material relativamente ligero. Pistas de rodadura son formadas en la superficie interior del tubo exterior 20. Tal y como viene representado en la figura 7, las pistas de rodadura son constituidas por un alambre de acero de alta resistencia 91 posicionado en hélice en el interior del tubo exterior 20. En tal variante, las bolas 22 ruedan apoyadas sobre dos espiras sucesivas del alambre 91. Esta variante permite obtener un contacto entre las bolas 22 y las pistas del tubo 20 mecánicamente positivo (ya no hay fricción, sino apoyo). Las componentes longitudinales de las fuerzas de apoyo sobre las espiras del alambre 91 son apoyos positivos. La superficie interior 21 del tubo exterior 20 comprende una ranura helicoidal 24 destina a recibir el alambre de acero 91.

Esta variante permite utilizar tubos de aluminio, de KEVLAR©, de fibras de carbono o de material plástico moldeado, lo que garantiza la ligereza de la estructura de accionador final obtenida.

En una puesta en obra representada en las figuras 8 y 9, la superficie interior 21 del tubo exterior 20 es lisa. Pistas de rodadura son formadas en la superficie interior del tubo exterior 20. Éstas son constituidas por un primer alambre de acero de alta resistencia 91 posicionado en hélice en el interior del tubo exterior 20 y sobre el cual se apoyan las bolas 22. Un segundo alambre intercalado 92, que presenta un diámetro inferior al del primer alambre 91, se extiende entre las espiras del primer alambre. Este segundo alambre 92 mantiene la separación entre las espiras del primer alambre. Evita en particular que las espiras del primer alambre 91 no se separen durante el paso de una bola 22. De modo preferencial, las bolas 22 no están en contacto con el alambre intermedio 92. Esta puesta en obra es particularmente sencilla y evita tener que utilizar técnicas de mecanizado del tubo exterior 20.

La figura 10 representa aún otra variante de la invención en la que pistas de rodadura son realizadas por deformación plástica en un tubo interno calibrado. El tubo interno 93 es dispuesto en el tubo exterior 20 y soldado a este último.

Las pistas de rodadura en el tubo interno 93 son realizadas como sigue. Se utiliza por ejemplo una máquina de galetear o de formar que comprende un portaruedecilla provisto de tres ruedecillas dispuestas a 120 grados una respecto a otra y orientadas según un ángulo de hélice de la pista a obtener. El tubo interno 93 es fijado sobre un mandril de forma próxima a la del perfil interior a obtener. El portaruedecilla es accionado en rotación. Simultáneamente, el tubo 93 y el mandril son accionados en traslación. La velocidad de traslación del tubo 93 es ajustada de modo que la distancia de traslación sea igual al paso de la hélice a cada revolución del portaruedecilla. La operación puede hacerse de una sola vez y el tubo es entonces fuertemente martillado en frío, lo que aumenta la rigidez y la dureza de la superficie de rodadura. Una vez formado, el tubo 93 es introducido en el tubo exterior 20.

La figura 11 representa una etapa de soldadura del tubo interior 93, en el cual son formadas las pistas de rodadura, en el tubo exterior 20 del accionador. Para solidarizar los dos tubos entre sí, se procede a una serie de soldaduras por punto en el fondo de la pista entre los dos tubos. A tal fin, se utiliza por ejemplo una máquina de soldar por punto que comprende una moleta interior 201 montada sobre un eje 203 y una moleta exterior 202 motorizada. La moleta interior es inclinada respecto al eje 203 según un ángulo igual al ángulo de hélice de las pistas de rodadura. Las soldaduras son realizadas en el fondo de las pistas helicoidales en contacto con el tubo exterior 20. El conjunto así formado constituye un cajón y la deformación axial del conjunto es despreciable. Esta ligera deformación garantiza una linealidad de la transformación del movimiento de rotación en movimiento de traslación en el accionador final.

En el caso de que pistas de rodadura son formadas en la superficie interior del tubo exterior 20, cada leva 40, 50 o 60 presenta un chaflán orientado según un ángulo inferior o igual a 45 grados respecto al eje 401 de la leva, preferiblemente estrictamente inferior a 45 grados y preferiblemente de aproximadamente 35 grados. Esta característica permite disminuir el esfuerzo radial que sirve de apoyo de reacción de las fuerzas aplicadas sobre la pista de rodadura. Además, esta característica facilita el paso de las bolas por encima de los bordes de las pistas durante su recirculación. En efecto, el componente de la fuerza que permite el paso de una bola por encima de un borde de pista (formado por ejemplo por un alambre) pasa por encima del borde de pista.

La figura 12 representa un accionador linear de tipo telescópico. Este accionador es similar al de la figura 1. Comprende un tubo interior 10 y un tubo exterior 20 cuyo diámetro es superior al diámetro del tubo interior 10. El tubo interior 10 se extiende parcialmente en el tubo exterior 20. Comprende también una tuerca 70 constituida por una sucesión de levas 40, 50 y 60 de formas generales cilíndricas.

El accionador linear representado en la figura 12 comprende además un tercer tubo 300 cuyo diámetro es superior al del tubo exterior 20. El tubo exterior se extiende parcialmente en el tercer tubo 300. La tuerca 370 es conectada rígidamente al tubo exterior 20, de modo que el tubo exterior 20 sea capaz de accionar en rotación una tuerca 370 que comprende levas 340 y 350.

Los tubos 10 y 300 están bloqueados en rotación uno respecto a otro y son capaces de ser accionados para deslizar uno respecto a otro según su dirección longitudinal. El tubo exterior 20 viene montado flotante, es decir, no es bloqueado en rotación ni con el tubo interior 10 ni con el tercer tubo 300.

Cuando el motor 2 del accionador de la figura 12 está en marcha, acciona en rotación la tuerca 70 que comprende las levas 40, 50 y 60. Las bolas 22 ruedan entonces entre su anillo de rodadura y la superficie interior del tubo intermedio 20. Dado que los tubos 10 y 300 son bloqueados en rotación uno respecto a otro, la rotación de la tuerca 70 acciona la traslación del tubo interior 10 respecto al conjunto tubo exterior 20 y tercer tubo 300. Esta traslación viene limitada por un tope.

Cuando los tubos interior 10 y exterior 20 llegan vienen a topar uno respecto a otro, los tubos 10 y 20 son accionados en rotación simultáneamente. El tubo exterior 20 acciona entonces en rotación la tuerca 370 que comprende las levas 340 y 350. Las bolas 22 ruedan entonces entre su anillo de rodadura formado por las levas 340 y 350 y la superficie interna del tercer tubo 300. Dado que los tubos 10 y 300 son bloqueados en rotación uno respecto a otro, la rotación de la tuerca 370 acciona la traslación del conjunto tubo interior 10 y tubo exterior 20 respecto al tercer tubo
300.

De allí resulta que el accionador telescópico así realizado se despliegue en dos tiempos. En un primer tiempo, el tubo interior 10 se traslada respecto a los tubos exterior 20 y tercer tubo 300, a continuación, en un segundo tiempo, los tubos interior 10 y exterior 20 se trasladan respecto al tercer tubo 300. Este despliegue en dos tiempos es debido a que el par necesario para accionar la tuerca 370 en rotación respecto al tercer tubo es superior al par necesario para accionar la tuerca 70 en rotación respecto al tubo exterior.

El despliegue puede también hacerse de modo aleatorio en función de los pares de fricción que aparecen en el mecanismo.

Tal accionador telescópico presenta la ventaja de poder alcanzar mayores longitudes de despliegue que en el caso de un accionador simple tal y como viene representado en la figura 1.

En el accionador representado en la figura 12, la tuerca 70 comprende dos pares de levas y la tuerca 370 comprende un solo par de levas. Por supuesto, es posible realizar accionadores telescópicos que presentan un mayor número de tubos y un número distinto de levas.

La figura 13 representa el accionador de la figura 12 en posición desplegada.

Los tubos 20 y 300 presentan, cada uno, sobre sus superficies interiores, pistas de rodadura. Estas pistas presentan, preferiblemente, el mismo paso. Así, el despliegue del accionador se hará con una velocidad constante. Además, será posible, contando el número de revoluciones del motor, conocer la posición exacta del accionador.

Si las pistas de los tubos 20 y 300 presentan pasos distintos, la velocidad de despliegue del accionador variará según el tubo que será en movimiento a un momento determinado.

De modo general, en un accionador telescópico que comprende una pluralidad de tubos capaces de ser accionados en traslación uno respecto a otro, se puede escoger fijar pasos de pista distintos para los distintos tubos. Se obtiene así un accionador telescópico que se despliegue con valores de coeficiente de reducción motor/movimiento programables en secuencia sobre la carrera total del accionador. Esta característica permite adaptar la evolución del par motor suministrado en función del perfil de la carga subida por el accionador durante su despliegue, siendo este perfil determinado por trozos.

Si se quiere que los tubos se desplieguen en un determinado orden, es posible añadir medios de frenado en rotación de los tubos unos respecto a otros (por ejemplo una o varias junta(s) tórica(s) que friccionan contra el tubo) para que éstos se desplieguen en secuencia.

La descripción que precede se refiere a un ejemplo de accionador linear en el cual los medios de accionamiento de la tuerca comprenden un motor eléctrico 2. Se comprenderá que es, por supuesto, posible utilizar otros tipos de medios de accionamiento: motor hidráulico o similar.

Ahora describiremos más en detalle el paso de una bola de una pista de rodadura a otra en el caso de un accionador que comprende un tubo exterior 20 cuya superficie interior presenta pistas de rodadura.

La figura 14 representa una bola 22 de centro O mantenida entre las superficies de chaflán 41 y 51 de las levas 40 y 50 y una pista de rodadura formada por ejemplo por dos alambres 92 y 94. Los puntos de contacto entre la bola 22 y la leva 40, la leva 50, el alambre 92 y el alambre 94, son designados respectivamente con B, D, C y A. El ángulo entre el plano P de sección recta del accionador que pasa por O y la recta (OA) es designado con \alpha_{1} y el ángulo entre el plano P y la recta (OB) es designado con \alpha_{2}. Las fuerzas ejercitadas sobre la bola por las levas y la pista de rodadura son designadas con F_{A}, F_{B}, F_{C} y F_{D}.

Si \alpha_{1} = \alpha_{2}, tenemos F_{A} = F_{B}, de modo que la bola se halla en equilibrio y las fuerzas F_{C} y F_{D} son nulas.

Si \alpha_{1} > \alpha_{2}, tenemos F_{A} + F_{B} + F_{C} = 0 y la fuerza F_{D} ejercitada por la leva 50 es nula.

Si \alpha_{1} < \alpha_{2}, tenemos F_{A} + F_{B} + F_{D} = 0 y la fuerza F_{C} ejercitada por la leva 40 es nula.

Las levas 40 y 50 son accionadas en rotación, de modo que la bola 22 alcance una zona ensanchada de recirculación, tal y como viene ilustrado en la figura 15. A partir de este momento, la bola 22 ya no está en contacto con la leva 50, de modo que ya no se encuentra en equilibrio, dado que ninguna fuerza se aplica en D. La bola 22 es sometida a una fuerza que le confiere una aceleración que le permite soltarse de la pista de rodadura y pasar el alambre 94 para posicionarse sobre la pista adyacente.

El paso de la bola 22 de una pista a otra sólo puede realizarse si \alpha_{1} < \alpha_{2}, de modo que la resultante de los esfuerzos sobre la bola pase por encima del alambre 94.

Además, si se tienen en cuenta los fricciones que se ejercen sobre la bola 22 y si son designados con \phi_{1} y \phi_{2} los ángulos de fricción entre la bola y el alambre 94 y entre la bola y la leva 40, una condición para que tenga lugar el paso de bola de una pista a otra es: \alpha_{1} + \phi_{1} + \phi_{2} < \alpha_{2}. Tomando \phi_{1} y \phi_{2} del orden de 5 grados (contacto lubrificado), y \alpha_{1} del orden de 35 a 45 grados, se deduce que \alpha_{2} debe ser superior a 45 o 55 grados.

Para facilitar el paso de bolas de una pista a otra y conservar un buen rendimiento, se puede escoger \alpha_{2} entre 50 y 60 grados, preferiblemente de 55 grados. Cuando \alpha_{2} es del orden de 55 grados, la leva 40 presenta una superficie 41 de chaflán helicoidal orientada a 35 grados respecto al plano P. Una leva que presenta tal chaflán helicoidal puede ser obtenida mediante mecanizado de una pieza cilíndrica con una fresa cónica que presenta un medio ángulo en el vértice de 55 grados.

Por otra parte, la figura 16 representa el posicionamiento de dos levas 40 y 50 una respecto a otra. El plano Q se extiende transversalmente al plano del esquema y pasa por el eje de rotación de la tuerca 70 que incluye las dos levas 40 y 50. Las levas 40 y 50 son idénticas. Están dispuestas una frente a otra, de modo que las superficies de rodadura 41 y 51 estén una frente a otra. Las levas son indexadas por sus ranuras de chaveta (ver figura 5), extendiéndose las ranuras de chaveta en el plano Q. Tal y como viene representado en la figura 16, las ranuras de chaveta son posicionadas de modo que formen un ángulo \theta respecto al punto de referencia constituido por un extremo de la superficie helicoidal correspondiente al plano de ataque de la fresa.

El ángulo \theta puede ajustarse con el fin de minimizar el espacio de evolución de las bolas en la zona de recirculación 81, para evitar la presencia de varias bolas simultáneamente en esta zona y conservar el mayor número posible de bolas "que trabajan". El ajuste del ángulo \theta depende en particular del paso del anillo de rodadura, de la orientación de las superficies de leva 41 y 51, del diámetro de las bolas 22, del diámetro de los alambres 92 y 94 utilizados para la realización de las pistas.

Un modo de determinar este ángulo \theta consiste en determinar los volúmenes en los cuáles evoluciona el centro O de una bola cuando se encuentra respectivamente en apoyo sobre una de las superficies de leva, en apoyo sobre la otra superficie de leva y en apoyo sobre las pistas de rodadura. La intersección de estos volúmenes representa el espacio en el cual viene guiada la bola. Este espacio puede ser modificado haciendo variar el ángulo \theta. El espacio de intersección debe ser a la vez suficientemente extendido para que una bola pueda entrar en la zona de recirculación y evolucionar en el anillo de rodadura helicoidal y suficientemente limitado para evitar que varias bolas se hallen simultáneamente en la zona de recirculación 81. La forma del espacio obtenido depende del ángulo \theta y también de la forma de las superficies de rebajo de las levas.

Claims (17)

1. Accionador que comprende un primer cuerpo tubular (20), una tuerca (70) posicionada en el lado exterior del cuerpo tubular (20) y que presenta al menos un anillo de rodadura (41-51; 52-62) que comprende una parte helicoidal que se extiende alrededor de la tuerca (70) según un ángulo inferior a 360º y una parte ensanchada (81) que constituye una zona de recirculación de bolas (22) dispuesta entre el anillo de rodadura (41-51, 52-62) y la superficie interior (21) que corresponde a este primer cuerpo tubular (20) y que comporta pistas de rodadura helicoidales para el guiado de dichas bolas (22), caracterizado porque la tuerca (79) comprende varios elementos alineados (40, 50, 60) de forma general cilíndrica y que presentan, cada uno, al menos un chaflán (41-51; 52-62) que forma una superficie de leva helicoidal, formando los chaflanes (41-51; 52-62), de dos en dos, anillos de rodadura helicoidales en los cuales son posicionadas las bolas (22).

2. Accionador según la reivindicación 1, caracterizado porque las pistas de rodadura en la superficie interior (21) del primer cuerpo tubular (20) presentan un paso helicoidal sustancialmente igual al paso helicoidal del anillo de rodadura (41-51; 52-62) de la tuerca (70).

3. Accionador según cualquiera de la reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la tuerca (70) comprende varios anillos de rodadura (41-51; 52-62), presentando cada uno de los anillos una zona de recirculación de las bolas, y porque los anillos de rodadura son dispuestos de modo que las zonas de recirculación de las bolas no estén alineadas según una dirección de traslación del accionador.

4. Accionador según la reivindicación 3, caracterizado porque los anillos de rodadura (41-52; 52-62) son dispuestos de modo que las zonas de recirculación estén distribuidas angularmente de modo regular alrededor de la dirección de traslación del accionador.

5. Accionador según cualquiera de la reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada superficie de leva helicoidal (41, 51, 52, 62) forma un rebajo (45, 55), y porque dos elementos (40, 50, 60) son posicionados uno respecto a otro de modo que sus rebajos (45, 55) se sitúen uno frente a otro, formando dichos rebajos la zona de recirculación (81) de las bolas (22).

6. Accionador según cualquiera de la reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el pretensado ejercitado sobre las bolas (22) viene generado apretando los elementos (40, 50, 60) uno hacia otro.

7. Accionador según la reivindicación 6, caracterizado porque comporta una tuerca de ajuste (4) de los elementos (40, 50, 60), para ajustar el pretensado ejercitado sobre las bolas (22).

8. Accionador según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende medios elásticos (5) interpuestos entre la tuerca de ajuste (4) y los elementos (40, 50, 60) de la tuerca (70) a través de los cuales la tuerca de ajuste (4) ejerce un pretensado sobre los elementos (40, 50, 60).

9. Accionador según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada elemento (40, 50, 60) está formado a partir de una pieza cilíndrica de sección recta (400), una de las aristas circulares de la cual está achaflanada, para formar dicha superficie de leva helicoidal inclinada respecto al eje (401) de la parte cilíndrica (400), uniéndose los extremos de la superficie helicoidal mediante una superficie de rebajo (45) de forma general cónica.

10. Accionador según la reivindicación 9, caracterizado porque el anillo de rodadura (41-51; 52-62) comprende una zona ensanchada (81) de recirculación de las bolas (22) definida por las superficies de rebajo de dos elementos (40, 50), siendo las superficies de rebajo posicionadas una frente a otra, de modo opuesto.

11. Accionador según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios de accionamiento (2) destinados a accionar la tuerca (70) comportan un motor montado fijo en el interior de un segundo cuerpo tubular (10) capaz de ser accionado en traslación respecto al primer cuerpo tubular (20).

12. Accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los anillos de rodadura al nivel de la superficie interior (21) del cuerpo tubular (20) son formados por deformación plástica de esta superficie interior (21) por las bolas (22), seguida de un tratamiento para endurecer esta superficie interior (21) del cuerpo tubular (20).

13. Accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los anillos de rodadura al nivel de la superficie interior (21) del primer cuerpo tubular (20) están formadas por al menos un alambre (91) posicionado en forma de hélice en el interior del primer cuerpo tubular (20).

14. Accionador según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende un primer alambre (91) posicionado en forma de hélice en el interior del primer cuerpo tubular (20), en el cual vienen a apoyarse las bolas (22) y un segundo alambre intercalado (92) que presenta un diámetro inferior al del primer alambre (91) y que se extiende entre las espiras del primer alambre (91), manteniendo este segundo alambre (92) la separación entre las espiras del primer alambre (91).

15. Accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende un tubo interno (93) dispuesto en el cuerpo tubular (20) y soldado a este último, presentando el tubo interno (93) las pistas de rodadura realizadas por galeteado.

16. Accionador según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta un tercer cuerpo tubular (300), siendo el primer cuerpo tubular (20) conectado a una segunda tuerca (370), provocando la rotación de la segunda tuerca (370) la traslación del tercer cuerpo respecto al primer cuerpo tubular (20), constituyendo el accionador así un accionador de tipo telescópico.

17. Accionador según cualquiera de las reivindicaciones que preceden, caracterizado porque el primer cuerpo tubular (20) está realizado de aluminio, KEVLAR©, fibras de carbono o material plástico moldeado.