У світі трансмісії кулькова гвинтова передача є незамінним ключовим механічним компонентом. Це найбільш часто використовуваний елемент трансмісії в інструментальних і точних машинах, і його основна функція полягає в перетворенні обертового руху в лінійний рух. Завдяки малому опору тертя кулькові гвинти широко використовуються в різноманітному промисловому обладнанні та точних інструментах.
Кульковий гвинт складається з гвинта, гайки, сталевих кульок, листа попереднього натягу, реверсу та пилозахисного пристрою. Його функція полягає в тому, щоб перетворювати обертовий рух у лінійний рух, тобто змінювати підшипник з ковзання на кочення.
У 1898 році люди зробили першу спробу додати сталеві кульки між гайкою та гвинтом, перетворивши ковзний контакт традиційного гвинта в контакт кочення; заміна тертя ковзання на тертя кочення, перетворення обертального руху сталевих кульок у гайці на лінійний рух і перетворення крутного моменту в осьову повторювану силу, щоб покращити погане позиціонування та легке пошкодження традиційних гвинтів.
Гвинтова кулька була винайдена Рудольфом Г. Бемом із Техасу та отримала патент США в 1929 році.
Коли кульковий гвинт використовується як активне тіло, гайка перетворюється на лінійний рух відповідно до відповідної специфікації з кутом повороту стрижня гвинта. Пасивна заготовка може бути з'єднана з гайкою через посадочне місце гайки, таким чином реалізуючи відповідний лінійний рух.
Кульковий гвинт є металевим, зазвичай виготовленим зі сталі, і складається з гайки з внутрішньою різьбою та гвинта. Спіральна канавка гайки відповідає спіральній канавці гвинта.
Усередині канавок, які містяться всередині гайки, є багато маленьких кульок із хромованої сталі. Коли кульки циркулюють в гайці, кульки забезпечують плавний рух під гвинтом. Дефлекторна пластина або система повернення утримує кульки та змушує їх циркулювати через гайку.
При використанні з двигуном кулькові гвинти мають ефективність до 90%. Вони досить точні, з точністю до кількох тисячних дюйма на фут. Багато галузей промисловості використовують кулькові гвинти для точного керування, включаючи аерокосмічну, комп’ютерну, електронну, автомобільну та медичну промисловість.
Кулькові гвинти також часто використовуються у виробничих процесах і поширені в роботах, автоматизованих складальних лініях, транспортно-розвантажувальному обладнанні, конвеєрах, верстатах, дротових елементах управління та прецизійному монтажному обладнанні.
Гвинтова кулька складається з гвинта та гайки, кожна з яких має відповідні спіральні канавки. Кульки котяться між цими канавками і забезпечують єдиний контакт між гайкою та гвинтом.
Коли гвинт або гайка обертається, кульки відхиляються дефлектором у систему повернення кульки гайки, і вони проходять через систему повернення безперервним шляхом до протилежного кінця кулькової гайки. Потім кульки виходять із зворотної системи в канали різьблення кулькового гвинта та гайки для рециркуляції в замкнутому контурі.
Кулькова гайка визначає навантаження та термін служби кулько-гвинтового вузла. Співвідношення кількості ниток у петлі кулькової гайки до кількості ниток на кульковому гвинті визначає ступінь, до якої кулькова гайка досягне втомного руйнування (зношення) швидше, ніж кулькова гвинта.
Кулькова гайка має два типи методів повернення кульки: тип зовнішньої циркуляції та тип внутрішньої циркуляції.
Зовнішній циркуляційний тип: кульки повертаються до протилежного кінця петлі через зворотну трубку, а зворотна трубка виступає над зовнішнім діаметром кулькової гайки.
Тип внутрішньої циркуляції: кульки повертаються крізь або вздовж стінки гайки, нижче зовнішнього діаметра кулькової гайки.
Тип внутрішньої циркуляції має обертовий контур (як показано на малюнку вище). Кульки змушені перелазити через верхню частину різьби на гвинті через систему повернення. Це називається системою внутрішнього повернення з перехресним-дефлектором. У кульковій гайці з перехресним-дефлектором кулька повертає вал лише на один оберт, а зворотний шлях закривається кульковим дефлектором (B) у гайці (C), що дозволяє кулькам перетинатися між сусідніми канавками в точках (A) і (D).
Коли довгий кульковий гвинт обертається на високій швидкості, він почне вібрувати, коли коефіцієнт стрункості досягне природної гармоніки розмірів валу. Це називається критичною швидкістю і може дуже негативно вплинути на термін служби кулькової гвинтової передачі. (Безпечна робоча швидкість не повинна перевищувати 80% критичної швидкості гвинта.)
Деякі види застосування вимагають більшої довжини валу та високих швидкостей, і це всі місця, де потрібен обертовий вузол кулькової гайки.