I transmisjonsverdenen er kuleskruen den uunnværlige mekaniske nøkkelkomponenten. Det er det mest brukte transmisjonselementet i verktøymaskineri og presisjonsmaskineri, og hovedfunksjonen er å konvertere roterende bevegelse til lineær bevegelse. På grunn av sin lille friksjonsmotstand, er kuleskruer mye brukt i forskjellig industrielt utstyr og presisjonsinstrumenter.
Kuleskruen er sammensatt av en skrue, en mutter, stålkuler, et forspenningsark, en reverser og en støvtett enhet. Dens funksjon er å konvertere roterende bevegelse til lineær bevegelse, det vil si å endre lageret fra glidende handling til rullende handling.
I 1898 gjorde folk det første forsøket på å legge til stålkuler mellom mutteren og skruen, og forvandlet glidekontakten til den tradisjonelle skruen til rullende kontakt; erstatte glidefriksjon med rullefriksjon, konvertere den roterende bevegelsen til stålkulene i mutteren til lineær bevegelse, og konvertere dreiemoment til aksial gjentatt kraft, for å forbedre den dårlige posisjoneringen og den enkle skaden til tradisjonelle skruer.
Kuleskruen ble oppfunnet av Rudolph G. Boehm fra Texas og fikk amerikansk patent i 1929.
Når kuleskruen brukes som det aktive legemet, vil mutteren konverteres til lineær bevegelse i henhold til ledningen til den tilsvarende spesifikasjonen med rotasjonsvinkelen til skruestangen. Det passive arbeidsstykket kan kobles til mutteren gjennom muttersetet, og derved realisere den tilsvarende lineære bevegelsen.
Kuleskrueenheten er metallisk, vanligvis laget av stål, og består av en innvendig gjenget mutter og en skrue. Spiralsporet på mutteren matcher spiralsporet til skruen.
Inne i sporene, inne i mutteren, er det mange små kuler laget av kromstål. Når kulene sirkulerer i mutteren, gir kulene jevn bevegelse under skruen. Deflektorplaten eller retursystemet holder kulene og får dem til å sirkulere gjennom mutteren.
Når de brukes med en motor, er kuleskruer opptil 90 % effektive. De er ganske presise, med en nøyaktighet på noen få tusendeler av en tomme per fot. Mange bransjer bruker kuleskruer for presis kontroll, inkludert romfart, datamaskin, elektronikk, bilindustri og medisinsk industri.
Kuleskruer brukes også ofte i produksjonsprosesser og er vanlige i roboter, automatiserte samlebånd, materialhåndteringsutstyr, transportører, maskinverktøy, wirekontroller og presisjonsmonteringsutstyr.
Kuleskrueenheten er sammensatt av en skrue og en mutter, hver med matchende spiralspor. Kulene ruller mellom disse sporene og gir den eneste kontakten mellom mutteren og skruen.
Når skruen eller mutteren roterer, avbøyes kulene av deflektoren inn i mutterens kuleretursystem, og de passerer gjennom retursystemet i en kontinuerlig bane til motsatt ende av kulemutteren. Deretter går kulene ut av retursystemet inn i gjengeløpene til kuleskruen og mutteren for resirkulering i en lukket sløyfe.
Kulemutteren bestemmer belastningen og levetiden til kuleskrueenheten. Forholdet mellom antall gjenger i kulemuttersløyfen og antall gjenger på kuleskruen bestemmer i hvilken grad kulemutteren vil nå utmattingssvikt (slitasje) raskere enn kuleskruen.
Kulemutteren inneholder to typer kulereturmetoder: ekstern sirkulasjonstype og intern sirkulasjonstype.
Ekstern sirkulasjonstype: Kulene går tilbake til motsatt ende av løkken gjennom returrøret, og kulereturrøret stikker ut over kulemutterens ytre diameter.
Intern sirkulasjonstype: Kulene går tilbake gjennom eller langs mutterveggen, under kulemutterens ytre diameter.
Den interne sirkulasjonstypen har en roterende krets (som vist i figuren over). Kulene tvinges til å klatre over toppen av gjengen på skruen gjennom retursystemet. Dette kalles et internt retursystem av typen kryss-deflektor. I en kulemutter av typen kryss-deflektor får kulen bare akselen til å rotere én omdreining, og returbanen lukkes av kuleavlederen (B) i mutteren (C), slik at kulene kan krysse mellom tilstøtende spor i punktene (A) og (D).
Når en lang kuleskrue roterer med høy hastighet, vil den begynne å vibrere når slankhetsforholdet når den naturlige harmoniske av akselens dimensjoner. Dette kalles den kritiske hastigheten og kan være svært skadelig for kuleskruens levetid. (Sikker driftshastighet bør ikke overstige 80 % av skruens kritiske hastighet.)
Noen applikasjoner krever lengre aksellengder og høye hastigheter, og dette er alle steder hvor den roterende kulemutteren er nødvendig.