في عالم ناقل الحركة، يعتبر اللولب الكروي مكونًا ميكانيكيًا رئيسيًا لا غنى عنه. إنه عنصر النقل الأكثر استخدامًا في آلات الأدوات والآلات الدقيقة، وتتمثل مهمته الرئيسية في تحويل الحركة الدوارة إلى حركة خطية. بسبب مقاومة الاحتكاك الصغيرة، يتم استخدام اللولب الكروي على نطاق واسع في مختلف المعدات الصناعية والأدوات الدقيقة.
يتكون اللولب الكروي من المسمار، والجوز، والكرات الفولاذية، وصفيحة التحميل المسبق، والعاكس، وجهاز مقاوم للغبار. وتتمثل وظيفتها في تحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية، أي تغيير المحمل من حركة الانزلاق إلى حركة التدحرج.
في عام 1898، قام الناس بأول محاولة لإضافة كرات فولاذية بين الصامولة والمسمار، مما أدى إلى تحويل الاتصال المنزلق للبرغي التقليدي إلى اتصال متدحرج؛ استبدال الاحتكاك المنزلق بالاحتكاك المتدحرج، وتحويل الحركة الدوارة للكرات الفولاذية في الصامولة إلى حركة خطية، وتحويل عزم الدوران إلى قوة محورية متكررة، وذلك لتحسين الوضع السيئ والتلف السهل للبراغي التقليدية.
تم اختراع اللولب الكروي بواسطة رودولف جي. بوهم من تكساس وحصل على براءة اختراع أمريكية في عام 1929.
عندما يتم استخدام اللولب الكروي كجسم نشط، فإن الجوز سوف يتحول إلى حركة خطية وفقًا لسلسلة المواصفات المقابلة مع زاوية دوران قضيب اللولب. يمكن توصيل قطعة العمل السلبية مع الصامولة من خلال مقعد الصامولة، وبالتالي تحقيق الحركة الخطية المقابلة.
مجموعة اللولب الكروي معدنية، وعادة ما تكون مصنوعة من الفولاذ، وتتكون من صامولة ملولبة داخليًا ومسمار. يتطابق الأخدود الحلزوني للجوز مع الأخدود الحلزوني للمسمار.
يوجد داخل الأخاديد الموجودة داخل الجوز العديد من الكرات الصغيرة المصنوعة من الفولاذ الكرومي. عندما تدور الكرات في الجوز، توفر الكرات حركة سلسة تحت المسمار. لوحة منحرف أو نظام العودة يحمل الكرات ويجعلها تدور من خلال الجوز.
عند استخدامها مع محرك، تكون البراغي الكروية فعالة بنسبة تصل إلى 90%. إنها دقيقة تمامًا، حيث تصل دقتها إلى بضعة أجزاء من الألف من البوصة لكل قدم. تستخدم العديد من الصناعات اللوالب الكروية للتحكم الدقيق، بما في ذلك صناعات الطيران والكمبيوتر والإلكترونيات والسيارات والصناعات الطبية.
تُستخدم اللوالب الكروية أيضًا بشكل متكرر في عمليات التصنيع وهي شائعة في الروبوتات وخطوط التجميع الآلية ومعدات مناولة المواد والناقلات والأدوات الآلية وأدوات التحكم في الأسلاك ومعدات التجميع الدقيقة.
تتكون مجموعة اللولب الكروي من برغي وصمولة، كل منها مزود بأخاديد حلزونية متطابقة. تتدحرج الكرات بين هذه الأخاديد وتوفر جهة الاتصال الوحيدة بين الجوز والمسمار.
عندما يدور المسمار أو الصامولة، تنحرف الكرات بواسطة العاكس إلى نظام إرجاع الكرة الخاص بالصامولة، وتمر عبر نظام الإرجاع في مسار مستمر إلى الطرف المقابل من الصامولة الكروية. ثم تخرج الكرات من نظام الإرجاع إلى المجاري المائية اللولبية والجوز لإعادة التدوير في حلقة مغلقة.
يحدد الجوز الكروي الحمل وعمر الخدمة لمجموعة اللولب الكروي. تحدد نسبة عدد الخيوط في حلقة صامولة الكرة إلى عدد الخيوط الموجودة على المسمار الكروي إلى أي مدى ستصل صامولة الكرة إلى فشل الكلال (التآكل) بشكل أسرع من المسمار الكروي.
يحتوي الجوز الكروي على نوعين من طرق إرجاع الكرة: نوع الدوران الخارجي ونوع الدوران الداخلي.
نوع التدوير الخارجي: تعود الكرات إلى الطرف المقابل للحلقة من خلال أنبوب الإرجاع، ويبرز أنبوب إرجاع الكرة فوق القطر الخارجي لصمولة الكرة.
نوع الدوران الداخلي: تعود الكرات من خلال جدار الجوز أو على طوله، أسفل القطر الخارجي لجوز الكرة.
يحتوي نوع التدوير الداخلي على دائرة دوارة (كما هو موضح في الشكل أعلاه). تُجبر الكرات على الصعود فوق الجزء العلوي من الخيط الموجود على المسمار من خلال نظام الإرجاع. وهذا ما يسمى بنظام الإرجاع الداخلي من نوع العاكس المتقاطع-. في الصامولة الكروية ذات العاكس المتقاطع -، تجعل الكرة العمود يدور دورة واحدة فقط، ويتم إغلاق مسار العودة بواسطة حارف الكرة (B) في الصامولة (C)، مما يسمح للكرات بالعبور بين الأخاديد المتجاورة عند النقطتين (A) و(D).
عندما تدور الكرة اللولبية الطويلة بسرعة عالية، فإنها ستبدأ بالاهتزاز بمجرد أن تصل نسبة النحافة إلى التوافق الطبيعي لأبعاد العمود. وهذا ما يسمى بالسرعة الحرجة ويمكن أن يكون ضارًا جدًا بعمر خدمة اللولب الكروي. (يجب ألا تتجاوز سرعة التشغيل الآمنة 80% من السرعة الحرجة للمسمار.)
تتطلب بعض التطبيقات أطوال عمود أطول وسرعات عالية، وهذه كلها أماكن تتطلب تجميع صامولة الكرة الدوارة.