U svijetu prijenosa, kuglasti vijak je nezamjenjiva ključna mehanička komponenta. To je najčešće korišten prijenosni element u alatnim strojevima i preciznim strojevima, a njegova glavna funkcija je pretvaranje rotacijskog gibanja u linearno gibanje. Zbog male otpornosti na trenje, kuglasti vijci se široko koriste u raznim industrijskim uređajima i preciznim instrumentima.
Kuglični vijak sastoji se od vijka, matice, čeličnih kuglica, prednapregnutog lima, reverzera i uređaja otpornog na prašinu. Njegova funkcija je pretvaranje rotacijskog gibanja u linearno, odnosno mijenjanje ležaja iz kliznog u kotrljajuće djelovanje.
Godine 1898. ljudi su prvi pokušali dodati čelične kuglice između matice i vijka, transformirajući klizni kontakt tradicionalnog vijka u kotrljajući kontakt; zamjena trenja klizanja trenjem kotrljanja, pretvaranje rotacijskog gibanja čeličnih kuglica u matici u linearno gibanje i pretvaranje momenta u aksijalnu ponovljenu silu, kako bi se poboljšalo loše pozicioniranje i lako oštećenje tradicionalnih vijaka.
Kuglični vijak je izumio Rudolph G. Boehm iz Teksasa i dobio je američki patent 1929. godine.
Kada se kuglasti vijak koristi kao aktivno tijelo, matica će se pretvoriti u linearno gibanje prema smjeru odgovarajuće specifikacije s kutom rotacije šipke vijka. Pasivni obradak može se povezati s maticom kroz sjedište matice, čime se ostvaruje odgovarajuće linearno gibanje.
Kuglični vijak je metalni, obično izrađen od čelika, a sastoji se od matice s unutarnjim navojem i vijka. Spiralni utor matice odgovara spiralnom utoru vijka.
Unutar utora, sadržanih unutar matice, nalazi se mnogo malih kuglica izrađenih od kromiranog čelika. Kada kuglice kruže u matici, omogućavaju glatko kretanje ispod vijka. Deflektorska ploča ili povratni sustav drži kuglice i tjera ih da cirkuliraju kroz maticu.
Kada se koriste s motorom, kuglični vijci imaju učinkovitost do 90%. Prilično su precizni, s točnošću od nekoliko tisućinki inča po stopi. Mnoge industrije koriste kuglične vijače za preciznu kontrolu, uključujući zrakoplovnu, računalnu, elektroničku, automobilsku i medicinsku industriju.
Kuglični vijci se također često koriste u proizvodnim procesima i uobičajeni su u robotima, automatiziranim montažnim linijama, opremi za rukovanje materijalima, transporterima, alatnim strojevima, žičanim kontrolama i opremi za preciznu montažu.
Sklop kugličnog navrtanja sastoji se od vijka i matice, svaki s odgovarajućim spiralnim utorima. Kuglice se kotrljaju između ovih utora i osiguravaju jedini kontakt između matice i vijka.
Kada se vijak ili matica okreće, kuglice se odbijaju pomoću deflektora u povratni sustav kuglice matice i one prolaze kroz povratni sustav kontinuiranom putanjom do suprotnog kraja kuglične matice. Zatim kuglice izlaze iz povratnog sustava u kanale navoja kuglastog vijka i matice za recirkulaciju u zatvorenoj petlji.
Kuglična matica određuje opterećenje i životni vijek sklopa kugličnog navrtanja. Omjer broja navoja u petlji kuglaste matice i broja navoja na kuglastom vijaku određuje u kojoj će mjeri kuglasta matica doći do zamornog sloma (habanja) brže od kuglastog vijaka.
Kuglasta matica sadrži dvije vrste povratnih metoda kuglice: tip vanjske cirkulacije i tip unutarnje cirkulacije.
Vrsta vanjske cirkulacije: Kuglice se vraćaju na suprotni kraj petlje kroz povratnu cijev, a povratna cijev kuglice strši iznad vanjskog promjera kuglaste matice.
Vrsta unutarnje cirkulacije: Kuglice se vraćaju kroz ili duž stijenke matice, ispod vanjskog promjera kuglične matice.
Tip unutarnje cirkulacije ima rotirajući krug (kao što je prikazano na gornjoj slici). Kuglice su prisiljene da se popnu preko vrha navoja na vijku kroz povratni sustav. To se zove unutarnji povratni sustav s križnim-deflektorom. U kugličnoj matici tipa križnog deflektora, kuglica tjera osovinu da se okrene samo za jedan krug, a povratni put zatvara kuglični deflektor (B) u matici (C), dopuštajući kuglicama da prelaze između susjednih utora u točkama (A) i (D).
Kada se dugi kuglični vijak okreće velikom brzinom, počet će vibrirati kada omjer vitkosti dosegne prirodni harmonik dimenzija osovine. To se naziva kritičnom brzinom i može biti vrlo štetno za vijek trajanja kugličnog vretena. (Sigurna radna brzina ne smije premašiti 80% kritične brzine vijka.)
Neke primjene zahtijevaju veće duljine osovine i velike brzine, a to su sva mjesta gdje je potreban sklop rotirajuće kuglaste matice.