Los investigadores siguen buscando maneras de mejorar la precisión de los sistemas de posicionamiento lineal, reducir o eliminar el juego y facilitar su uso. A continuación, se presentan los avances más recientes.

Independientemente de si el movimiento lineal necesario es pequeño o grande, la precisión y la fiabilidad del posicionamiento son atributos esenciales en los sistemas lineales. Dos centros de investigación que suelen desarrollar productos para uso espacial, el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de Alabama y el Centro de Investigación Lewis de Cleveland, han desarrollado dispositivos de posicionamiento lineal que presentan mejoras en estos atributos. Uno de estos dispositivos se desarrolló inicialmente para uso espacial, mientras que el otro se diseñó para aplicaciones terrestres. Sin embargo, ambos ofrecen ventajas a la industria de la transmisión de energía.

Los ingenieros del Centro Marshall de Vuelos Espaciales necesitaban un actuador lineal para vehículos espaciales. Este actuador moverá el conjunto de toberas del motor principal. En combinación con otro actuador en el mismo plano horizontal, pero girado 90 grados, controlará los movimientos de cabeceo, alabeo y guiñada del vehículo. Las tolerancias de estos movimientos son de ±0,050 pulg.

Funcionalmente, el actuador debe proporcionar movimientos lineales progresivos con precisión a estos objetos de gran tamaño y mantener su posición ante cargas pesadas. La solución fue un actuador lineal electromecánico. Este proporciona un movimiento progresivo hasta un máximo de 15 cm. Su recorrido mínimo es inferior a 0,127 cm. Puede soportar cargas de hasta 20.488 kg.

Este actuador, que convierte el movimiento rotatorio en lineal, es un dispositivo limpio y sencillo que puede sustituir a los actuadores hidráulicos en aplicaciones que requieren un movimiento potente y controlado. Además, requiere poco mantenimiento para su limpieza e inspección, y ayuda a reducir el tiempo necesario para la cualificación del sistema de vuelo.

Este diseño utiliza un resolver y una característica relativamente nueva: un sistema de engranajes antijuego. El resolver mide el movimiento angular incremental, que controla el movimiento lineal incremental. Su precisión es de 6 arcos/min. La relación entre rotación y traslación se conoce a partir de las relaciones de transmisión y el paso de rosca.

La segunda característica es un sistema de engranajes antijuego. Este sistema garantiza que los dientes del engranaje estén en contacto constante en sentido horario y antihorario.

Para lograr este contacto, los centros de los ejes deben estar alineados con precisión. Durante la fabricación, los ejes se mecanizan en cada conjunto.

Componentes del actuador
El actuador electromecánico consta de cuatro secciones de ensamblaje: 1) dos motores de CC de 25 hp, 2) un tren de engranajes, 3) un pistón lineal y 4) una carcasa. Los motores de CC giran el tren de engranajes, transmitiendo el movimiento rotatorio a un tornillo sin fin, que lo convierte en movimiento lineal a través del pistón de salida. Los motores proporcionan una constante de par de 34,6 oz-pulg./A. Los motores funcionan a 125 A. En el tornillo sin fin, la unidad desarrolla un par de 31.000 oz-pulg., o aproximadamente 162 lb-pie.

Dos motores de CC sin escobillas están fijados a una placa de montaje. Esta placa interactúa con el sistema de engranajes. Una pequeña placa de ajuste permite el mecanizado durante el ensamblaje, lo que facilita la alineación precisa de los ejes. Esta disposición también ayuda a eliminar el juego dentro del sistema de engranajes.

El piñón está enchavetado en el eje del motor y soportado por cojinetes en el interior del motor. El piñón se acopla al conjunto del eje loco, que incluye dos engranajes. El eje loco reduce la velocidad y transmite altos pares al engranaje de salida. Como se mencionó anteriormente, uno de los engranajes locos está mecanizado directamente en el eje.

El primer engranaje loco consta de dos piezas que permiten realizar pequeños ajustes para eliminar el juego rotacional en el sistema.

Durante el ensamblaje, el motor inferior se monta en la placa de montaje, acoplando su piñón a los engranajes locos ajustables de los ejes locos. El motor superior se monta posteriormente utilizando la placa de ajuste del motor. A continuación, los ingenieros giran manualmente los ejes del motor, desplazando los engranajes locos con respecto a sus ejes para eliminar el juego rotacional. A continuación, se retira el motor superior y se mecaniza una nueva placa de ajuste con un centrado preciso. Este proceso de ensamblaje elimina el juego.

Los rodamientos soportan cada eje intermedio en ambos extremos. El engranaje de salida está acoplado a un eje de tornillo sin fin con rodillos roscados. El eje, la tuerca y el conjunto del pistón de salida proporcionan movimientos lineales. Un rodamiento lineal que estabiliza el pistón de salida previene la desalineación.

Los conjuntos de cojinetes esféricos, en el extremo de la varilla y en el contrapunto, incluyen accesorios de montaje para conectarlos al motor y a los componentes estructurales.

Opciones
Para lograr una revolución del rotor del resolver por cada carrera del pistón y eliminar la necesidad de contar las vueltas del eje, los ingenieros de la NASA explican que pueden usar un variador armónico con un resolver. Este variador debe tener una relación de reducción que permita que el rotor del resolver recorra una revolución por cada carrera completa del pistón.

Una versión de vuelo más reciente de este actuador utiliza cuatro motores de 15 hp. Estos motores más pequeños reducen el peso y la inercia. La constante de par de estos motores es de 16,8 oz-pulg./A, funcionando a 100 A y 270 V para proporcionar la fuerza necesaria para mover una carga de 45.000 lb.

Otro diseño de posicionamiento
Aunque este posicionador de tornillo de avance triple no fue desarrollado para uso espacial, demuestra mejoras en precisión y fiabilidad. Reduce el tiempo necesario para posicionar con precisión piezas en máquinas, elevar o bajar plataformas, escuadrar paquetes con precisión y garantizar que las plataformas se mantengan niveladas para equipos láser y telescopios de pirometría óptica.

Un sistema típico de posicionamiento de tornillo podría utilizar un control manual central, guiado por tres o cuatro varillas fijas, para mover una placa. Este diseño utiliza un conjunto de triple tornillo de avance como mecanismo principal de posicionamiento. Este sistema acerca o aleja una placa de una placa fija, manteniendo las placas paralelas entre sí.

El conjunto consta de 27 piezas fabricadas en taller, nueve piezas adquiridas, como engranajes y rodamientos, y 65 pernos, chaveteros, tuercas, arandelas, etc. Todos los componentes se ensamblan en el soporte de control de tres puntos y el soporte de accionamiento de un punto. Estos conjuntos se montan en una posición precisa de control de accionamiento en la placa base de la cavidad.

El posicionador funciona mediante una manivela manual en uno de los pasadores de accionamiento o mediante un servomotor remoto. La posición de desplazamiento se lee en una escala, en un puntero o con un indicador LED. El ajuste de la posición se puede controlar con una precisión de 0,1 mm.