Los investigadores siguen buscando maneras de mejorar la precisión de los sistemas de posicionamiento lineal, reducir o eliminar la holgura y facilitar el uso de estos dispositivos. A continuación, presentamos un resumen de los avances recientes.

Ya sea que el movimiento lineal requerido sea mínimo o considerable, 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 de Vuelos Espaciales Marshall en Alabama y el Centro de Investigación Lewis en Cleveland, han desarrollado dispositivos de posicionamiento lineal que presentan mejoras en estos atributos. Uno de estos dispositivos se desarrolló inicialmente para su uso en el espacio, mientras que el otro está destinado a aplicaciones terrestres. Sin embargo, ambos ofrecen ventajas para la industria de la transmisión de energía.

Los ingenieros del Centro de Vuelos Espaciales Marshall necesitaban un actuador lineal para vehículos espaciales. Este actuador moverá el conjunto de la tobera del motor principal del vehículo. En combinación con otro actuador ubicado en el mismo plano horizontal, pero girado 90 grados, controlarán los movimientos de cabeceo, alabeo y guiñada del vehículo. La tolerancia de estos movimientos es de ±0,050 pulgadas.

Funcionalmente, el actuador debe proporcionar movimientos lineales incrementales precisos a estos objetos de gran tamaño y mantener la posición ante cargas pesadas. La solución fue un actuador lineal electromecánico. Proporciona un movimiento incremental de hasta 6 pulgadas. Su carrera mínima es inferior a 0,00050 pulgadas. Puede soportar cargas de hasta 45 000 libras.

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

Este diseño utiliza un resolver y una característica relativamente nueva: un sistema de engranajes antibalanceo. 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 antibalanceo. Este sistema garantiza que los dientes del engranaje estén en contacto constante tanto en sentido horario como 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: 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 hacen girar el tren de engranajes, transmitiendo el movimiento rotacional a un husillo, que lo transforma en movimiento lineal a través del pistón de salida. Los motores proporcionan un par constante de 34,6 oz-in./A. Funcionan a 125 A. En el husillo, la unidad desarrolla un par de 31 000 oz-in., o aproximadamente 162 lb-pie.

Dos motores de CC sin escobillas están fijados a una placa de montaje. Esta placa se acopla al sistema de engranajes. Una pequeña placa de ajuste permite realizar mecanizados durante el montaje, lo que facilita la alineación precisa de los ejes. Esta disposición también ayuda a eliminar la holgura en el sistema de engranajes.

El piñón está fijado al eje del motor mediante una chaveta y soportado por cojinetes en su interior. El piñón se acopla al conjunto del eje intermedio, que incluye dos engranajes. El eje intermedio reduce la velocidad y transmite altos pares al engranaje de salida. Como se mencionó anteriormente, uno de los engranajes intermedios está mecanizado directamente en el eje.

El primer engranaje intermedio consta de dos piezas que permiten realizar pequeños ajustes para eliminar la holgura rotacional del sistema.

Durante el montaje, el motor inferior se fija a la placa de montaje, acoplando su piñón a los engranajes intermedios ajustables de los ejes intermedios. A continuación, se monta el motor superior utilizando la placa de ajuste. Posteriormente, los ingenieros giran manualmente los ejes del motor, desplazando los engranajes intermedios con respecto a sus ejes para eliminar la holgura rotacional. Finalmente, se retira el motor superior y se mecaniza una nueva placa de ajuste con precisión hasta el centro. Este proceso de montaje elimina la holgura.

Los cojinetes soportan cada eje tensor en ambos extremos. El engranaje de salida está fijado mediante una chaveta a un eje roscado con rodillos. El eje, la tuerca y el conjunto del pistón de salida proporcionan movimientos lineales. Un cojinete lineal estabiliza el pistón de salida y evita la desalineación.

Los conjuntos de cojinetes esféricos, situados en el extremo de la biela y en el contrapunto, incluyen elementos de fijación para la conexión 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 reductor armónico con un resolver. Dicho reductor debe tener una relación de reducción que permita que el rotor del resolver gire una revolución por cada carrera completa del pistón.

Una versión más reciente de este actuador, apta para vuelo, utiliza cuatro motores de 15 hp. Los motores más pequeños reducen tanto el peso como la inercia. El par constante de estos motores es de 16,8 oz-in./A, y funcionan a 100 A y 270 V para proporcionar la fuerza necesaria para mover una carga de 45 000 lb.

Otro diseño de posicionamiento
Si bien este posicionador de husillo de triple hilera no fue diseñado para su uso en el espacio, demuestra mejoras en precisión y fiabilidad. Reduce el tiempo necesario para posicionar con precisión piezas en máquinas, elevar o descender plataformas, cuadrar paquetes con exactitud y garantizar que las plataformas permanezcan niveladas para equipos láser y telescopios de pirometría óptica.

Un sistema típico de posicionamiento mediante husillo podría utilizar un control manual accionado desde el centro, guiado por tres o cuatro varillas fijas, para mover una placa. Este diseño emplea un conjunto de husillo triple como mecanismo principal de posicionamiento. Este mecanismo mueve una placa hacia o desde una placa fija, manteniendo ambas placas paralelas entre sí.

El conjunto consta de 27 piezas fabricadas en taller, nueve piezas compradas, como engranajes y cojinetes, y 65 tornillos, chaveteros, tuercas, arandelas, etc. Todos los componentes se ensamblan en el soporte de control de tres puntos y en 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 en una pantalla LED. El ajuste de posición se puede controlar con una precisión de 0,1 mm.