Longitud de carrera, velocidad, precisión, montaje, mantenimiento.

Estás trabajando en una aplicación que requiere movimiento lineal, como un sistema de ensamblaje de recogida y colocación, una línea de envasado o un pórtico para la transferencia de materiales. Sin embargo, diseñar tu propio actuador desde cero, conseguir las piezas, montar y alinear los componentes e implementar un sistema de mantenimiento no es una forma eficiente de emplear tu tiempo. Empiezas a buscar actuadores lineales prediseñados y premontados, pero existen tantas opciones en cuanto a tipo, tamaño y principio de funcionamiento que resulta difícil saber por dónde empezar.

El primer paso para reducir las opciones es elegir el mecanismo de accionamiento más adecuado para su aplicación. La mayoría de los fabricantes ofrecen al menos dos opciones, siendo las más comunes la correa dentada y el husillo de bolas, mientras que los accionamientos neumáticos y los motores lineales se utilizan en aplicaciones específicas. A continuación, se presentan cinco factores que le ayudarán a elegir entre los dos tipos de actuador más comunes: correa dentada y husillo de bolas.

1. Longitud de la carrera

La distancia que el actuador debe recorrer en una dirección, conocida como longitud de carrera, es el primer requisito a considerar al elegir entre un husillo de bolas o una transmisión por correa. Los actuadores de husillo de bolas suelen tener longitudes de 1000 mm o menos, aunque se pueden usar husillos de bolas de mayor diámetro con longitudes de hasta 3000 mm. Este límite está determinado por la velocidad crítica del husillo. A medida que aumenta la longitud del husillo, su velocidad crítica, o la velocidad a la que el husillo comienza a experimentar vibraciones de flexión, disminuye. En otras palabras, a medida que un husillo se alarga y gira más rápido, comienza a vibrar como una cuerda de saltar.

En los actuadores con transmisión por correa dentada, la capacidad de tensar la correa limita la longitud máxima. Al utilizar correas más anchas (mayor superficie de contacto) y con un paso de diente mayor, los actuadores con transmisión por correa se utilizan habitualmente en aplicaciones que requieren una carrera de entre 10 y 12 metros.

2. Velocidad

El segundo factor crítico en la elección de un actuador es la velocidad. La velocidad máxima para la mayoría de los actuadores de transmisión por correa es de 5 m/s. Este límite está condicionado por el sistema de guiado, que generalmente emplea rodamientos recirculantes. Para aplicaciones que requieren velocidades superiores, de hasta 10 m/s, se puede utilizar una transmisión por correa con ruedas precargadas o rodillos de leva en lugar de rodamientos recirculantes.

Como se mencionó anteriormente, en un actuador de husillo de bolas, a medida que aumenta la longitud, la velocidad crítica disminuye. En general, los actuadores de husillo de bolas pueden alcanzar velocidades de hasta 1,5 m/s con carreras inferiores a 1 metro. Los soportes para husillo de bolas proporcionan rigidez adicional al reducir la longitud sin soporte del husillo, lo que permite que el actuador alcance velocidades más altas y mayores longitudes. Al considerar el uso de soportes para husillo de bolas, consulte al fabricante para obtener ayuda con los cálculos necesarios de velocidad y longitud.

3. Precisión

El término precisión se utiliza ampliamente para referirse a la precisión de desplazamiento (ubicación del carro o la plataforma en el espacio durante el movimiento), la precisión de posicionamiento (proximidad del actuador a la posición objetivo) o la repetibilidad (con qué precisión el actuador alcanza la misma posición en cada carrera). Si bien la precisión de desplazamiento depende en gran medida de la estructura, la base y el montaje del actuador, la precisión de posicionamiento y la repetibilidad dependen principalmente del mecanismo de accionamiento.

Los husillos de bolas, especialmente si están precargados, ofrecen una mayor precisión de posicionamiento que las transmisiones por correa debido a su rigidez. Sin embargo, la imprecisión en el posicionamiento puede medirse y compensarse en el sistema de control del actuador. Por este motivo, la repetibilidad (la capacidad de alcanzar la misma posición en cada carrera) suele ser el factor más importante en aplicaciones de alta precisión. Para lograr una alta repetibilidad, la rigidez del mecanismo de accionamiento es fundamental, lo que convierte a un conjunto de husillo de bolas y tuerca precargados en la mejor opción.

4. Montaje

En algunos casos, la orientación del actuador determinará el mecanismo de transmisión más adecuado. Tanto las transmisiones por correa como por husillo de bolas son aptas para montajes horizontales e inclinados, pero las aplicaciones que requieren montaje vertical necesitan una evaluación más exhaustiva.

Si bien todo sistema que mueve una carga verticalmente requiere mecanismos de seguridad integrados, los accionamientos por husillo de bolas suelen considerarse más seguros que los accionamientos por correa para transportar cargas verticales. Esto se debe a que los husillos de bolas, según la carga, el paso de hélice y la fricción del sistema, son poco propensos a retroceder o caer libremente en caso de fallo del freno o daños catastróficos en el sistema. Cuando se requiere un actuador de accionamiento por correa en una aplicación vertical, se debe considerar seriamente la instalación de un freno externo o un contrapeso.

5. Mantenimiento

La principal causa de fallo en los actuadores lineales es la falta de lubricación. Tanto los actuadores de husillo de bolas como los de transmisión por correa requieren lubricación periódica del sistema de guías, pero los husillos de bolas introducen un componente adicional que debe supervisarse para garantizar una lubricación adecuada. Algunos fabricantes han abordado este problema ofreciendo sistemas lubricados de por vida (entendida la vida útil como una distancia de recorrido o un número de revoluciones determinado, con una carga, velocidad y entorno específicos), pero muchas aplicaciones no se ajustan a estos parámetros y requerirán lubricación en algún momento durante su vida útil prevista.

Si bien los actuadores accionados por correa tienen la ventaja de requerir menos componentes para su mantenimiento, en entornos con polvo o virutas, conviene buscar un diseño que minimice la entrada de contaminantes en las carcasas de las poleas. Esto garantizará una mayor vida útil de los rodamientos y reducirá el desgaste de la propia correa.

Tanto las transmisiones por correa como las de husillo de bolas ofrecen ventajas de rendimiento. Al elegir una opción inicial, tenga en cuenta que las transmisiones por correa suelen ser la mejor opción para carreras largas y altas velocidades, mientras que las de husillo de bolas son más adecuadas para aplicaciones que requieren alta repetibilidad o montaje vertical. En algunas aplicaciones, cualquiera de los dos mecanismos de transmisión cumplirá con los criterios mencionados. En estos casos, el fabricante puede asesorarle en la selección del actuador adecuado considerando factores más avanzados, como la aceleración, el tiempo de estabilización o las condiciones ambientales.