Considere soportes, guías, unidades y sellos al diseñar un sistema lineal. Conozca sus requisitos de precisión, repetibilidad, carga y ambientales antes de comenzar el diseño de un sistema lineal.

Guías de bolas de baja fricción y alta rigidez que se apoyan en un carril (arriba) o dos (abajo). Las ventajas y desventajas de este rendimiento son un mayor costo y más ruido.

El camino más corto entre dos puntos es una línea recta. Pero si estás diseñando un sistema de movimiento lineal, tendrás que considerar el soporte estructural, guías, transmisiones, sellos, lubricación y accesorios entre los puntos A y B.

Ya sea que decida diseñar y construir su sistema desde cero usando piezas estándar o comprar uno diseñado para usted, tomar las decisiones correctas desde el principio debería ayudar a mantener las cosas en movimiento a largo plazo.

Apoyo y orientación

Construir un sistema lineal significa literalmente comenzar desde cero: con un sistema de soporte estructural. El componente principal del sistema de soporte suele ser una extrusión de aluminio.

Puede mecanizar la superficie de montaje de la extrusión de la base y la superficie en la que se monta la guía lineal para aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso. Para aplicaciones de tipo transporte de menor precisión, optimice las bases para resistir la flexión bajo carga y, en su lugar, evitar la distorsión durante la extrusión.

Una base robusta permite que el sistema descanse únicamente sobre los soportes de los extremos. Las extrusiones más ligeras pueden necesitar soportes intermitentes a lo largo de su longitud.
Las guías se fijan a la base para facilitar el movimiento. Los tipos principales son guías de bolas, guías de ruedas y guías deslizantes o de prismas.
Las guías de bolas soportan las cargas útiles más pesadas y tienen la mayor rigidez. Sus configuraciones de carril único o doble se mueven con poca fricción. Las desventajas son el mayor costo y la cantidad de ruido que generan.

Las guías de ruedas funcionan a hasta 10 m/s con baja fricción y alta rigidez. Sin embargo, las cargas de choque pueden dañarlos.
En las guías de deslizamiento, sobre la superficie del perfil discurren casquillos de polímero en forma de prisma. El polímero les ayuda a moverse silenciosamente y a soportar altas cargas de impacto. Toleran ambientes contaminados por suciedad, arenilla, polvo, aceite y productos químicos, pero operan más lentamente y con cargas más livianas que las guías de bolas o ruedas, como lo indica su clasificación PV, el producto de la presión y la velocidad que pueden tolerar.

Entre las tecnologías de accionamiento disponibles para sistemas lineales se encuentran husillos de bolas y correas. Las transmisiones por correa son silenciosas y buenas para aplicaciones de alto rendimiento y menor precisión. Los husillos de bolas más caros proporcionan alta eficiencia, precisión y rigidez.

Fuerza impulsora

Las unidades mueven el carro a las posiciones deseadas. Las tecnologías de accionamiento más comunes son los accionamientos por husillo de bolas, los accionamientos por husillo y las transmisiones por correa.

En un husillo de bolas, los rodamientos de bolas se desplazan a lo largo de las ranuras de un eje roscado (el husillo de bolas) y recirculan a través de una tuerca de bolas. Debido a que los rodamientos comparten la carga, los husillos de bolas tienen una capacidad de empuje relativamente alta.

El resultado es una precisión absoluta, definida como el error máximo entre la posición esperada y la real, hasta 0,005 mm. Los sistemas con husillos rectificados y de bolas precargados son los más precisos.

Los sistemas tienen una capacidad de empuje de hasta 40 kN y una alta rigidez. Su velocidad crítica está determinada por el diámetro de la raíz del tornillo, la longitud sin soporte y la configuración del soporte terminal. Con un novedoso soporte de tornillo, las unidades accionadas por tornillo pueden viajar hasta 12 m y aceptar velocidades de entrada de 3000 rpm. Los husillos de bolas proporcionan una eficiencia mecánica del 90%, por lo que su mayor coste suele verse compensado por menores requisitos de energía.

Los soportes de los sistemas lineales suelen ser extrusiones de aluminio que se pueden mecanizar para mayor precisión.

Los husillos de avance no pueden igualar la precisión de posicionamiento absoluta de los husillos de bolas, pero su repetibilidad (la capacidad de regresar a una ubicación durante la operación cuando se aproxima desde la misma dirección a la misma velocidad y desaceleración) es de 0,005 mm. Se utilizan en posicionamiento con ciclos de trabajo de bajo a medio y funcionan de manera silenciosa.

Las transmisiones por correa funcionan en aplicaciones de transporte de alto rendimiento con velocidades de hasta 10 m/s y aceleraciones de hasta 40 m/s2.

Lubricación y sellos para dispositivos lineales

La mayoría de los sistemas de guía y de accionamiento requieren lubricación. Puede simplificar el mantenimiento preventivo futuro garantizando un fácil acceso a los accesorios de lubricación. Por ejemplo, los accesorios Zerk instalados en el carro pueden alimentar una red de lubricación que sirve tanto al husillo de bolas como al sistema de rodamientos lineales durante la instalación y en intervalos de mantenimiento periódicos.

La unidad de accionamiento lineal tiene un sello magnético. La tira de acero inoxidable se eleva justo delante del carro y se vuelve a cerrar justo detrás gracias a imanes y anclajes con resorte en las tapas de los extremos.

Las guías de prisma no requieren mantenimiento. El material polimérico de la corredera tiene una lubricidad inherente y los limpiadores de fieltro lubricados reponen el lubricante en cada pasada.

Los sellos mantienen el lubricante dentro y los contaminantes fuera. Un tipo son los sellos de banda magnética: bandas magnéticas de acero inoxidable que se extienden de un extremo al otro del canal. Las bandas están fijadas a las tapas de los extremos y accionadas por resorte para mantener la tensión. Pasan a través de una cavidad en el carro, de modo que la tira se levanta de los imanes justo delante y detrás del carro a medida que atraviesa el sistema.
Una tecnología de sellado alternativa, las bandas de cubierta de plástico, utiliza tiras de goma compatibles que se entrelazan con la extrusión de la base, como una bolsa para congelador con cierre hermético. Los perfiles machihembrados acoplados crean un sello laberíntico que mantiene alejadas las partículas.

Una consideración más es cómo montará su motor. La carcasa del motor y el acoplamiento deben coincidir con el tamaño del perno y el diámetro del círculo del perno en la brida del motor, el diámetro del piloto del motor y el diámetro y la longitud del eje del motor.

Muchos motores tienen dimensiones que cumplen con los estándares NEMA, pero otros son específicos del fabricante y del modelo. En cualquier caso, los soportes de motor flexibles mecanizados a partir de espacios en blanco comunes facilitan el montaje en casi cualquier motor con alineación garantizada.

Los enclavamientos de caucho que cumplen con las normas mantienen las bandas de cubierta de plástico seguras y sellan el paso de partículas.

Mezclar y combinar

No todas las combinaciones de accionamientos y guías tienen sentido. En aplicaciones prácticas, es más probable que vea tornillos guía que impulsan guías deslizantes o de bolas; husillos de bolas combinados con guías de bolas o deslizantes; y correas que impulsan guías de bolas, correderas o ruedas.

Un accionamiento de husillo de bolas se combina con una guía de bolas para un movimiento repetible y un sistema rígido que maneja fuerzas y momentos elevados. Estos sistemas funcionan bien en aplicaciones de posicionamiento de precisión con cargas elevadas y ciclos de trabajo elevados, como la carga y descarga de engranajes en bruto en máquinas herramienta.

Las unidades accionadas por correa y guiadas por bolas son para aplicaciones de alta velocidad y alta aceleración con cargas útiles pesadas y cargas de momento elevado. Estas unidades funcionan sobre bases que abarcan un espacio y se apoyan en los extremos o de forma intermitente. Paletizar latas es una aplicación.
Los sistemas lineales guiados por correa y accionados por correa son unidades de menor costo, silenciosas y que necesitan poco mantenimiento. Trabajan a velocidades y aceleraciones moderadas, pero destacan en el manejo de cargas de impacto. Agregar una banda de cubierta magnética hace que este tipo de sistema sea adecuado para entornos con un alto contenido de partículas y requisitos de lavado, como el tratamiento por aspersión de chapa metálica.

Debido a que las guías de ruedas necesitan menos mantenimiento que las guías de bolas, pero más que las guías, las ruedas impulsadas por correas son otra opción de costo moderado, bajo nivel de ruido y bajo mantenimiento. Estos sistemas logran altas velocidades lineales y aceleraciones y se encuentran a menudo en máquinas envasadoras y llenadoras.