La creación de un sistema de movimiento lineal exitoso comienza con la selección del actuador adecuado. Entre los diferentes tamaños, tecnologías y calidades, existen cientos de opciones. La clave está en seleccionar el actuador que ofrezca los mejores resultados. Afortunadamente, esto no es tan difícil como parece. Los requisitos de la aplicación reducirán el conjunto de posibles soluciones de actuadores y las limitaciones del proyecto determinarán la más adecuada.

El proceso comienza con la consideración de la serie de factores clave que se enumeran aquí.

Velocidad

La velocidad es un factor importante a considerar al seleccionar un actuador. Si bien los actuadores de tornillo son componentes eficaces y económicos, a velocidades muy altas sufren un fenómeno conocido como vibración del tornillo, en el que este se deforma al girar. La vibración del tornillo provoca vibraciones y desgaste prematuro.

El umbral de vibración del tornillo, denominado velocidad crítica, depende de las dimensiones y el material del mismo. La velocidad crítica se puede calcular analíticamente mediante ecuaciones bien conocidas. Si la velocidad es demasiado alta para el uso de un actuador de tornillo, considere la posibilidad de utilizar un motor lineal o un actuador de transmisión por correa.

Carga

Es fundamental que el actuador tenga el tamaño adecuado para la carga. Al dimensionarlo según su capacidad de carga, se deben considerar varios factores: la capacidad de carga radial de los cojinetes guía, la capacidad de momento del carro de soporte y la capacidad de carga axial de los cojinetes de soporte y del husillo de bolas. Es importante elegir un actuador diseñado para soportar las cargas de la aplicación.

Un error común es creer que solo importa la capacidad de carga, y si bien esta permite calcular la vida útil de un actuador bajo una carga determinada, es necesario considerar otros factores, como la rigidez del actuador en distintas direcciones de carga. El equipo de diseño puede realizar cálculos de carga-deformación para determinar si el actuador funcionará correctamente en la aplicación.

Otro factor a considerar es la posición de la carga. Una masa apoyada sobre un carro que se desplaza a lo largo del eje del actuador genera fuerzas muy diferentes a las de una carga suspendida que aplica un momento de vuelco. Asegúrese de que el actuador tenga el tamaño y el soporte adecuados.

Las aplicaciones verticales requieren especial atención para preservar la posición de la carga. Para ciertos parámetros de diseño, los husillos de bolas son autoblocantes. Esto significa que no pueden retroceder, incluso en caso de fallo del motor. Para garantizar que un husillo sea autoblocante, su eficiencia debe ser inferior al 50%, donde la eficiencia depende del ángulo de avance y del coeficiente de fricción entre la tuerca y el husillo. Como alternativa, también pueden utilizarse actuadores de cremallera y piñón.

Las correas han mejorado notablemente en los últimos años. Son robustas y de alta ingeniería, por lo que ya no requieren un tensado regular como antes. Las transmisiones por correa son una buena opción si los requisitos de velocidad y carrera superan las capacidades de un husillo de bolas o de bolas. Se debe tener especial cuidado si se utiliza una transmisión por correa en una aplicación vertical. Se recomienda utilizar un contrapeso o freno, según corresponda, para reducir la velocidad, detener y soportar la carga por seguridad.

Longitud de carrera

El siguiente factor a considerar es la longitud de carrera. Los actuadores de tornillo son eficaces y, en algunos casos, pueden utilizarse para carreras de hasta 1,5 metros o más. Es fundamental tener cuidado con los actuadores de tornillo de carrera muy larga para no exceder la velocidad crítica. Para carreras largas, las transmisiones por correa son una mejor opción. Las correas actuales están fabricadas con materiales de alta ingeniería que requieren poco mantenimiento y pueden utilizarse en distancias de hasta 15 metros.

Otra opción para carreras largas es un motor lineal. Básicamente servomotores desplegados, los motores lineales consisten en una fuerza que se desplaza a lo largo de una pista magnética fija. En teoría, la pista puede tener la longitud deseada. Desde un punto de vista práctico, los motores lineales están limitados tanto por la necesidad de proporcionar una pista magnética nivelada y alineada con precisión como por el coste de los imanes. Gestionar los cables del motor en recorridos muy largos también puede resultar complicado.

Repetibilidad

Cada aplicación tiene requisitos de repetibilidad. Elegir el actuador adecuado proporciona un sistema que no solo cumple con dichos requisitos, sino que también ayuda al proyecto a alcanzar los objetivos de presupuesto y tiempo de montaje. Los actuadores de tornillo ofrecen una repetibilidad del orden de ±0,0001 a ±0,003 pulgadas. Esto se compara con ±0,002 a ±0,010 pulgadas para una transmisión por correa.

La elección óptima depende de las necesidades de la aplicación. Las transmisiones por correa no ofrecen el mismo rendimiento que los actuadores de tornillo, pero para aplicaciones con tolerancias más permisivas pueden suponer un ahorro considerable. Para aplicaciones más exigentes, los actuadores de motor lineal ofrecen una repetibilidad submicrónica.

ciclo de trabajo

El ciclo de trabajo influye considerablemente en la vida útil del equipo. Es importante elegir un actuador lineal que cumpla con los requisitos de la aplicación. Los husillos de bolas, por ejemplo, se basan en el contacto deslizante, generalmente de acero inoxidable a plástico (existen muchas opciones disponibles según la aplicación). Esto genera un desgaste significativo durante la vida útil del dispositivo. Por lo tanto, se deben evitar los husillos de bolas en aplicaciones que combinan alta carga y alto ciclo de trabajo.

En su lugar, elija un actuador de husillo de bolas recirculante. Estos dispositivos tienen fricción de rodadura, no de deslizamiento, por lo que duran más y su vida útil es más predecible.Las bolas pueden dañarse, sobre todo con cargas elevadas. Para aplicaciones que no toleran fallos, pruebe con un husillo de rodillos planetarios. Estos dispositivos distribuyen el peso para minimizar el desgaste, lo que los hace idóneos para aplicaciones militares y aeroespaciales, entre otras. Para aplicaciones económicas, una transmisión por correa también puede ser una opción viable.

Ambiente

El entorno operativo de una aplicación también influye en la elección del actuador. En un entorno de sala blanca, se deben evitar los actuadores de husillo. El contacto metal-plástico genera partículas que comprometen la aptitud para la sala blanca.

Por el contrario, los entornos extremadamente sucios pueden dañar los actuadores. En los actuadores de vástago, el tornillo está sellado dentro de la carcasa. Por consiguiente, estos actuadores son razonablemente seguros en entornos con contaminación y líquidos. En los actuadores sin vástago, la carga descansa sobre un carro que debe conectarse al tornillo, lo que puede exponer el actuador a la contaminación..

Por consiguiente, los actuadores sin vástago requieren consideraciones especiales, independientemente de si la tecnología base es un actuador de tornillo o un motor lineal. Busque componentes con clasificación IP. Considere la posibilidad de montar la ranura hacia abajo para reducir la entrada de polvo y suciedad. Tenga en cuenta que la lubricación puede atrapar partículas y, con el tiempo, dañar las superficies.

Otro factor a considerar es el espacio disponible. El mejor actuador del mundo es inútil si no cabe en el espacio disponible. Especifique los actuadores al inicio de la fase de diseño para garantizar que haya suficiente espacio. Colabore estrechamente con su proveedor para aprovechar cualquier factor que permita obtener las características necesarias en un formato compacto.

Presupuesto

Siempre es importante tener en cuenta los precios objetivo. Los motores lineales son los más caros, seguidos de los actuadores de tornillo (tornillo planetario, tornillo de bolas y tornillo de avance). Las transmisiones por correa son las más económicas.

La ingeniería siempre implica concesiones. La lista anterior es una primera aproximación a la selección del actuador. Para cualquier aplicación, ciertas limitaciones pueden significar que el presupuesto sea más importante que el rendimiento, por ejemplo, o que el ciclo de trabajo sea más importante que la velocidad. Comience el proceso de especificación del actuador lo antes posible en la fase de diseño. Intente trabajar con componentes estándar. Si ninguno de ellos satisface sus necesidades, consulte con su proveedor sobre el desarrollo de un producto personalizado que cumpla con el objetivo.