La construcción de un sistema de movimiento lineal exitoso comienza con la elección del actuador adecuado. Entre los diferentes tamaños, tecnologías y calidades existen cientos de opciones. El truco consiste en seleccionar el actuador que proporcione los mejores resultados. Afortunadamente, eso no es tan difícil como parece. Los requisitos de la aplicación reducirán el conjunto de posibles soluciones de actuador y las limitaciones del proyecto determinarán el mejor ajuste.

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

Velocidad

La velocidad es un factor importante a considerar al seleccionar un actuador. Aunque los actuadores de tipo tornillo son componentes eficaces y económicos, a velocidades muy altas sufren un fenómeno conocido como látigo de tornillo, en el que el tornillo se arquea al girar. El latigazo del tornillo provoca vibraciones y desgaste prematuro.

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

Carga

Es esencial que el actuador tenga el tamaño adecuado para la carga. Hay varios factores a considerar al dimensionar la capacidad de carga: 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 el husillo de bolas. Es importante elegir un actuador diseñado para abordar las cargas presentadas por la aplicación.

Un error común es pensar que sólo importa la capacidad de carga, y la capacidad de carga permite calcular la vida útil de un actuador bajo una carga determinada. Sin embargo, es necesario considerar otros factores, como la rigidez del actuador en varias direcciones de carga. El equipo de diseño puede ejecutar cálculos de carga-deflexión para determinar si el actuador funcionará exitosamente en la aplicación.

Otro factor a considerar es el posicionamiento de la carga. Una masa que descansa sobre un carro que corre a lo largo del eje del actuador introduce fuerzas muy diferentes a las de una carga sobresaliente que aplica un momento de vuelco. Asegúrese de que el actuador tenga el tamaño y soporte adecuados.

Las aplicaciones verticales requieren un cuidado especial para preservar la posición de la carga. Para ciertos parámetros de diseño, los tornillos de avance son autoblocantes. Esto significa que no pueden retroceder, ni siquiera en caso de fallo del motor. Para estar seguro de que un tornillo es autoblocante, la eficiencia del tornillo debe ser inferior al 50%, donde la eficiencia es función del ángulo de avance y el coeficiente de fricción entre la tuerca y el tornillo. Alternativamente, también pueden funcionar actuadores de piñón y cremallera.

Los cinturones han mejorado notablemente en los últimos años. Son robustos y están altamente diseñados para que ya no requieran un tensado regular como antes. Las transmisiones por correa son buenas opciones si los requisitos de velocidad y carrera están fuera de lo que puede proporcionar un husillo de bolas o un husillo de avance. 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 del trazo

El siguiente factor a considerar es la longitud del trazo. Los actuadores de tornillo son eficaces y, en algunos casos, pueden usarse para carreras de hasta 5 pies o más. Se debe tener cuidado de que los actuadores accionados por tornillo de recorrido muy largo no excedan la velocidad crítica. Para carreras largas, las transmisiones por correa son mejores opciones. Las correas actuales son materiales de alta ingeniería que necesitan poco mantenimiento. Se pueden utilizar en distancias de hasta 50 pies.

Otra opción para carreras largas es un motor lineal. Los motores lineales, esencialmente servomotores desenrollados, consisten en una fuerza que se propaga a lo largo de una pista magnética fija. En teoría, la pista puede ser tan larga como se desee. Desde un punto de vista práctico, los motores lineales están limitados tanto por el requisito de proporcionar una pista magnética nivelada y cuidadosamente alineada como por los costos de los imanes. Manejar los cables del motor en recorridos muy largos también puede ser un desafío.

Repetibilidad

Cada aplicación tiene un requisito de repetibilidad. La elección correcta del actuador ofrece un sistema que no solo satisfará esos requisitos, sino que también ayudará al proyecto a cumplir los objetivos de presupuesto y tiempo de montaje. Los actuadores de tipo 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 funcionan tan bien como los actuadores de tipo tornillo, pero para una aplicación con tolerancias más indulgentes, las transmisiones por correa pueden ofrecer ahorros significativos. Para aplicaciones más exigentes, los actuadores de motor lineal ofrecen una repetibilidad que puede ser submicrónica.

Ciclo de trabajo

El ciclo de trabajo tiene un gran efecto en la vida útil del equipo. Es importante elegir un actuador lineal que pueda cumplir con los requisitos de la aplicación. Los tornillos de avance, por ejemplo, se basan en contacto deslizante, generalmente de acero inoxidable a plástico (hay muchas opciones disponibles según la aplicación). Esto introduce un desgaste significativo durante la vida útil del dispositivo. Como resultado, se deben evitar los tornillos de avance si tiene una aplicación combinada de carga alta y ciclo de trabajo alto.

En su lugar, elija un actuador de tornillo de bolas de recirculación. Estos dispositivos tienen fricción de rodadura, no fricción de deslizamiento, por lo que duran más y la vida es más predecible.. Sin embargo, las bolas pueden dañarse, especialmente con cargas elevadas. Para aplicaciones que no toleran fallas, pruebe con un tornillo de rodillo planetario. Estos dispositivos distribuyen el peso para minimizar el desgaste, lo que los hace ideales para aplicaciones militares y aeroespaciales, entre otras. Para aplicaciones económicas, también puede funcionar una transmisión por correa.

Ambiente

El entorno operativo de una aplicación también influye en la elección del actuador. En un ambiente de sala limpia, evite los actuadores de tornillo de avance. El contacto de metal con plástico genera partículas que comprometerán la clasificación de la sala limpia.

Por el contrario, los entornos extremadamente sucios pueden dañar los actuadores. En los actuadores de varilla, el tornillo está sellado en la carcasa. Como resultado, los actuadores de varilla 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 ello, los actuadores sin vástago necesitan disposiciones especiales, ya sea que la tecnología base sea un actuador de tornillo o un motor lineal. Busque componentes con clasificación IP. Considere montar la ranura mirando hacia abajo para reducir el ingreso. Tenga en cuenta que la lubricación puede atrapar y retener partículas que dañen las superficies con el tiempo.

Otro factor a considerar sobre el medio ambiente es la cantidad de espacio disponible. El mejor actuador del mundo es inútil si no cabe en el sobre que tenemos a mano. Especifique los actuadores al principio de la fase de diseño para garantizar que haya suficiente espacio. Trabaje estrechamente con su proveedor para aprovechar cualquier factor que pueda ofrecerle las características que necesita en un factor de forma compacto.

Presupuesto

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

La ingeniería siempre implica compensaciones. La lista anterior es un primer corte en la selección del actuador. Para cualquier aplicación determinada, las restricciones especiales pueden significar que el presupuesto sea una prioridad mayor que el rendimiento, por ejemplo, o que el ciclo de trabajo sea más importante que la velocidad. Inicie el proceso de especificación de un actuador lo más temprano posible en la fase de diseño. Intente trabajar con componentes estándar. Si ninguno de ellos satisface sus necesidades, hable con su proveedor sobre el desarrollo de un producto personalizado que haga el trabajo.