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

El proceso comienza considerando la serie de factores clave enumerados aquí.

Velocidad

La velocidad es un factor importante a considerar al seleccionar un actuador. Aunque los actuadores de tipo tornillo son componentes efectivos y económicos, a velocidades muy altas, sufren de un fenómeno conocido como látigo de tornillo, en el que el tornillo se presiona a medida que gira. El látigo de tornillo causa vibración y desgaste prematuro.

El umbral para el látigo de 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 tipo tornillo, considere un motor lineal o un actuador de accionamiento de la 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 rodamientos de guía, la capacidad de momento del carro de soporte y la capacidad de carga axial de los cojinetes de soporte y el tornillo de bolas. Es importante elegir un actuador diseñado para abordar las cargas presentadas por la aplicación.

Una idea errónea común es que solo la capacidad de carga es importante, y la capacidad de carga permite calcular la vida útil de un actuador bajo una carga dada. Sin embargo, deben considerarse otros factores, como la rigidez del actuador en varias direcciones de carga. El equipo de diseño puede ejecutar cálculos de deflexión de carga para determinar si el actuador funcionará con éxito 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 de una carga sobrecargada que aplica un momento de volcado. Asegúrese de que el actuador tenga un tamaño adecuado y sea compatible.

Las aplicaciones verticales requieren un cuidado especial para preservar la posición de la carga. Para ciertos parámetros de diseño, los tornillos de plomo son auto-bloqueo. Esto significa que no pueden ser impulsados, incluso en caso de falla del motor. Para asegurarse de que un tornillo es auto-bloqueo, la eficiencia del tornillo debe estar por debajo del 50%, donde la eficiencia es una función del ángulo de plomo y el coeficiente de fricción entre la tuerca y el tornillo. Alternativamente, los actuadores de rack and pinion también pueden funcionar.

Los cinturones han mejorado notablemente en los últimos años. Son robustos y altamente diseñados para que ya no requieran una tensión regular de la manera que alguna vez lo hicieron. Las unidades de cinturón son buenas opciones si los requisitos de velocidad y trazo están fuera de lo que un tornillo de bolas o un tornillo de plomo puede proporcionar. Se debe tener especial cuidado si se usa una unidad de cinturón en una aplicación vertical. Se recomienda que se use un contrapeso o un freno según sea apropiado para ralentizar, detenerse y apoyar la carga por seguridad.

Longitud de carrera

El siguiente factor a considerar es la longitud del accidente cerebrovascular. Los actuadores a base de tornillos son efectivos y, en algunos casos, pueden usarse para accidentes cerebrovasculares de hasta 5 pies o más. Se debe tener cuidado para que los actuadores impulsados ​​por el tornillo de viaje muy largo no excedan la velocidad crítica. Para largas longitudes de carrera, las unidades de cinturón son mejores opciones. Las correas de hoy son materiales altamente diseñados que necesitan poco mantenimiento. Se pueden usar en distancias de hasta 50 pies.

Otra opción para trazos largos es un motor lineal. Servomotores esencialmente desenrollados, los motores lineales consisten en una fuerza que viaja 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 de imanes cuidadosamente alineada y por los costos de los imanes. Administrar los cables de motor en viajes muy largos también puede ser un desafío.

Repetibilidad

Cada aplicación tiene un requisito de repetibilidad. La elección correcta de Actuator ofrece un sistema que no solo satisfará esos requisitos, sino que también ayudará al proyecto a cumplir con los objetivos para el presupuesto y el tiempo de ensamblaje. Los actuadores de tipo de tornillo entregan repetibilidad en el orden de ± 0.0001 a ± 0.003 pulg.

La elección óptima depende de las necesidades de la aplicación. Las unidades de cinturón no funcionan tan bien como los actuadores de tipo tornillo, pero para una aplicación con más tolerancias indulgentes, las unidades de correa pueden ofrecer ahorros significativos. Para aplicaciones más exigentes, los actuadores de motores lineales ofrecen repetibilidad que puede ser submicrónica.

Ciclo de servicio

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

En su lugar, elija un actuador de tornillo de pelota de recirculación. Estos dispositivos tienen fricción rodante, no fricción deslizante, por lo que duran más y la vida es más predecible. Sin embargo, las bolas pueden dañarse, especialmente con altas cargas. Para aplicaciones que no pueden tolerar la falla, pruebe un tornillo de rodillo planetario. Estos dispositivos distribuyen peso para minimizar el desgaste, haciéndolos buenos ajustes para aplicaciones militares y aeroespaciales, entre otras. Para aplicaciones presupuestarias, una unidad de cinturón también puede funcionar.

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 plomo. El contacto de metal a plástico genera partículas que comprometerán la clasificación de la sala limpia.

Por el contrario, los entornos extremadamente sucios pueden dañar a los actuadores. En los actuadores de estilo de barra, el tornillo se sella en la carcasa. Como resultado, los actuadores estilo varilla son razonablemente seguros en entornos con contaminación y líquido. En los actuadores sin barras, la carga descansa sobre un carro que debe conectarse al tornillo, lo que puede exponer el actuador a la contaminación.

Como resultado, los actuadores sin varillas necesitan disposiciones especiales, ya sea que la tecnología base sea un actuador de tipo tornillo o un motor lineal. Busque componentes con clasificaciones de IP. Considere montar la ranura hacia abajo para reducir la entrada. Tenga en cuenta que la lubricación puede atrapar y mantener partículas para dañar 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 en cuestión. Especifique los actuadores al principio de la fase de diseño para garantizar que haya suficiente espacio. Trabaje en estrecha colaboración con su proveedor para aprovechar cualquier factor que pueda entregar 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 tipo tornillo (tornillo planetario, tornillo de bola y tornillo de plomo). Las unidades de cinturón son las más económicas.

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