El diseño de un sistema de movimiento lineal eficaz comienza con la elección del actuador adecuado. Entre los distintos 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 opción más idónea.

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

Velocidad

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

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

Carga

Es fundamental que el actuador tenga el tamaño adecuado para la carga. Al dimensionar la 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 el 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 diferentes 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 que descansa sobre un carro que se desplaza a lo largo del eje del actuador genera fuerzas muy diferentes a las de una carga en voladizo que produce un momento de vuelco. Asegúrese de que el actuador tenga el tamaño y el soporte adecuados.

Las aplicaciones verticales requieren especial cuidado para preservar la posición de la carga. Para ciertos parámetros de diseño, los husillos de avance son autoblocantes. Esto significa que no pueden girar en sentido inverso, incluso en caso de fallo del motor. Para garantizar el autobloqueo de un husillo, 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 ingeniería avanzada, por lo que ya no requieren un tensado regular como antes. Las transmisiones por correa son una buena opción si la velocidad y el recorrido requeridos superan las capacidades de 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 un 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. En el caso de actuadores de tornillo de gran recorrido, se debe tener cuidado de no superar 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. Pueden utilizarse en distancias de hasta 15 metros.

Otra opción para recorridos largos es un motor lineal. Básicamente servomotores desplegados, los motores lineales consisten en una fuerza que se desplaza a lo largo de una guía magnética fija. En teoría, la guía puede tener la longitud deseada. Desde un punto de vista práctico, los motores lineales se ven limitados tanto por la necesidad de una guía 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 exige un alto grado de repetibilidad. La elección correcta del actuador proporciona un sistema que no solo cumple con estos requisitos, sino que también ayuda al proyecto a alcanzar 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, en comparación con ±0,002 a ±0,010 pulgadas para una transmisión por correa.

La elección óptima depende de las necesidades de la aplicación. Los actuadores de correa no ofrecen el mismo rendimiento que los de tornillo, pero para aplicaciones con tolerancias menos estrictas, pueden suponer un ahorro considerable. Para aplicaciones más exigentes, los actuadores de motor lineal ofrecen una repetibilidad que puede alcanzar el nivel submicrométrico.

Ciclo de trabajo

El ciclo de trabajo influye considerablemente en la vida útil del equipo. Es fundamental elegir un actuador lineal que cumpla con los requisitos de la aplicación. Los husillos, por ejemplo, se basan en el contacto deslizante, generalmente entre acero inoxidable y plástico (existen muchas opciones disponibles según la aplicación). Esto genera un desgaste significativo a lo largo de la vida útil del dispositivo. Por lo tanto, se recomienda evitar los husillos en aplicaciones con cargas elevadas y ciclos de trabajo intensos.

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 ideales para aplicaciones militares y aeroespaciales, entre otras. Para aplicaciones económicas, una transmisión por correa también puede funcionar.

Ambiente

El entorno operativo de una aplicación también influye en la elección del actuador. En un entorno de sala limpia, evite los actuadores de husillo. El contacto metal-plástico genera partículas que comprometen la certificación para salas limpias.

Por el contrario, los entornos extremadamente sucios pueden dañar los actuadores. En los actuadores de vástago, el tornillo está sellado en la carcasa. Como resultado, los actuadores de vástago 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 lo tanto, los actuadores sin vástago requieren precauciones 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 hacia abajo para reducir la entrada de partículas. Tenga en cuenta que la lubricación puede atrapar y retener partículas, dañando las superficies con el tiempo.

Otro factor a considerar en el entorno 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 pueda ofrecer las características que necesita en un formato 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 husillo (husillo planetario, husillo de bolas y husillo 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 de actuadores. Para cualquier aplicación, las limitaciones específicas pueden hacer 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 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 a medida que cumpla con su cometido.