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. La clave está en seleccionar el actuador que ofrezca los mejores resultados. Afortunadamente, 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 mejor opción.

El proceso comienza con la consideración de la serie de factores clave enumerados 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 latigazo del tornillo, en el cual el tornillo se curva al girar. Este latigazo causa vibración y desgaste prematuro.

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

Carga

Es fundamental 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 guía, la capacidad de momento del carro de soporte y la capacidad de carga axial de los rodamientos de soporte y el husillo de bolas. Es importante elegir un actuador diseñado para las cargas de la aplicación.

Un error común es creer que solo importa la capacidad de carga, y que esta 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 diversas direcciones de carga. El equipo de diseño puede realizar cálculos de carga-deflexión para determinar si el actuador funcionará correctamente en la aplicación.

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

Las aplicaciones verticales requieren un cuidado especial para preservar la posición de la carga. Para ciertos parámetros de diseño, los husillos son autoblocantes. Esto significa que no pueden retroceder, ni siquiera en caso de fallo del motor. Para garantizar el autobloqueo de un husillo, su eficiencia debe ser inferior al 50 %, siendo esta una función del ángulo de avance y del coeficiente de fricción entre la tuerca y el husillo. Como alternativa, también pueden utilizarse actuadores de piñón y cremallera.

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 los que un husillo de bolas o un husillo de avance pueden proporcionar. 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 frenar, detener y soportar la carga por seguridad.

Longitud del trazo

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 m o más. Se debe tener cuidado con los actuadores de tornillo de recorrido muy largo para no superar la velocidad crítica. Para carreras largas, las transmisiones por correa son mejores opciones. Las correas actuales están fabricadas con materiales de alta ingeniería que requieren poco mantenimiento. Pueden utilizarse en distancias de hasta 15 m.

Otra opción para recorridos largos es un motor lineal. Los motores lineales, que son esencialmente servomotores desenrollados, consisten en una fuerza que se desplaza a lo largo de una pista magnética fija. En teoría, la pista puede tener la longitud deseada. En la práctica, los motores lineales se ven limitados tanto por la necesidad de proporcionar una pista magnética nivelada y cuidadosamente alineada como por el coste de los imanes. La gestión de los cables del motor en recorridos muy largos también puede ser un reto.

Repetibilidad

Cada aplicación requiere una repetibilidad. La elección correcta del actuador proporciona un sistema que no solo satisfará dichos requisitos, sino que también ayudará al proyecto a cumplir con 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 las ±0,002 a ±0,010 pulgadas de 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 flexibles, 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 cumpla con los requisitos de la aplicación. Los husillos, por ejemplo, se basan en un contacto deslizante, generalmente de acero inoxidable a 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 si se trabaja con una aplicación que combina cargas elevadas y un ciclo de trabajo elevado.

En su lugar, elija un actuador de tornillo de bolas recirculante. Estos dispositivos tienen fricción de rodadura, no de deslizamiento, por lo que su vida útil es más larga y predecible.Sin embargo, las bolas pueden dañarse, especialmente con cargas elevadas. Para aplicaciones que no toleran fallos, pruebe un tornillo 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 tornillo. El contacto metal-plástico genera partículas que comprometen la clasificación de sala limpia.

Por el contrario, los entornos extremadamente sucios pueden dañar los actuadores. En los actuadores de vástago, el tornillo está sellado en la carcasa. Por lo tanto, 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 características 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 sobre el entorno es el espacio disponible. El mejor actuador del mundo es inútil si no cabe en el espacio disponible. Especifique los actuadores desde el principio del diseño para garantizar que haya suficiente espacio. Colabore estrechamente con su proveedor para aprovechar cualquier factor que le permita obtener 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 tornillo (planetario, de bolas y de avance). Las transmisiones por correa son las más económicas.

La ingeniería siempre implica concesiones. La lista anterior es un primer paso para la selección del actuador. Para cualquier aplicación, las limitaciones especiales pueden significar que el presupuesto sea más prioritario 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 antes posible en la fase de diseño. Intente trabajar con componentes estándar. Si ninguno de ellos satisface sus necesidades, consulte con su proveedor para desarrollar un producto personalizado que cumpla con su función.