Este artículo explicará los conceptos básicos del diseño de un sistema lineal, incluido el sistema de soporte estructural, la tecnología de guía, la tecnología de accionamiento y el sellado, la lubricación y los accesorios. Primero, se discutirán los pros y los contras de las diferentes tecnologías, como husillos de avance, husillos de bolas, transmisiones por correa, guías de bolas, guías deslizantes y guías de ruedas. Luego, el artículo analizará las ventajas y desventajas de diseñar y construir su propio sistema lineal frente a configurar un sistema a partir de bloques de construcción estándar. Finalmente, el artículo describirá un proceso basado en web paso a paso para dimensionar y seleccionar un sistema lineal basado en componentes estándar económicos.

Los componentes básicos de un sistema lineal son el sistema de soporte estructural, el sistema de accionamiento, el sistema de guía, el sellado, la lubricación y los accesorios. El componente principal del sistema de soporte estructural suele ser una extrusión de aluminio que está disponible en longitudes de hasta 12 metros. La superficie de montaje de la base se puede mecanizar para aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso. Las extrusiones de base para aplicaciones de tipo transporte de menor precisión generalmente no se mecanizan. Las bases utilizadas en aplicaciones de transporte están optimizadas para resistir la flexión bajo carga y la distorsión durante el proceso de extrusión, lo que permite que el sistema se soporte solo en los extremos.

Los principales tipos de guías son las guías de bolas, las guías de ruedas y las guías de corredera o prisma. Las guías de bolas soportan cargas útiles elevadas de hasta 38.000 Newtons (N) y cargas de momento elevadas de hasta 27,60 Newton metros (Nm). Otras ventajas de las guías de bolas incluyen baja fricción y alta rigidez. Las guías de bolas están disponibles en configuraciones de riel simple o doble. Los puntos débiles de las guías de bolas incluyen un coste relativamente elevado y unos niveles de ruido elevados. Una ventaja clave de las guías de ruedas es su capacidad para operar a velocidades excepcionalmente altas, hasta 10 metros por segundo (m/s). Las guías de rueda también ofrecen baja fricción y muy alta rigidez. Por otro lado, las guías de las ruedas tienen una resistencia relativamente baja a las cargas de impacto. Las guías deslizantes utilizan casquillos de polímero con forma de prisma que se desplazan directamente sobre la superficie del perfil para ofrecer un funcionamiento muy silencioso y soportar altas cargas de impacto. Una ventaja clave de las guías deslizantes es su capacidad para operar en ambientes contaminados. Las guías deslizantes tienen menor velocidad y capacidad de carga que las guías de bolas o de ruedas.

Las tecnologías de accionamiento más populares son los husillos de bolas, los husillos de avance y las transmisiones por correa. El husillo de bolas se compone de un husillo de bolas y una tuerca de bolas con rodamientos de bolas. Los husillos de bolas rectificados y precargados proporcionan una precisión de posicionamiento excepcionalmente alta. La carga sobre el husillo de bolas se distribuye entre un gran número de rodamientos de bolas, de modo que cada bola está sometida a una carga relativamente pequeña. El resultado es una alta precisión absoluta de hasta 0,005 mm, una alta capacidad de empuje de hasta 40 KN y una alta rigidez. La precisión absoluta se define como el error máximo entre la posición esperada y la real. Los husillos de bolas suelen ofrecer una eficiencia mecánica del 90%, por lo que su mayor coste suele verse compensado por menores requisitos de energía. La velocidad crítica de un husillo de bolas está determinada por el diámetro de la raíz del husillo, la longitud sin soporte y la configuración del soporte del extremo. Los soportes de husillos de bolas permiten el uso de unidades accionadas por husillos de hasta 12 metros de carrera y una velocidad de entrada de 3.000 rpm. Los husillos de avance no pueden igualar la precisión de posicionamiento absoluta de los husillos de bolas, pero proporcionan una excelente repetibilidad de 0,005 mm. La repetibilidad se define como la capacidad de un sistema de posicionamiento para regresar a una ubicación durante la operación cuando se acerca desde la misma dirección a la misma velocidad y desaceleración. Los husillos de avance se utilizan en aplicaciones de posicionamiento de ciclo de trabajo bajo a medio y funcionan con bajos niveles de ruido. Las transmisiones por correa se utilizan en aplicaciones de transporte de alta velocidad y alto rendimiento con velocidades de hasta 10 m/s y aceleración de hasta 40 m/s2. Tanto el sistema de guía como el sistema de accionamiento normalmente requieren lubricación. El fácil acceso a los accesorios de lubricación simplifica el mantenimiento preventivo. Un enfoque eficaz es el uso de accesorios Zerk en el carro que alimentan una red a través de la cual se lubrican tanto el husillo de bolas como el sistema de rodamiento lineal durante la instalación y en intervalos de mantenimiento periódicos. El sistema de guía del prisma no requiere mantenimiento. Además de la lubricidad inherente del polímero, hay limpiadores de fieltro lubricados que reponen el lubricante en cada pasada. La tecnología de sellado es importante en muchas aplicaciones. Un sello de banda magnética consta de una banda magnética de acero inoxidable cargada por un resorte para mantener la tensión. Los dos extremos se fijan a las placas finales del sistema y la banda de cubierta o tira de sellado se pasa a través de una cavidad en el carro. A medida que los carros atraviesan la longitud del sistema, la tira se levanta de los imanes para permitir el paso del carro.

Las bandas de cubierta de plástico, una tecnología de sellado alternativa, utilizan una tira de goma compatible que se entrelaza con la extrusión de la base, actuando de manera muy similar a una bolsa Ziploc. Los perfiles "machihembrados" coincidentes crean un sello laberíntico que es extremadamente eficaz para prevenir la entrada de partículas. Los soportes de motor flexibles simplifican la integración de sistemas lineales en ensamblajes automatizados. Los usuarios pueden simplemente solicitar un soporte de motor NEMA estándar o proporcionar información de montaje específica para su motor o proporcionar el nombre y el número de pieza del fabricante del motor. La carcasa y el acoplamiento se mecanizan a partir de espacios en blanco comunes para coincidir con las características clave del motor del cliente: tamaño de perno y diámetro del círculo de pernos en la brida del motor; diámetro del piloto del motor; y diámetro y longitud del eje del motor. Esto permite que las correderas se monten fácilmente, horizontal, vertical, inclinada o invertida, en casi cualquier motor, con alineación garantizada.

No todas las combinaciones de tipo de accionamiento y tipo de guía tienen sentido. Los siete grupos de tecnología que se utilizan en aplicaciones prácticas incluyen husillo de avance y guía de bolas, husillo de avance y guía deslizante, husillo de bolas y guía de bolas, husillo de bolas y guía deslizante, transmisión por correa y guía de bolas, transmisión por correa y guía deslizante , y transmisión por correa y guía de ruedas. Los diagramas de araña representan las fortalezas y debilidades relativas de cada una de estas tecnologías. La tecnología de accionamiento de husillo de bolas y guía de bolas ofrece alta repetibilidad, alta rigidez y capacidad para manejar altas fuerzas y momentos. Se utiliza en aplicaciones de posicionamiento de precisión con cargas elevadas y ciclos de trabajo elevados, como el sistema lineal utilizado para cargar y descargar piezas en bruto de engranajes en una máquina herramienta. Las unidades impulsadas por correa y guiadas por bolas están diseñadas para aplicaciones de alta velocidad y aceleración con cargas útiles pesadas y cargas de momento elevado. Este grupo de tecnología es adecuado para aplicaciones que abarcan un espacio y se soportan en los extremos o de forma intermitente. Una aplicación típica implica la paletización de latas. Los sistemas lineales guiados por deslizamiento y accionados por correa proporcionan velocidad y capacidad de aceleración moderadas. Las guías deslizantes pueden soportar cargas de impacto pero están algo limitadas en sus velocidades lineales. Esta combinación proporciona una solución rentable y silenciosa que requiere poco mantenimiento. Agregar una banda de cubierta magnética hace que esta solución sea ideal para entornos con un alto contenido de partículas y requisitos de lavado, como una aplicación de tratamiento por aspersión de láminas de metal. Las unidades impulsadas por correa y guiadas por ruedas proporcionan alta velocidad lineal y capacidades de aceleración junto con un costo moderado, bajo nivel de ruido y requisitos de mantenimiento relativamente bajos. Una aplicación típica es la máquina envasadora y llenadora.

¿Hacer o comprar? Al considerar la posibilidad de fabricar o comprar un sistema lineal, es importante tener en cuenta el tiempo de ingeniería y la experiencia que se requieren para diseñar un sistema lineal. El diseño de un sistema incluye cálculos de ingeniería tales como la vida útil de los rodamientos lineales y radiales, la vida útil del husillo de bolas, la velocidad crítica del husillo de bolas, la deflexión del perfil de soporte, la selección de lubricación, el diseño de la cubierta, etc. El enfoque de sobredimensionar el sistema lineal para reducir El tiempo de diseño tiene la desventaja de que el costo y la envolvente aumentan y aún se requiere ingeniería básica para garantizar que no se omita nada básico. Al comprar sistemas lineales, habrá ocasiones en las que los productos del catálogo estándar no cumplan con los requisitos de la aplicación. En este caso, las modificaciones significativas de los productos estándar o los diseños de hojas blancas son alternativas viables. Un socio con una amplia gama de productos y capacidades de ingeniería puede trabajar con usted para resolver su problema mientras ahorra tiempo y dinero y acelera el ciclo de desarrollo.