El desafío para los sistemas de automatización mecánica ha sido, tradicionalmente, la conversión exitosa del movimiento rotacional de motores eléctricos o mecánicos en formas útiles de movimiento lineal. Un avance significativo en este sentido fue el sistema de cintas transportadoras, una de las primeras implementaciones prácticas de conversión de movimiento rotacional a lineal para su uso en entornos de producción. Estos sistemas permiten transportar una amplia variedad de materias primas y piezas de trabajo de forma mucho más eficiente que con la fuerza mecánica bruta, y resultan extremadamente útiles en entornos productivos.

Hoy en día, los importantes avances en ingeniería de la conversión de movimiento rotatorio han dado como resultado una amplia gama de actuadores mecánicos lineales, útiles para diversas aplicaciones de automatización avanzada. El reto consiste en seleccionar el actuador adecuado para la funcionalidad deseada, ya sea el simple movimiento de materia prima en un entorno de fabricación o la construcción de sistemas de movimiento más avanzados diseñados para posicionar herramientas con precisión.

Para seleccionar el actuador mecánico lineal adecuado, es necesario considerar aspectos importantes como la capacidad de carga deseada, la fuerza de empuje y la distancia de carrera necesaria. Si bien estos son factores primordiales, otros, como el mantenimiento requerido, también desempeñan un papel fundamental.

Dos tipos de actuadores lineales mecanizados de uso común se diferencian por sus mecanismos de accionamiento: los accionados por correa y los accionados por husillo de bolas. Ambos tipos se emplean en aplicaciones similares, pero difieren significativamente en su funcionamiento. Cada tipo presenta ventajas únicas y limitaciones importantes que deben considerarse cuidadosamente al seleccionar un actuador.

Actuadores accionados por correa

El actuador accionado por correa funciona según los mismos principios que el sistema de cinta transportadora. La transmisión por correa convierte el movimiento rotatorio en movimiento lineal mediante una correa dentada conectada entre dos poleas circulares. La correa dentada suele estar fabricada con un elastómero reforzado con fibra, aunque existen muchos otros materiales para aplicaciones más exigentes. La correa contiene dientes que engranan con las poleas del rotor para transmitir el par de forma eficiente y evitar el deslizamiento. La transmisión por correa está alojada en una carcasa de aluminio, sobre la cual se desplaza el carro, y la interfaz del eje de transmisión se sitúa normalmente perpendicular al lateral del actuador.

Actuadores accionados por husillo de bolas

El principio fundamental del actuador accionado por husillo de bolas representa una mejora con respecto al sistema accionado por tornillo sin fin. En los actuadores accionados por husillo de bolas, la rotación del husillo impulsa la tuerca de bolas y el carro montado, gracias a que la interfaz entre el perno y el husillo es esencialmente un sistema de rodamientos de bolas, donde las bolas de acero endurecido de la tuerca ruedan a lo largo de la pista de rodadura del perno. Al igual que en el actuador accionado por correa, los componentes de accionamiento del actuador accionado por husillo de bolas están alojados en una carcasa de aluminio, mientras que el carro se desplaza sobre ella. A diferencia de los actuadores accionados por correa, la interfaz del eje de transmisión se encuentra alineada con el husillo de bolas, fuera del extremo del actuador.

Fortalezas y limitaciones de cada una

Los actuadores accionados por correa suelen ser la opción preferida para aplicaciones que requieren grandes recorridos, ya que se pueden lograr de forma más rentable que con un actuador de husillo de bolas de longitud similar. Además, el actuador accionado por correa es generalmente más eficiente, al tener menos piezas móviles críticas, lo que reduce la necesidad de mantenimiento. No obstante, es fundamental mantener una tensión adecuada en la correa para garantizar una correcta transmisión del par, y suele ser necesario reajustarla durante los periodos de mantenimiento periódico.

Como alternativa, el husillo de bolas se asemeja mucho a un sistema de rodamientos de bolas y, por lo tanto, es capaz de soportar cargas mayores y lograr una mayor fuerza de empuje. Por este motivo, los actuadores accionados por husillo de bolas son ideales en aplicaciones donde se requiere un posicionamiento preciso de cargas grandes y pesadas. Dependiendo del diseño específico del actuador, puede ser necesario lubricar periódicamente el husillo de bolas.

Una comparación más detallada entre los dos tipos de actuadores revela inconvenientes adicionales en el actuador accionado por correa, a pesar de su simplicidad y eficiencia. Se requieren correas significativamente más gruesas para demandas de carga/empuje superiores. Las correas también son susceptibles a cargas de impacto, aunque este problema puede mitigarse en cierta medida mediante la selección cuidadosa de los materiales de la correa, que pueden aumentar la resistencia a expensas de la elasticidad. Además, debido a la vulnerabilidad de la correa a la elongación, la precisión de posicionamiento de los actuadores de husillo de bolas tiende a ser superior a la de los actuadores accionados por correa. Por ello, los actuadores accionados por husillo de bolas son preferibles para aplicaciones que requieren altos grados de fiabilidad y repetibilidad durante periodos prolongados. Los actuadores accionados por husillo de bolas son la opción preferida para demandas de alta aceleración y alto empuje, ya que la polea de transmisión por correa es vulnerable al deslizamiento en el rotor bajo tales demandas repetidas.

En conclusión, los actuadores accionados por husillo de bolas son la mejor opción para aplicaciones que requieren altas fuerzas de carga y/o empuje, además de un posicionamiento de alta precisión. Sin embargo, debido a su alta eficiencia y simplicidad, los actuadores accionados por correa siguen siendo la mejor opción para aplicaciones con cargas menores, especialmente donde se necesitan velocidades más altas. Los actuadores accionados por correa también pueden ser una solución rentable para aplicaciones de carrera larga. Si bien la tarea de seleccionar entre actuadores mecánicos accionados por correa y por husillo de bolas puede parecer compleja, a primera vista, las ventajas y desventajas de cada diseño permiten elegir con claridad para cada aplicación específica.