El reto de los sistemas de automatización mecánica en el pasado ha sido la conversión exitosa del movimiento rotatorio de motores eléctricos o mecánicos en formas útiles de movimiento lineal. Un gran avance en este sentido es que el sistema de cinta transportadora representó una de las primeras implementaciones útiles de conversión de movimiento rotatorio a lineal para su uso en entornos de producción. Estos sistemas pueden transportar una amplia variedad de materias primas y piezas de trabajo de una manera mucho más eficiente que antes mediante el uso de fuerzas mecánicas brutas y son extremadamente útiles en entornos de producción.

Hoy en día, importantes trabajos de ingeniería en el campo de la conversión del movimiento rotatorio han dado lugar a una diversa clase de actuadores mecánicos lineales útiles para una amplia gama de aplicaciones de automatización avanzada. El reto reside en seleccionar el actuador adecuado para la funcionalidad deseada, ya sea simplemente el movimiento de materia prima en un entorno de fabricación o la construcción de sistemas de movimiento más avanzados diseñados para mover herramientas a posiciones precisas.

Para seleccionar el actuador mecánico lineal adecuado, se deben tener en cuenta consideraciones importantes, como la capacidad de carga deseada, la fuerza de empuje y la carrera necesaria. Si bien estas son consideraciones principales, otras, como el mantenimiento, también desempeñan un papel importante.

Dos tipos de actuadores lineales mecanizados ampliamente utilizados se diferencian por sus mecanismos de accionamiento: los actuadores accionados por correa y los actuadores accionados por husillo de bolas. Ambos tipos se emplean en aplicaciones similares, pero difieren significativamente en su función. Cada tipo posee 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 de distribución conectada entre dos poleas circulares. La correa de distribución suele estar hecha de un elastómero reforzado con fibra, pero existen muchos otros materiales para correas para aplicaciones más exigentes. La correa contiene dientes que interactúan con las poleas del rotor para transferir eficientemente el par y evitar el deslizamiento. La transmisión por correa está alojada en un cuerpo de aluminio, mientras que el carro se desplaza sobre él, y la interfaz del eje de transmisión suele estar situada perpendicular al lateral del actuador.

Actuadores accionados por husillo de bolas

El principio fundamental del actuador accionado por husillo de bolas es esencialmente una mejora con respecto a un sistema accionado por husillo. En los actuadores accionados por husillo de bolas, la rotación del husillo acciona la tuerca de bolas y el carro montado, debido a que la interfaz entre el perno y el husillo de bolas es esencialmente un sistema de rodamientos de bolas, donde las bolas de acero endurecido de la tuerca ruedan por la pista 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 un cuerpo de aluminio, mientras que el carro se mueve sobre él. A diferencia de los actuadores accionados por correa, la interfaz del eje de transmisión está ubicada en línea con el husillo de bolas, fuera del extremo del actuador.

Fortalezas y limitaciones de cada uno

Los actuadores accionados por correa se prefieren generalmente para aplicaciones que requieren largas distancias de recorrido, lo cual se logra de forma más rentable que con un actuador accionado por husillo de bolas de longitud similar. Además, el actuador accionado por correa suele ser más eficiente, ya que posee menos piezas móviles críticas, lo que facilita un mantenimiento más eficiente. A pesar de ello, una tensión adecuada de la correa es fundamental para garantizar la correcta transferencia de par, y suele ser necesario retensarla durante los periodos de mantenimiento periódicos.

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 más elevadas y alcanzar una mayor fuerza de empuje. Por ello, los actuadores accionados por husillo de bolas son ideales en aplicaciones donde el posicionamiento de cargas grandes y pesadas puede requerir un alto nivel de precisión. La lubricación periódica del husillo de bolas puede ser necesaria según el diseño específico del actuador.

Una comparación más detallada entre los dos tipos de actuadores revela desventajas adicionales del actuador accionado por correa, a pesar de su simplicidad y eficiencia. Se requieren correas significativamente más gruesas para mayores demandas de carga/empuje. Las correas también son susceptibles a cargas de impacto, aunque este problema puede mitigarse en cierta medida mediante una cuidadosa selección de los materiales de la correa, que pueden aumentar la resistencia a expensas de la elasticidad. Además, debido a la vulnerabilidad de la correa al alargamiento, 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 preferidos para aplicaciones que requieren altos grados de fiabilidad y repetibilidad durante períodos de tiempo prolongados. Los actuadores accionados por husillo de bolas son la opción preferida para altas demandas de aceleración y 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 en 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 requieren velocidades más altas. Los actuadores accionados por correa también pueden ser una solución rentable para aplicaciones de carrera larga. Si bien la tarea de elegir entre actuadores mecánicos accionados por correa y accionados por husillo de bolas puede parecer abrumadora, a primera vista, las fortalezas y debilidades de cada diseño ofrecen opciones claras para cada aplicación específica.