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#Tendencias de productos
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Actuadores lineales: Lo que cuenta es lo que hay dentro
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Las opciones de actuadores lineales incluyen correa, husillo de bolas y aire.
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Dos reglas generales para seleccionar un actuador lineal son: Utilizar un actuador accionado por correa si la carrera lineal debe ser superior a 8 pies, y elegir un actuador accionado por husillo de bolas si la aplicación necesita un posicionamiento preciso. Pero el proceso de elección de estos actuadores va más allá de especificar la longitud de la carrera o la precisión de posicionamiento.
¿Qué ocurre si la longitud de la carrera es de 1,2 metros, la velocidad es alcanzable con cualquiera de los dos actuadores y el posicionamiento preciso no es un factor importante? ¿La elección se basa automáticamente en el coste? No debería. Otros factores que los ingenieros deben considerar son la carga, el perfil de movimiento, la cantidad de holgura tolerable y la resolución necesaria. Y, en aquellas situaciones en las que las diferencias de coste entre estos dos tipos de actuadores son insignificantes, estos factores adquieren mayor importancia.
Cerca y lejos
Aunque la longitud de carrera necesaria no debería ser el principal criterio de selección, puede reducir rápidamente las opciones a un nivel más manejable. Cuando los ingenieros deben ir a lo largo, los actuadores de correa están disponibles en longitudes de hasta 20 pies. Algunos fabricantes los fabrican hasta 60 pies, o los ofrecen en segmentos que los ingenieros pueden unir. El factor que limita la longitud es el coste de la extrusión de la correa.
Por otro lado, la mayoría de los actuadores de husillo a bolas están limitados a 1,8 metros o menos. Ocasionalmente, un fabricante puede fabricar un husillo a bolas de 2,5 m. Más allá de esto, mantener la rectitud a lo largo del husillo hace que el coste de fabricación sea prohibitivo.
Rápido o más rápido
Además de una mayor longitud, los actuadores lineales accionados por correa suelen ofrecer mayores velocidades que las versiones de husillo a bolas. La mayoría de los husillos a bolas están limitados a velocidades de desplazamiento de 50 ips para longitudes de carrera cortas y a unas pocas pulgadas por segundo en carreras de 6 a 8 pies. Los actuadores accionados por correa alcanzan velocidades de hasta 180 ips. Sin embargo, los actuadores de correa tienen límites en las tasas de aceleración que pueden soportar. El material de la correa está sujeto a deformación, fatiga o fractura a altas velocidades de aceleración y desaceleración.
La velocidad del husillo se ve afectada por varios factores interrelacionados: la longitud y la rectitud del vástago del husillo, su diámetro y el paso de las roscas. Cualquier flecha o desviación a lo largo de la longitud reduce la velocidad máxima alcanzable. Para compensar parte de la desviación, algunos fabricantes ofrecen rodamientos autoalineables en las tuercas. Dependiendo de la carga y de la precisión de posicionamiento que se necesite, estos rodamientos pueden compensar una buena cantidad de flecha y seguir alcanzando altas velocidades. Sin embargo, la carga radial reducirá la cantidad de compensación de estos rodamientos.
El diámetro del tornillo debe ser lo suficientemente grande para acomodar la fuerza que se transmite a través del tornillo, así como la carga que el actuador va a soportar. Pero un diámetro de tornillo grande puede limitar la velocidad del actuador, ya que determina la velocidad de las bolas de recirculación en la tuerca. El tornillo también está sujeto a un límite conocido como velocidad crítica. A esta velocidad, el husillo a bolas empieza a vibrar alrededor de su eje. Las longitudes mayores y los diámetros menores reducen la velocidad a la que se produce esta vibración.
El paso del husillo también afecta a la velocidad. Un husillo con poco avance o un paso elevado dará una velocidad lineal más lenta para la misma velocidad de rotación que un husillo con un avance elevado o un paso bajo.
Además, el paso influye en la resolución y la precisión de posicionamiento del tornillo. La resolución es el menor movimiento incremental necesario. Por lo general, cuanto mayor sea el paso, más preciso será el posicionamiento. Los actuadores de husillo a bolas ofrecen un posicionamiento más preciso que los actuadores de correa. Además, su repetibilidad es mayor. Vuelven a una posición específica con mayor precisión que un actuador de correa.
Carga de trabajo
Los actuadores de husillo a bolas pueden soportar las mayores cargas de empuje, hasta miles de libras. Los actuadores de correa, por el contrario, están limitados a unos pocos cientos de libras.
Sin embargo, las cargas de momento pueden ser un factor en las aplicaciones multieje. En este caso, los ingenieros deben definir la posición basándose en cómo se moverá el segundo o tercer eje como resultado de la carga de momento que se aplica a través del eje primario.
Algunos actuadores transmiten la carga a través del cuerpo del cilindro en lugar del tornillo o la correa. Estos actuadores ofrecen una buena capacidad de carga y precisión de seguimiento para fines generales, además de controlar bien la fricción.
El motor principal
Los actuadores accionados por correa y husillo de bolas pueden ser accionados por motores de uso general, servo o paso a paso. Sin embargo, hay que mantener el desajuste inercial entre el motor y la carga dentro de un rango de 10:1. La elección entre un servomotor y un motor paso a paso depende de la precisión del posicionamiento y de si se requiere retroalimentación. Los servos son más precisos.
En el caso de los actuadores lineales de husillo de bolas, el husillo tiende a afectar al motor como lo hace un reductor de engranajes. Los actuadores de correa reaccionan como los accionamientos directos.
En movimiento
Otro factor a examinar es el perfil de movimiento de la aplicación. A diferencia de los husillos a bolas, los actuadores de correa no tienen holgura, pero sí elasticidad. (La holgura en algunos sistemas de husillos a bolas puede ajustarse a un nivel bajo.) Normalmente, los actuadores de correa no son la mejor opción si la aplicación requiere una serie de movimientos incrementales muy pequeños. Cuando se inicia un movimiento, el motor debe ejecutar suficientes movimientos pequeños para tomar el tramo elástico y superar la fricción estática antes de que la correa se mueva. Si se debe utilizar un actuador de correa en una aplicación de este tipo, una solución es utilizar un micromotor de pasos o un servomotor con un elevado número de impulsos de línea del codificador.
Algunos de los actuadores de correa más recientes utilizan correas fabricadas con materiales más rígidos. Estas versiones son capaces de una buena precisión posicional.
Una tercera opción
A veces, ni un husillo a bolas ni un actuador de correa resultan lo más adecuado. Otra opción pueden ser los actuadores lineales neumáticos sin vástago. Estos dispositivos se encargan de realizar movimientos muy repetitivos, de ida y vuelta, que no requieren un posicionamiento complejo. También ofrecen una alta velocidad y una gran capacidad de carga, en algunos casos, por un 50% menos de coste por eje que otras opciones de actuadores, especialmente si ya tiene acceso a una fuente de aire comprimido.