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#Tendencias de productos
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Cómo seleccionar el actuador lineal adecuado
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Velocidad, carga, longitud de carrera, repetibilidad, ciclo de trabajo, entorno y presupuesto.
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La selección del actuador lineal adecuado para su aplicación implica tener en cuenta la velocidad, la carga y la longitud de la carrera necesarias, entre otras cosas.
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. El truco consiste 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 la hora de seleccionar un actuador. Aunque los actuadores de tipo tornillo son componentes eficaces y económicos, a velocidades muy altas sufren un fenómeno conocido como látigo de tornillo, en el que el tornillo se dobla al girar. Este fenómeno provoca vibraciones y un desgaste prematuro.
El umbral de la deformación del tornillo, llamado velocidad crítica, depende de las dimensiones y del material del tornillo. La velocidad crítica puede calcularse analíticamente mediante ecuaciones conocidas. Si la velocidad es demasiado alta para el uso de un actuador de tipo tornillo, considere un motor lineal o un actuador de transmisión por correa.
Carga
Es esencial que el actuador esté adecuadamente dimensionado para la carga. Hay varios factores que hay que tener en cuenta a la hora de dimensionar la capacidad de carga: la capacidad de carga radial de los cojinetes guía, la capacidad de momento del carro de soporte y la capacidad de carga axial de los cojinetes de soporte y del husillo a bolas. Es importante elegir un actuador diseñado para hacer frente a las cargas que presenta la aplicación.
Un error común es pensar que sólo importa la capacidad de carga, y la capacidad de carga permite calcular la vida útil de un actuador bajo una carga determinada. Sin embargo, hay que tener en cuenta otros factores, como la rigidez del actuador en varias 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 tener en cuenta es la posición de la carga. Una masa que descansa sobre un carro que se desplaza a lo largo del eje del actuador introduce fuerzas muy diferentes a las de una carga suspendida que aplica un momento de vuelco. Asegúrese de que el actuador está correctamente dimensionado y apoyado.
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, incluso en caso de fallo del motor. Para garantizar el autobloqueo de un tornillo, la eficacia del mismo debe ser inferior al 50%, siendo la eficacia una función del ángulo de avance y del coeficiente de fricción entre la tuerca y el tornillo. Como alternativa, también pueden funcionar los actuadores de cremallera.
Las correas han mejorado notablemente en los últimos años. Son robustas y están muy bien diseñadas, 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 no se ajustan a lo que puede ofrecer un husillo de bolas o un husillo de rosca. Hay que tener especial cuidado si se utiliza una transmisión por correa en una aplicación vertical. Se recomienda utilizar un contrapeso o un freno, según convenga, para frenar, detener y soportar la carga por seguridad.
Longitud de la carrera
El siguiente factor a considerar es la longitud de la carrera. Los actuadores de tornillo son efectivos y pueden, en algunos casos, ser utilizados para carreras de hasta 5 pies o más. Hay que tener cuidado con los actuadores de tornillo de muy largo recorrido para no exceder la velocidad crítica. Para carreras largas, los accionamientos por correa son la mejor opción. Las correas actuales son materiales de alta ingeniería que necesitan poco mantenimiento. Pueden utilizarse en distancias de hasta 50 pies.
Otra opción para carreras largas es un motor lineal. En esencia, los servomotores desenrollados, los motores lineales consisten en una fuerza que se desplaza a lo largo de una pista magnética fija. En teoría, la pista puede ser tan larga como se desee. Desde un punto de vista práctico, los motores lineales están limitados tanto por el requisito de proporcionar una pista de imanes nivelada y cuidadosamente alineada como por los costes de los imanes. La gestión de los cables del motor en recorridos muy largos también puede ser un reto.
Repetibilidad
Cada aplicación tiene un requisito de repetibilidad. La elección correcta del actuador proporciona un sistema que no sólo satisface esos requisitos, sino que también ayuda al proyecto a cumplir 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 un accionamiento por correa.
La elección óptima depende de las necesidades de la aplicación. Las transmisiones por correa no funcionan tan bien como los actuadores de tornillo, pero para una aplicación con tolerancias más permisivas las transmisiones por correa pueden ofrecer un ahorro significativo. 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 pueda cumplir los requisitos de la aplicación. Los husillos, por ejemplo, se basan en un contacto deslizante, normalmente de acero inoxidable a plástico (hay muchas opciones disponibles en función de la aplicación). Esto introduce un desgaste importante durante la vida útil del dispositivo. Por lo tanto, los tornillos de plomo deben evitarse si se trata de una aplicación combinada de alta carga y alto ciclo de trabajo.
En su lugar, elija un actuador de husillo de bolas de recirculación. Estos dispositivos tienen fricción de rodadura, no de deslizamiento, por lo que duran más y la vida es más predecible. Sin embargo, las bolas pueden dañarse, especialmente con cargas elevadas. Para aplicaciones que no toleran fallos, pruebe con un tornillo de rodillos planetario. Estos dispositivos distribuyen el peso para minimizar el desgaste, por lo que son adecuados para aplicaciones militares y aeroespaciales, entre otras. Para aplicaciones económicas, también puede funcionar una transmisión por correa.
Entorno
El entorno operativo de una aplicación también influye en la elección del actuador. En un entorno de sala limpia, evite los actuadores de tornillo de plomo. El contacto entre metales y plásticos genera partículas que comprometen la clasificación de sala limpia.
Por el contrario, los entornos extremadamente sucios pueden dañar los actuadores. En los actuadores de varilla, el tornillo está sellado en la carcasa. Como resultado, los actuadores de varilla son razonablemente seguros en entornos con contaminación y líquido. En los actuadores sin vástago, la carga descansa en un carro que debe conectarse al tornillo, lo que puede exponer al actuador a la contaminación.
Por ello, los actuadores sin vástago necesitan disposiciones especiales, tanto si la tecnología base es un actuador de tornillo como un motor lineal. Busque componentes con clasificación IP. Considere la posibilidad de montar la ranura hacia abajo para reducir la entrada. Tenga en cuenta que la lubricación puede atrapar y retener partículas para dañar las superficies con el tiempo.
Otro factor a tener en cuenta sobre el entorno es la cantidad de espacio disponible. El mejor actuador del mundo es inútil si no cabe en el espacio disponible. Especifique los actuadores al principio de la fase de diseño para asegurarse de que hay espacio suficiente. Trabaje estrechamente con su proveedor para aprovechar cualquier factor que pueda ofrecer las características que necesita en un factor de forma compacto.
Presupuesto
Siempre es importante tener en cuenta los objetivos de precio. Los motores lineales son los más caros, seguidos de los actuadores de tipo tornillo (tornillo planetario, tornillo de bolas y tornillo de plomo). Los accionamientos por correa son los más económicos.
La ingeniería siempre implica compromisos. La lista anterior es un primer paso en la selección de actuadores. Para cualquier aplicación, las restricciones especiales pueden significar que el presupuesto es una prioridad mayor que el rendimiento, por ejemplo, o que el ciclo de trabajo es 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, hable con su proveedor sobre el desarrollo de un producto a medida que haga el trabajo.