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Fortalezas y limitaciones: Accionamiento por correa vs. Actuadores de husillo de bolas

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Actuadores accionados por correa, actuadores accionados por husillo de bolas y puntos fuertes y limitaciones de cada uno.

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En el pasado, el reto de los sistemas de automatización mecánica ha sido convertir con éxito el movimiento rotativo de los motores eléctricos o mecánicos en formas útiles de movimiento lineal. El sistema de cinta transportadora, un gran avance en este sentido, representó una de las primeras implementaciones útiles de conversión de movimiento rotativo a lineal para su uso en un entorno de producción. Estos sistemas son capaces de transportar una amplia variedad de materias primas y piezas de trabajo de una manera mucho más eficiente de lo que se podía lograr anteriormente mediante el uso de fuerzas mecánicas brutas y son extremadamente útiles en entornos de producción.

En la actualidad, un importante trabajo de ingeniería en el campo de la conversión del movimiento rotativo ha dado lugar a una variada clase de actuadores mecánicos lineales que son útiles para una amplia gama de aplicaciones de automatización avanzadas. El reto consiste en seleccionar un actuador adecuado para la funcionalidad deseada, ya sea simplemente el movimiento de materias primas en un entorno de fabricación o la construcción de sistemas de movimiento más avanzados diseñados para mover herramientas en posiciones precisas.

Para seleccionar el actuador mecánico lineal adecuado, hay que tener en cuenta algunas consideraciones importantes, como la capacidad de carga deseada, o la fuerza de empuje, y la distancia de carrera necesaria. Aunque estas son las consideraciones principales, otras como la carga de mantenimiento también desempeñan un papel importante.

Hay dos tipos de actuadores lineales mecanizados ampliamente utilizados que se diferencian por sus mecanismos de accionamiento: actuadores accionados por correa y actuadores accionados por husillo de bolas. Ambos tipos se emplean en tipos de aplicaciones similares, pero los dos difieren significativamente en su función. Cada tipo posee puntos fuertes únicos y limitaciones importantes que deben ser consideradas cuidadosamente en la selección de un actuador.

Actuadores accionados por correa

El actuador accionado por correa funciona bajo los mismos principios que el sistema de cinta transportadora. El accionamiento por correa traduce el movimiento rotativo en movimiento lineal a través de una correa dentada conectada entre dos poleas circulares. La correa dentada suele estar hecha de un elastómero reforzado con fibra, pero hay muchos otros materiales de correa disponibles para aplicaciones más exigentes. La correa contiene dientes que interactúan con las poleas del rotor para transferir eficazmente el par y evitar el deslizamiento. La transmisión por correa está encerrada en un cuerpo de aluminio, mientras que el carro va encima, y la interfaz del eje de transmisión suele estar situada perpendicularmente al lado del actuador.

Actuadores accionados por husillo de bolas

El principio fundamental del actuador de husillo de bolas es esencialmente una mejora sobre un sistema de husillo de plomo. En los actuadores accionados por husillo de bolas, la rotación del husillo de bolas acciona la tuerca de bolas/el carro montado debido a que la interfaz entre el espárrago y el husillo de bolas es esencialmente un sistema de rodamiento de bolas, en el que las bolas de acero endurecido de la tuerca ruedan a lo largo de la pista de rodadura del espárrago. Al igual que el actuador accionado por correa, los componentes de accionamiento del actuador accionado por husillo de bolas están encerrados dentro de un cuerpo de aluminio, mientras que el carro se mueve en la parte superior. A diferencia de los actuadores accionados por correa, la interfaz del eje de transmisión está situada en línea con el husillo de bolas, fuera del extremo del actuador.

Puntos fuertes y limitaciones de cada uno

Los actuadores accionados por correa son generalmente preferidos para aplicaciones que requieren largas distancias de desplazamiento, lo que puede lograrse de forma más rentable que con un actuador accionado por husillo de bolas de longitud similar. Además, el actuador accionado por correa es generalmente más eficiente, ya que posee menos piezas móviles críticas, lo que hace que el mantenimiento sea menos intensivo. A pesar de ello, la tensión adecuada de la correa es fundamental para garantizar la transferencia correcta del par, y suele ser necesario volver a tensar la correa en períodos de mantenimiento periódicos.

Por otro lado, la unidad de husillo de bolas se asemeja mucho a un sistema de rodamiento de bolas y, por tanto, es capaz de soportar mayores cargas y alcanzar una mayor fuerza de empuje. Por esta razón, los actuadores accionados por husillos de bolas son ideales en aplicaciones en las que puede ser necesario posicionar cargas grandes y pesadas con un alto nivel de precisión. 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 otros inconvenientes del actuador accionado por correa, a pesar de su simplicidad y eficiencia. Se requieren correas considerablemente más gruesas para las demandas de carga/empuje más elevadas. Las correas también son susceptibles a las cargas de choque, aunque este problema puede mitigarse hasta cierto punto mediante la selección cuidadosa de los materiales de las correas, que pueden añadir 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 los preferidos para las aplicaciones que requieren un alto grado de fiabilidad y repetibilidad durante largos periodos de tiempo. Los actuadores accionados por husillo de bolas son la opción preferida para las 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 en aplicaciones en las que se requieren fuerzas de carga y/o empuje elevadas, junto con un posicionamiento altamente preciso. 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 cuando se necesitan velocidades más altas. Los actuadores accionados por correa también pueden ser una solución rentable para aplicaciones de largo recorrido. Aunque la tarea de seleccionar entre actuadores mecánicos accionados por correa y por husillo de bolas puede parecer desalentadora. A primera vista, los puntos fuertes y débiles de cada diseño proporcionan opciones claras para cada aplicación única.