¿Qué es la ingeniería de diseño de movimiento lineal?

Resumen técnico.

diseño de movimiento lineal

El movimiento lineal es un área del control del movimiento que abarca varias tecnologías, como los motores lineales, los actuadores lineales y las guías de rodadura y los rodamientos lineales, entre otros.

Motores lineales: una opción precisa

Los motores lineales tradicionales son básicamente un motor rotativo de imanes permanentes enrollado y colocado en posición horizontal. Es como si el estator y el rotor se cortaran a lo largo de un plano radial y luego se desenrollaran para poder proporcionar un empuje lineal. Cuando la parte estacionaria del motor recibe energía, provoca un movimiento en la parte móvil que contiene algún tipo de material conductor.

Las ventajas de los motores lineales son, entre otras, las altas velocidades y los tiempos de respuesta rápidos, la alta precisión y la rigidez y, al no haber componentes de transmisión mecánica, la eliminación de las holguras.

En el lado negativo, los motores lineales pueden ser más caros que otras soluciones tradicionales. También exigen una mejor respuesta de los controladores, como un mayor ancho de banda y una mayor velocidad de actualización. Además, los motores lineales no suelen producir tanta fuerza como otros tipos de soluciones, como los husillos de bolas. Otro problema puede ser el calentamiento por las pérdidas de I2R, que puede requerir consideraciones especiales de refrigeración.

La elección del mejor motor lineal para una aplicación implica una serie de factores que incluyen consideraciones de fuerza y térmicas, cargas en los rodamientos y consideraciones de espacio y holgura.

Los primeros motores lineales eran cilíndricos. En estos motores, el forzador es de construcción cilíndrica y se mueve hacia arriba y hacia abajo por una barra cilíndrica que aloja los imanes. Los motores lineales del tipo "U" tienen dos pistas magnéticas paralelas enfrentadas con el forzador entre las placas. El forzador se apoya en la pista de imanes mediante un sistema de rodamientos. Por último están los motores lineales de tipo plano, que pueden ser de tres tipos diferentes: de hierro sin ranura, de hierro sin ranura y de hierro con ranura.

Actuadores lineales - configuraciones integradas con componentes de movimiento tradicionales

Los actuadores lineales producen esencialmente un movimiento lineal. A veces la fuente primaria de movimiento es no lineal o rotativa, como un motor. En este caso, otros medios mecánicos como correas, poleas, cadenas u otros componentes mecánicos convierten el movimiento rotativo en movimiento lineal. Otros tipos de actuadores lineales producen el movimiento lineal por sí mismos, como por ejemplo a través de la presión de fluidos (hidráulicos o de aire). Los actuadores lineales más comunes son los mecánicos, electromecánicos, hidráulicos, neumáticos y piezoeléctricos.

Un actuador lineal de fuente rotativa suele utilizar un motor eléctrico para proporcionar su energía de entrada. Este actuador puede utilizar un tornillo de avance para convertir el movimiento de rotación del motor en un movimiento rectilíneo.

La mejor opción para la aplicación depende de factores como la potencia requerida, el tamaño y los requisitos de potencia. Hay varios factores importantes que hay que tener en cuenta al elegir un actuador lineal. En primer lugar, hay que determinar la carrera o la longitud de movimiento necesaria. A continuación, ¿cuánta fuerza se requiere del actuador? Es decir, ¿cuál es el peso del objeto que debe mover el actuador? ¿Cómo se montará el actuador, en horizontal o en vertical?

Los actuadores lineales se utilizan en una amplia gama de aplicaciones industriales, como equipos de manipulación de materiales y robótica, así como en aplicaciones de consumo cotidiano, como electrodomésticos y equipos informáticos, como cabezales de impresora y escáneres.

Guías de rodamiento de movimiento lineal: para la flexibilidad del diseño OEM

Las guías rodantes de movimiento lineal no son actuadores en sí, sino el componente mecánico que guía un movimiento lineal, que puede ser un raíl o un eje conectado a algún tipo de dispositivo actuador. Las guías de rodamiento para aplicaciones de movimiento lineal pueden ayudar a reducir la fricción en las máquinas. Se utilizan en diversos campos, desde dispositivos avanzados de fabricación de semiconductores hasta grandes máquinas herramienta o equipos de construcción.

Las guías rodantes lineales se presentan en diferentes formas, como los sistemas de guiado de raíles por vías lineales y vías de rodillos lineales y los sistemas de guiado de ejes por estrías de bolas.

Entre las consideraciones más importantes a la hora de elegir una guía rodante de movimiento lineal se encuentran la carga, la carga estática, la carrera y la velocidad, así como la precisión y la exactitud deseadas. En función de los requisitos de la aplicación, también puede ser necesaria la precarga. La lubricación es otra consideración importante, al igual que cualquier método para minimizar la contaminación del sistema de guía lineal por factores ambientales como el polvo y otros contaminantes, utilizando fuelles o juntas especiales.