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¿Cuáles son los distintos tipos de sistemas de movimiento lineal?

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¿Qué tipo de movimiento elegir?

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En la física clásica se definen cuatro tipos básicos de movimiento: lineal, giratorio, alternativo y oscilatorio. Cuando se aplican a dispositivos mecánicos, este comportamiento físico natural transforma el movimiento en fuerza. Esta fuerza o potencia se utiliza entonces para crear algún tipo de movimiento de salida, que acciona el equipo o la maquinaria. En la automatización industrial, utilizamos una amplia variedad de equipos que emplean estos diferentes tipos de sistemas de movimiento, normalmente rotativos o lineales, pero a veces una combinación de ambos.

Movimiento lineal
El movimiento lineal es la forma más sencilla y fundamental de movimiento y se caracteriza por la alteración de la posición en una única dirección. Imagínese a una persona caminando, nadando o corriendo en línea recta, o un objeto mecánico como un vehículo que se desplaza por una vía recta. Un sistema de movimiento lineal se basa en algún tipo de mecanismo que desplaza una carga a lo largo de un único eje. En neumática, las cargas se mueven en línea recta mediante dispositivos como motores lineales, correderas o actuadores, o conjuntos de husillos de bolas. Este tipo de sistema de movimiento es más común en aplicaciones como la manipulación de materiales, el mecanizado CNC, el embalaje, la paletización y la robótica.

Tipos de accionamientos lineales
Existen varias tecnologías de accionamiento que emplean el movimiento lineal, cada una con sus propias ventajas

1. Los motores lineales generan movimiento lineal directo. Pueden acelerar rápidamente a altas velocidades y no requieren conversión mecánica. Son muy adecuados para aplicaciones de pick-and-place.
2. Las guías lineales, como las de rodillos o raíles, proporcionan un movimiento lineal suave y de baja fricción. Se utilizan con frecuencia en automatización y máquinas herramienta para soportar cargas pesadas.
3. Los husillos de bolas convierten los movimientos giratorios en movimientos lineales. Son extremadamente precisos y eficaces y se utilizan mucho en robótica y aplicaciones como máquinas CNC.
4. Los sistemas de piñón y cremallera proporcionan una gran capacidad de fuerza y grandes distancias de recorrido, utilizando engranajes dentados para convertir el movimiento rotativo en movimiento lineal. Encontrará este tipo de accionamiento en sistemas de pórtico y maquinaria de gran tamaño.

Movimiento rotativo
La forma más básica de movimiento rotativo es la rueda, donde algo gira o gira en cualquier dirección alrededor de un eje central o punto de pivote. El movimiento puede ser autogenerado, como un tornado o la rotación de la Tierra, pero en los sistemas de automatización se crea mediante actuadores rotativos, sistemas accionados por engranajes o mesas giratorias.

Un actuador rotativo genera energía en un radio que puede ser un ángulo parcial de un círculo o una revolución completa y continua. Entre las aplicaciones que utilizan sistemas de movimiento rotativo se encuentran las turbinas para generar energía a partir del viento, el agua o el vapor, los husillos de máquinas herramienta, las herramientas de taladrado o rectificado, las articulaciones robóticas y las mesas indexadoras.

Tipos de accionamiento rotativo
Los dispositivos rotativos se clasifican según su fuente de potencia o energía: manual, eléctrica o basada en fluidos (hidráulica o neumática).

1. Los accionamientos manuales crean movimiento rotativo con un sistema de engranajes, normalmente una rueda accionada a mano que transmite energía rotacional a través del engranaje al elemento actuador. El par mecánico reduce el esfuerzo necesario para mover una carga grande.
2. Los accionamientos rotativos eléctricos suelen funcionar con un motor que controla un sistema de engranajes. Suelen ser reversibles y pueden generar rotación angular u oscilación. Un controlador eléctrico regula la corriente de entrada al motor, de modo que puede variar la aceleración y la velocidad.
3. Los accionamientos rotativos basados en fluidos utilizan aire o fluidos a presión para generar movimiento. Hay muchas formas de hacerlo, como el engranaje de piñón y cremallera, la presión sobre una paleta o diafragma, o un sistema de pistón y acoplamiento giratorio llamado yugo escocés.

Sistemas de movimiento combinados
Las tareas más complejas crean un sistema a partir de una combinación de tipos de movimiento, normalmente lineal y rotativo. Los encontrará en aplicaciones como operaciones de pick and place y robótica, donde se utilizan para distintos tipos de robots y algunos brazos robóticos. También verá avances tecnológicos en soluciones de control de movimiento multieje y programación electrónica compleja.

Accionamientos de movimiento combinado
Para conseguir un movimiento preciso con accionamientos de movimiento combinado, las principales soluciones son los engranajes, las transmisiones por correa y los husillos. Cada solución tiene sus puntos fuertes y débiles, como la repetibilidad, la velocidad de posicionamiento, la precisión y el coste.

1. Los engranajes son dispositivos mecánicos que transmiten el par mediante la conexión de dientes. Los dientes del mecanismo de engranaje engranan con piezas dentadas compatibles de otro engranaje o transmisión para crear fuerza de rotación. Los engranajes suelen ser circulares, con una circunferencia dentada, pero también es posible poner dientes en el diámetro interior de una rueda dentada. Este tipo de diseños suelen utilizarse en aplicaciones en las que el espacio y el peso son críticos y ofrecen un alto grado de control del par y la velocidad. Dos o más engranajes entrelazados también pueden funcionar en secuencia como un tren de engranajes para transmitir movimiento de rotación, normalmente accionado por un motor.
2. Las transmisiones por correa suelen consistir en una banda o correa flexible y circular que conecta un par de poleas. Son accionadas por un motor, y su movimiento cíclico transmite potencia rotacional de un lugar a otro. Son muy útiles para aplicaciones que necesitan recorrer largas distancias, ya que su funcionamiento es más ligero, silencioso, barato y eficiente que el de los engranajes. La aplicación más común de las transmisiones por correa son los sistemas transportadores y las correas de levas para motores.
3. Al igual que un husillo de bolas, los husillos de rosca de plomo o los husillos de potencia convierten el movimiento giratorio de un tornillo o tuerca en movimiento lineal. Los husillos y tuercas utilizan un diseño de rosca helicoidal para traducir el movimiento, por lo que también suelen denominarse tornillos de traslación. Existen en una amplia variedad de tamaños y valores, por lo que se puede determinar cuánto movimiento se proporcionará en una revolución del tornillo. Eso los hace viables tanto para accionamientos que exigen alta precisión y velocidad, como un cabezal lector de discos, como para los que requieren baja velocidad y alto par, como un tornillo de banco. Los husillos de rosca también son adecuados para aplicaciones que requieren una gran transferencia de carga o un movimiento preciso, y se utilizan habitualmente en maquinaria para aficionados y en robótica.

¿Qué tipo de movimiento elegir?
El tipo de sistema de movimiento que utilice depende en gran medida de su aplicación y de su entorno de trabajo. ¿De cuánto espacio dispone o qué distancia debe cruzar? Otros factores a tener en cuenta son la precisión y velocidad que necesita y la fuerza que precisa para realizar una tarea. Elegir sistemas de movimiento lineal, giratorio o combinado puede requerir algunos cálculos complejos. Si tiene alguna duda o necesita ayuda, no dude en ponerse en contacto con nuestros expertos de FUYU Motion.