Lectura de 6 minutos
En el pasado, el reto en 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 bandas transportadoras, un gran avance en este sentido, representó una de las primeras implementaciones útiles de conversión de movimiento rotativo a lineal para su uso en entornos de producción. Estos sistemas son capaces de transportar una amplia variedad de materias primas y piezas de trabajo de una manera más eficiente de lo que se podía lograr anteriormente mediante el uso de fuerzas mecánicas brutas y son extremadamente útiles en entornos operativos.
En la actualidad, el importante trabajo de ingeniería realizado en el campo de la conversión de movimiento rotativo ha dado lugar a una variada clase de actuadores mecánicos lineales que resultan útiles para una amplia gama de aplicaciones de automatización avanzada. El reto consiste en seleccionar un actuador adecuado para la funcionalidad deseada, ya sea simplemente para 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, deben tenerse en cuenta algunas consideraciones importantes, como la capacidad de carga deseada, la fuerza de empuje y la distancia de carrera necesaria. Aunque estas son consideraciones primordiales, otras, como la carga de mantenimiento, sin duda, también representan un papel importante.
Existen dos tipos de actuadores lineales mecanizados ampliamente utilizados que se diferencian por sus mecanismos de accionamiento: actuadores por correa y actuadores por husillo de bolas. Ambos tipos se emplean en aplicaciones similares, pero difieren significativamente en su funcionamiento. Cada tipo posee puntos fuertes únicos y limitaciones importantes que deben considerarse cuidadosamente al seleccionar un actuador.
Actuadores de correa: el actuador accionado por correa funciona bajo los mismos principios que el sistema de banda transportadora. La transmisión por correa traduce el movimiento rotativo en movimiento lineal a través de una banda de tiempo conectada entre dos poleas circulares. La banda de tiempo suele estar fabricada con un elastómero reforzado con fibra, pero existen muchos otros materiales para aplicaciones más exigentes. La banda de tiempo tiene dientes que interactúan con las poleas del rotor para transferir eficazmente el par y evitar el deslizamiento. La transmisión por correa está encerrada dentro de 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 de husillo de bolas: el principio fundamental detrás del actuador accionado por un husillo de bolas es esencialmente una mejora sobre un sistema accionado únicamente por un husillo de bolas. En los actuadores accionados por un husillo de bolas, la rotación del husillo de bolas acciona la tuerca de bolas o el carro montado, debido a que la interfaz entre el perno y el husillo de bolas es esencialmente un sistema de rodamientos de bolas, en el que las bolas de acero endurecido de la tuerca ruedan por la pista del perno. De forma similar al actuador de correa, los componentes del actuador por husillo de bolas están encerrados dentro de un cuerpo de aluminio, mientras que el carro se desplaza por encima. A diferencia de los actuadores por correa, la interfaz del eje de transmisión está situada en línea con el husillo de bolas, fuera del extremo del actuador.
Fortalezas y limitaciones de cada uno
Los actuadores accionados por correa se prefieren generalmente para aplicaciones que requieren largas distancias de recorrido, que pueden lograrse de forma más rentable que con un actuador por husillo de bolas de longitud similar. Además, el actuador por correa es generalmente más eficiente, ya que posee menos piezas móviles críticas, por lo que su mantenimiento requiere menos mano de obra. A pesar de ello, la tensión adecuada de la correa es fundamental para garantizar una transferencia adecuada del par, y suele ser necesario volver a tensar la correa en periodos de mantenimiento regulares.
Alternativamente, la unidad de husillo de bolas se asemeja mucho a un sistema de rodamiento de bolas y, por tanto, es capaz de soportar cargas más elevadas y alcanzar una mayor fuerza de empuje. Por esta razón, los actuadores accionados por husillo 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 sencillez y eficiencia; ya que se necesitan correas mucho más gruesas para demandas de carga/fuerza más elevadas. Las correas también son susceptibles a las cargas de impacto, aunque este problema puede mitigarse hasta cierto punto mediante una cuidadosa selección 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 por husillo de bolas tiende a ser superior a la de los actuadores por correa. Debido a esto, los actuadores por husillo de bolas son los preferidos para aplicaciones que requieren altos grados de fiabilidad y repetibilidad durante largos periodos de tiempo. Los actuadores por husillo de bolas son la opción preferida para 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 por husillo de bolas son la mejor opción en aplicaciones donde se requieren altas fuerzas de carga y/o empuje, junto con un posicionamiento de alta precisión. Sin embargo, debido a su alta eficiencia y simplicidad, los actuadores por correa siguen siendo la mejor opción para aplicaciones con cargas menores, especialmente cuando se necesitan velocidades más altas. Los actuadores por correa también pueden ser una solución rentable para aplicaciones de carrera larga. Aunque la tarea de seleccionar entre actuadores mecánicos por correa y por husillo de bolas puede parecer desalentadora a primera vista, las fortalezas y debilidades de cada diseño proporcionan opciones claras para cada aplicación única.
Si deseas ver algunos ejemplos de aplicaciones que utilizan actuadores, visita nuestra inCAD Library, donde puedes ver más de 200 aplicaciones industriales que utilizan actuadores. También puedes conocer la selección de actuadores serie LX de MISUMI.