Especificación de un actuador lineal: 3 factores clave

Sep 19, 2023

17 de noviembre de 2021 por Mark Allinson Deja un comentario

Por Japh Humphries, gerente comercial y de ventas del Reino Unido, Matara Reino Unido

Los sistemas de movimiento lineal son críticos para el negocio en una amplia gama de industrias, desde plantas de procesamiento de alimentos hasta fabricantes de semiconductores y productores de empaques, por nombrar solo algunos.

De hecho, prácticamente en cualquier lugar que requiera que las cargas se muevan de manera rentable en línea recta, de manera segura y precisa.

Estos sistemas han mejorado la automatización al mismo tiempo que reducen los costos de producción, lo que los hace invaluables.

Los actuadores lineales están en el corazón de un sistema de movimiento lineal, combinando guías lineales y componentes de transmisión de potencia en una sola unidad.

Si bien los fabricantes de máquinas pueden optar por diseñar y producir estos elementos internamente, la mayoría opta por actuadores lineales listos para usar, ya que reduce los costos generales de diseño y fabricación de la máquina y, ya que cuentan con una construcción optimizada y probada en aplicaciones. , son altamente confiables, precisas y brindan repetibilidad; todos los cuales son fundamentales para la máquina de producción y los sistemas de automatización.

Si bien es importante considerar todos los componentes de un sistema de movimiento lineal por separado y como un todo, la elección del actuador lineal adecuado (actuador accionado por correa, accionado por husillo de bolas o de varilla eléctrica) es fundamental. Hay una serie de factores que deben tenerse en cuenta, pero tres están muy por encima del resto y "harán o desharán" un sistema.

Factor clave 1: Velocidad

La velocidad del proceso en cuestión afectará la longevidad y la eficiencia del actuador.

Un actuador lineal de husillo de bolas normalmente funcionará a alrededor de 0,35 a 1,5 m/s con longitudes de carrera inferiores a un metro, aunque se pueden lograr velocidades más altas y longitudes más largas agregando soportes al conjunto.

Sin embargo, esto solo lo llevará hasta el punto en que un actuador de husillo de bolas puede ser susceptible de "latigazos de husillo" a altas velocidades, donde el husillo vibra y se arquea a medida que gira. Con el tiempo, esto puede afectar negativamente el rendimiento del actuador, lo que provoca un desgaste prematuro y acorta su vida útil.

Si bien no existe un punto de corte universal en el que un actuador lineal de husillo de bolas ya no sea una opción, depende en gran medida de una variedad de factores, incluidas las dimensiones y el material del husillo y el uso y el entorno de los actuadores. desea alcanzar velocidades más altas, hasta 3 m/s, entonces debe considerar un actuador de correa.

Los actuadores de correa funcionan mejor a velocidades más altas y también en aplicaciones que requieren una carrera larga. Lo que nos lleva a nuestro siguiente factor clave.

Factor clave 2: Longitud del trazo

La longitud de carrera se refiere a la distancia que se requiere que el actuador de riel lineal mueva una carga en una dirección.

Los actuadores de husillo de bolas lineales suelen diseñarse con una longitud de carrera de alrededor de 1000 mm, aunque se pueden adaptar longitudes más pequeñas y más grandes, por ejemplo, utilizando bolas de diferentes diámetros.

Sin embargo, nunca recomendaríamos un actuador de husillo de bolas para longitudes de carrera superiores a 54 000 mm. Para longitudes de carrera más largas, los actuadores accionados por correa son una mejor opción. En Matara, podemos fabricar actuadores lineales con longitudes de carrera de 100 mm a 6700 mm.

Una de las consideraciones más importantes al observar la longitud de la carrera, y que con demasiada frecuencia se pasa por alto, es la carrera de seguridad.

La carrera de seguridad es una asignación que proporciona espacio para que el actuador se detenga por sí solo si es necesaria una parada de emergencia del sistema. Esto evita que la mesa de cojinetes (y la carga) golpeen los extremos del actuador, lo que puede causar daños.

Incluso si las paradas de emergencia son raras en su proceso en particular, sigue siendo una buena práctica tener en cuenta una carrera de seguridad, ya que los actuadores lineales no están diseñados para ejecutarse constantemente en una parada brusca, ya que esto puede causar desgaste en el funcionamiento interno del actuador. con el tiempo.

Para calcular la carrera de seguridad, para los actuadores accionados por correa, especifique una distancia igual a dos vueltas del motor en cada extremo del actuador (o cuatro vueltas en total). Para los actuadores de husillo de bolas, basarlo en el doble del paso del husillo de bolas. Es posible que deban tenerse en cuenta otros factores, pero este cálculo es un buen punto de partida.

Factor clave 3: carga

La longitud de carrera impacta en la velocidad y viceversa, pero la carga tiene un efecto directo en ambos.

Cualquier persona involucrada en una capacidad de ingeniería apreciará la importancia de la capacidad de carga en una estructura y los sistemas de movimiento lineal no son diferentes a este respecto. Calcule mal la carga y, en el mejor de los casos, habrá una pérdida de precisión, pero en el peor de los casos, puede estar frente a una falla catastrófica con daños en el conjunto del actuador y el producto, y un riesgo potencial grave para la salud y la seguridad.

Donde los sistemas de movimiento lineal difieren de muchos otros cálculos de capacidad de carga es la necesidad de basarlos en la capacidad de carga dinámica. A diferencia de la carga estática, que es la carga sobre el actuador cuando está en una posición fija, una carga dinámica es la que maneja el actuador cuando está en funcionamiento y en movimiento. En otras palabras, cuánto trabajo puede hacer realmente la máquina; cuánto se puede empujar o tirar.

Debe basar el cálculo en la capacidad de carga radial y axial, así como en la capacidad de momento del carro de soporte. También se debe considerar la posición de la carga en términos de su tamaño (incluido cualquier voladizo), así como la orientación en la que se mueve la carga.

Los actuadores accionados por husillo de bolas generalmente pueden mover cargas más altas y se usan ampliamente en aplicaciones que requieren movimiento en un eje vertical, como los robots de pórtico. En general, se debe evitar un actuador de correa para el movimiento del eje vertical, ya que existe el riesgo de que la correa se rompa debido a la tensión.

Sin embargo, los actuadores accionados por correa se pueden 'reforzar' para lograr índices de carga dinámica más altos mediante el uso de rieles lineales y carros como guías externas. Los rieles lineales tienen dos pistas paralelas que contienen rodillos para soportar una carga en movimiento, proporcionando guía y soporte para una carga transportada por un actuador entre dos puntos.

Los raíles lineales se utilizan en una amplia gama de aplicaciones y pueden transportar cargas que varían desde componentes electrónicos extremadamente ligeros hasta grandes cargas que pesan miles de kilogramos en la industria pesada.

En última instancia, la elección del actuador lineal se verá afectada por los tres factores y qué factor tiene prioridad para la máquina que se está diseñando y el proceso para el que está destinada. También habrá otros factores a considerar, incluida la dirección en la que se monta el actuador, la precisión y la repetibilidad, los requisitos de mantenimiento y el entorno operativo. Pero sin acertar con los tres grandes (velocidad, longitud de carrera, capacidad de carga), ninguno de los otros importará.

Matara diseña y fabrica una gama de productos de automatización lineal y neumática, incluidos los actuadores de rieles lineales. Los productos están disponibles en stock o pueden fabricarse a la medida bajo pedido.

Para mas información contactenos:

https://www.matara.com/products/actuator-systems/linear-actuators/[email protected]éfono: +44 (0)1684 850000

Sobre el autor: Japh Humphries es el gerente comercial y de ventas del Reino Unido en Matara UK Limited, con sede en Tewkesbury Business Park, Inglaterra, Reino Unido.

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