Actuadores lineales 101: todo lo que necesita saber sobre los actuadores lineales

Jun 27, 2023

robbie dickson

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Este artículo le brindará una comprensión básica de cómo funcionan los actuadores lineales y la terminología utilizada para describirlos. Cuando comprenda los conceptos básicos, le resultará mucho más fácil seleccionar su propio actuador lineal eléctrico.

Un actuador es un dispositivo que requiere una entrada de fuente de energía y una entrada de señal externa. Estas entradas crean una salida generalmente en forma de movimiento que puede ser rotatorio o lineal. A los efectos de este artículo, nos enfocamos en los actuadores que crean movimiento lineal; sin embargo, hemos creado un artículo mucho más detallado que se enfoca específicamente en los actuadores en general, para ver eso, vaya aquí "Actuadores"

Para ayudarlo aún más, hemos creado un artículo llamado "No compre un actuador lineal hasta que lea estos cinco pasos". Esto puede ayudarlo a evitar las muchas trampas de comprar un actuador lineal eléctrico en línea.

También hemos creado una calculadora que se puede usar para calcular qué tipo de actuador lineal puede necesitar para una aplicación específica. Simplemente ingrese algunos detalles básicos en la calculadora y se mostrarán los resultados. Haga clic aquí para la calculadora de actuador lineal

Un actuador lineal eléctrico es un dispositivo que convierte el movimiento de rotación de un motor de CA o CC en movimiento lineal. Puede proporcionar tanto movimientos de empuje como de tracción.

Este movimiento hace posible levantar, dejar caer, deslizar, ajustar, inclinar, empujar o jalar objetos con solo presionar un botón. ¡Solo considere todas las posibilidades con un producto que puede hacer todo este trabajo por usted con solo tocar un botón! y para hacerlo aún más atractivo, estos actuadores eléctricos son increíblemente fáciles y seguros de instalar y configurar. En la actualidad, se utilizan cientos de millones de actuadores en el mundo para realizar muchas tareas diferentes. Siempre decimos que un actuador lineal es ideal para aplicaciones que son 3-D sucias, aburridas o peligrosas. Sin embargo, con el avance de la automatización del hogar, ahora descubrimos que se han utilizado ampliamente en el hogar y la oficina para realizar tareas novedosas como levantar televisores y proyectores, elevadores de escritorio, ventanas emergentes de parlantes y también elevadores de electrodomésticos de cocina.

Además, los actuadores lineales permiten al operador tener control total sobre el control de movimiento seguro y preciso que brindan. Son energéticamente eficientes y tienen una larga vida útil con poco o ningún mantenimiento.

La instalación de un actuador lineal eléctrico es muy fácil en comparación con los sistemas hidráulicos o neumáticos. También ocupan mucho menos espacio y son significativamente más baratos que los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que no tienen bombas ni mangueras.

Un actuador lineal eléctrico consta de un motor de CC o CA, una serie de engranajes y un tornillo de avance con una tuerca impulsora que empuja el eje de la varilla principal hacia adentro y hacia afuera. En esencia, esto es en lo que consisten todos los actuadores lineales. Todo lo que cambia de un actuador a otro es el tamaño del motor, el engranaje y el husillo. Algunos otros componentes electrónicos ayudan a determinar la cantidad de cambio de límite de carrera y las opciones de retroalimentación de posición, pero básicamente, un actuador no es más que un motor, algunos engranajes y un tornillo de avance.

Las columnas elevadoras son otra forma de actuador lineal. Por lo general, proporcionan un recorrido más largo porque tienen varias etapas. Esto les permite expandirse y contraerse en una longitud mayor que cuando están completamente cerrados. Otra forma de decirlo es que un elevador de columna es un actuador dentro de un actuador.

Otra ventaja de un elevador de columna es que la guía lineal está integrada en la estructura del actuador y no necesita agregarse externamente. Los actuadores lineales generalmente no se adaptan bien a la carga lateral (lo discutiremos más adelante). Los elevadores de columna tienen su sistema de guía incorporado, por lo que son mejores para algunas aplicaciones que para otras.

Los microactuadores lineales o los miniactuadores lineales se utilizan en aplicaciones donde el espacio es limitado o la carrera del actuador requerida es pequeña. Tal vez necesite mover algo pequeño o no muy lejos, entonces un Micro Actuador Lineal sería ideal para tal aplicación. Normalmente, las carreras de los microactuadores son de 10 mm a 100 mm y tienen un tamaño muy compacto. Una de las desventajas de un Micro Actuador Lineal es que las fuerzas tienden a ser mucho más pequeñas debido a los motores más pequeños que las impulsan.

Los actuadores lineales eléctricos son la solución perfecta cuando necesita un movimiento simple, seguro y limpio con un control de movimiento suave y preciso. Puede elegir sistemas de actuador para ajustes, inclinación, empuje, tracción y elevación con fuerzas bastante altas.

Un sistema hidráulico es capaz de fuerzas inmensas, pero esos sistemas requieren bombas de alta presión, válvulas y tuberías de alta presión, y un tanque para contener todo ese fluido hidráulico. Entonces, si tiene mucho espacio y dinero no es problema entonces la hidráulica podría ser el camino a seguir.

El actuador hidráulico usa fluido para empujar un pistón hacia adelante y hacia atrás, mientras que un actuador lineal eléctrico usa un motor de CA o CC para impulsar un tornillo de avance. El tornillo de avance está equipado con una tuerca que sube y baja por el tornillo de avance, convirtiendo el movimiento rotatorio en movimiento lineal.

Existen inconvenientes en el uso de sistemas hidráulicos desde el punto de vista operativo. El principal siendo controlado. Tienes muy poco control de precisión cuando se trata de estos sistemas.

Un actuador lineal eléctrico tiene una larga vida útil con poco o ningún mantenimiento. Esto asegura un costo operativo total muy bajo en comparación con otros sistemas.

Los sistemas de actuadores eléctricos son silenciosos, limpios, no tóxicos y de bajo consumo. Cumplen con las exigencias y la legislación cada vez mayores en materia de equipos respetuosos con el medio ambiente.

Los actuadores lineales mueven cosas y hemos visto miles de aplicaciones a lo largo de los años.

Algunos ejemplos de aplicaciones prácticas de automatización son:

Las aplicaciones industriales incluyen:

Puede ver en nuestras hojas de especificaciones tanto carga estática como dinámica. La carga dinámica o de elevación es la fuerza que se aplicará al actuador lineal mientras está en movimiento. La carga estática, a veces denominada carga de retención, es la fuerza que se aplicará al actuador lineal cuando no esté en movimiento. La carga dinámica es lo que necesita para mover algo y la carga estática es lo que necesita para mantener ese algo en su lugar.

Los actuadores lineales se pueden utilizar en aplicaciones de tensión, compresión o combinación. Nos referimos a esto como la fuerza de empuje o tracción. Debe evitarse la carga lateral o cruzada. En una situación en la que no se puede evitar la carga lateral, sugerimos a los clientes que utilicen rieles deslizantes lineales o guías para cajones en su sistema. El riel deslizante puede manejar mucha más carga lateral que el actuador. Al reducir la carga lateral, el actuador lineal puede realizar su máxima fuerza de empuje y tracción.

La carga lateral, o carga radial, es una fuerza aplicada perpendicular a la línea central del actuador lineal. La carga excéntrica es cualquier fuerza cuyo centro de gravedad no actúa a través del eje longitudinal del actuador. Tanto la carga lateral como la carga excéntrica siempre deben evitarse, ya que pueden causar atascos y acortar la vida útil del actuador lineal. Sin embargo, si utiliza una corredera de cajón en la aplicación, esto tendrá un gran impacto en la cantidad de carga que se puede aplicar. Al colocar el objeto que está moviendo en una corredera del cajón, permite que la corredera lleve el peso en lugar de que el actuador tome todo el peso. Otra opción cuando se trata de carga lateral es usar un actuador de pista.

La mayoría de los actuadores lineales vienen con interruptores de límite incorporados. El tipo de interruptores de límite disponibles varía con cada gama de productos. Estos incluyen electromecánicos, de proximidad magnética y de levas rotativas. Los interruptores de límite normalmente están preestablecidos en los actuadores para detener la carrera del actuador cuando llega a su extensión y retracción completas.

Los interruptores de límite son importantes porque evitan que el actuador se queme y se detenga el motor cuando llega al final de la carrera. El interruptor de límite simplemente corta la energía al motor.

Los interruptores de límite externos le permiten la flexibilidad de establecer los límites de recorrido en su sistema para adaptarse a su aplicación particular. El cliente es responsable de configurar correctamente el interruptor de límite en la unidad. Si los interruptores de límite no están configurados o están configurados incorrectamente, la unidad puede dañarse durante el funcionamiento.

Los actuadores lineales están disponibles con variantes de motor de CA o CC. Sin embargo, cada rango tiene tipos estándar preferidos. Los motores de CC son los más populares y suelen ser de 12 voltios. Los motores de 24 voltios se usan para aplicaciones más industriales o en actuadores de alta fuerza donde son más eficientes.

Los motores de CA serán motores monofásicos de 220–240 VCA, motores trifásicos de 220–240/380–415 VCA (50/60 Hz) o motores de 24 VCC.

Los actuadores lineales están disponibles en una variedad de velocidades lineales y se detalla una lista estándar con cada producto. Para lograr diferentes velocidades, cambiará el engranaje del actuador. Tenga en cuenta que cuando se cambian los engranajes para afectar la velocidad, la fuerza también cambiará. La fuerza y ​​la velocidad siempre se compensan entre sí.

La clasificación del ciclo de trabajo para un actuador lineal generalmente se expresa como un porcentaje de "tiempo de funcionamiento" (la relación entre el tiempo de funcionamiento y el tiempo total) o como la distancia recorrida durante un período de tiempo. La clasificación del ciclo de trabajo se expresa de manera diferente para los diferentes tipos de actuadores. Para obtener una discusión más detallada sobre el ciclo de trabajo, consulte la publicación de blog "¿Qué es el ciclo de trabajo en un actuador lineal?"

Los actuadores lineales generalmente tienen puntos de montaje que llamamos horquillas en cada extremo del actuador para permitir un movimiento giratorio. Hay muchas opciones. La horquilla doble es estándar, pero normalmente cada actuador tiene su propio soporte de montaje estandarizado que usaría.

Los actuadores lineales tienen diferentes clasificaciones de IP. Cuanto menor sea el número, menor será la protección. Por ejemplo, IP54 ofrece protección básica como el polvo e IP66 ofrece protección a prueba de agua y es ideal para uso en exteriores. El siguiente gráfico muestra la clasificación IP de cada uno de los actuadores lineales de Firgelli. También escribimos una publicación de blog separada solo sobre el tema de las clasificaciones de IP del actuador lineal aquí.

A menos que se indique lo contrario, el retroceso es posible en actuadores lineales totalmente eléctricos. El retroceso es cuando se aplica una fuerza mayor que la fuerza estática, lo que permite que el eje del actuador se mueva sin que se le aplique ninguna potencia. Los actuadores que usan un husillo de bolas normalmente están equipados con un freno eléctrico (generalmente montado en el motor) para evitar que la carga haga retroceder al actuador.

No recomendamos aplicaciones que tengan posibles paradas bruscas porque pueden provocar que el actuador se atasque. Los ejemplos de atasco incluyen la sobrecarrera de los interruptores de límite y el atasco de la tuerca y el tornillo internamente en los extremos de la carrera o la conducción del actuador contra un objeto inamovible y, por lo tanto, la sobrecarga severa del actuador.

La carga incorrecta, la instalación incorrecta, el trabajo excesivo y los entornos extremos pueden contribuir a la falla prematura del actuador. El más popular con diferencia es la sobrecarga por amplificación de fuerza.

Las pequeñas diferencias en la velocidad del motor en actuadores idénticos son bastante normales. Y la diferente carga del actuador puede hacer que las unidades se desincronicen muy fácilmente. Por lo tanto, no se puede garantizar que las unidades funcionen sincronizadas. Para una sincronización exacta, se recomienda un sistema de control de circuito cerrado. Esto es posible usando un actuador con retroalimentación incorporada. Los datos de retroalimentación se envían a un controlador y el controlador luego calcula cómo hacer que los actuadores funcionen juntos independientemente de sus diferencias de carga o velocidad. Los actuadores de retroalimentación incluyen potenciómetros, sensores ópticos o sensores de pasillo. Nuestra publicación de blog "Lograr movimiento sincronizado usando actuadores lineales Firgelli" proporciona información más detallada sobre este tema.

Los actuadores lineales están lubricados con grasa para las partes internas del actuador, incluidos los conjuntos de caja de engranajes y los conjuntos de husillo y tuerca. Los actuadores están engrasados ​​de por vida.

En la prueba de temperatura, los actuadores se prueban para operar en temperaturas extremas y para soportar cambios rápidos de temperatura. En la mayoría de los casos, se realizan pruebas en el actuador para resistir el paso de un entorno de +100 °C a -20 °C repetidamente y aún así mantener la funcionalidad completa.

Para obtener una visión más profunda de cómo funciona un actuador lineal, creamos este artículo "Dentro de un actuador lineal: cómo funciona un actuador".

Autor: Robbie Dickson

https://en.wikipedia.org/wiki/Robbie_Dickson