Actuador lineal: conversión de rotación a traslación

Un accionamiento lineal convierte los movimientos rotacionales en movimientos lineales y viceversa. Los actuadores lineales son componentes clave para el control de movimiento en muchos sistemas mecánicos y en la ingeniería mecánica. A menudo, esta conversión es necesaria para transformar la potencia y el movimiento generados por motores y otros equipos giratorios en traslación (movimiento lineal). El actuador se realiza industrialmente con motores o también a mano. En el artículo se presentan conceptos comunes y de uso frecuente y enumera los criterios de diseño. Por último, analizaremos ejemplos de aplicaciones de ingeniería mecánica.

Actuador lineal - Conversión del movimiento rotativo en movimiento lineal

La ingeniería mecánica se basa en varios conceptos para convertir un movimiento rotacional en un movimiento lineal. La eficiencia de los motores en entornos industriales es alta y puede convertirse en movimientos lineales mediante diversos mecanismos. La rotación del motor puede utilizarse tanto en rotación como en traslación.

Los principios más comunes son:

• Mecanismo de biela-manivela
• Husillo
• Engranaje de árbol de levas
• Mecanismo excéntrico

El mecanismo de biela-manivela consta de una manivela accionada, un acoplamiento (también llamado biela) para la transferencia de potencia y un actuador lineal. La transmisión se alimenta mediante un movimiento rotacional que gira el cigüeñal y, por lo tanto, la manivela. La biela tiene un elevador giratorio en ambos extremos. El actuador lineal solo se puede mover de forma traslacional. El movimiento restringido de la manivela y el actuador crea una transmisión que genera traslación a partir de la rotación.

• 1 Husillo
• 2 Tuerca de husillo de bolas con brida
• 3 Rodamiento
• 4 Carro
• 5 Motor con caja de cambios
• 6 Husillo conductor trapezoidal
• 7 Husillo (sección transversal)

El actuador de husillo es un engranaje de tornillo que consta de un husillo giratorio y un carro guiado linealmente. El husillo es accionado por un motor y el paso del husillo hace que el carro se mueva traslacionalmente. El movimiento guiado y la traslación definida y uniforme permiten un movimiento muy preciso y fácil de controlar.

Los actuadores de husillo y otros engranajes de tornillo suelen accionarse a mano para ajustar objetos.

Los engranajes de árbol de levas son transmisiones no uniformes. El movimiento giratorio se convierte mediante una geometría de transmisión definida y accionada (por ejemplo, un disco de leva) y un escáner. El escáner se guía linealmente.

Los engranajes de árbol de levas se clasifican por su método de bloqueo, entre otras cosas. Según esto se dividen en bloqueo por fricción y por enclavamiento.

• Las transmisiones de bloqueo por fricción son más fáciles y menos costosas de fabricar, pero no son tan eficientes y pueden destruirse debido a resonancias.
• Las soluciones de ingeniería de enclavamiento son más caras de fabricar debido a la superficie de guía y precisión adicionales. Por lo tanto, estas transmisiones suelen requerir más espacio.

El mecanismo excéntrico consta de un disco de control construido con una excentricidad (desviación del eje de rotación) y una biela. El mecanismo excéntrico es un engranaje de acoplamiento y actúa como la biela-manivela. El disco de control es la manivela. El diseño a menudo permite un espacio de instalación más pequeño y tiene propiedades de funcionamiento más suaves debido a las masas más altas.

Otros métodos para convertir la rotación en traslación

Los actuadores con movimientos giratorios también pueden seguir otros principios. En principio, las cintas transportadoras y las transmisiones por tracción también transforman la rotación en traslación. Sin embargo, estas implementaciones no son adecuadas para transformar en rotación y, por lo tanto, no profundizaremos en ellas.

Criterios de diseño del actuador lineal

El diseño de los actuadores lineales difiere según los mecanismos empleados. En principio, los actuadores lineales son engranajes que convierten una relación de engranajes de un movimiento giratorio a una traslación.

• Recorrido: Además del actuador, el rango de movimiento traslacional es la característica principal de un actuador lineal. El recorrido es el resultado de la geometría de la relación de engranajes. La velocidad de traslación y la uniformidad del movimiento dependen de la geometría y la velocidad de rotación del accionamiento. La síntesis del accionamiento lineal también se ve influida por el peso y la inercia, ya que los movimientos lineales suelen funcionar con cambios direccionales al final de la carrera.
• Accionamiento: El actuador se alimenta mediante una rotación, generalmente iniciada en ingeniería mecánica por un motor eléctrico, que proporciona par y velocidad de rotación. Este punto de funcionamiento se puede cambiar por una transmisión o un control de velocidad giratorio. Para seleccionar el actuador, también debe tenerse en cuenta si ciertas circunstancias o el principio dictan que el actuador debe ser capaz de cambiar la dirección de rotación. También deben considerarse los cambios en la velocidad de rotación debido a varios puntos de funcionamiento o movimientos irregulares durante la síntesis teniendo en cuenta la inercia de masa del sistema.
• Condiciones límite: También deben tenerse en cuenta las condiciones ambientales al seleccionar actuadores lineales. El espacio de instalación está determinado por el entorno y la periferia y puede descartar ciertos principios. El peso también puede desempeñar un papel clave en este punto.

Ejemplos de aplicaciones para actuadores lineales en ingeniería mecánica

La aplicación de actuadores lineales en ingeniería mecánica es diversa y a menudo se pueden implementar múltiples modalidades para una aplicación. Ejemplos de movimiento lineal en ingeniería mecánica son:

• Sistemas de clasificación: Una manivela de empuje se mueve perpendicular a una cinta transportadora y empuja los componentes hacia abajo desde la cinta transportadora hacia el lado.
• Impresoras 3D: Las impresoras industriales 3D utilizan actuadores lineales para posicionamiento.
• Fresadora: El sistema de control de movimiento de una máquina CNC está formado por un husillo por eje.
• Etiquetado: Engranajes de árbol de levas o mecanismos de biela-manivela etiquetan botellas en ingeniería médica o ingeniería de empaquetado general.
• Robótica: Los robots en entornos industriales utilizan tornillos de bola para lograr un movimiento preciso y de baja fricción con grandes fuerzas de acción.
• Ajuste: Las transmisiones de tornillos, como los accionamientos de husillo, se utilizan para bloquear los componentes en las fijaciones.

A la hora de sintetizar un accionamiento lineal, como una manivela deslizante, el taller de MISUMI dispone de los conectores adecuados, como pernos articulados y bloques de cojinetes articulados, para soportar los movimientos de rotación, así como brazos articulados, bielas y cojinetes esféricos para diseñar la relación de transmisión.

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