Desde la invención del motor eléctrico, los ingenieros han estado buscando formas de utilizar su principio de operación para generar movimiento lineal en lugar de movimiento rotativo, como se ve en actuadores rotativos. En el siglo pasado más o menos, han ideado una variedad de formas de hacer que esto suceda.
El método más común para crear movimiento lineal es usar troches, que, en esencia, son como tornillos que elevan el chasis de un automóvil cuando se giran. Existen tornillos en todo, desde cabrestantes y ascensores hasta prensas de impresión y cintas transportadoras.
Pero si todavía estás confundido sobre lo que define a los actuadores lineales, no estás solo. Es por eso que estamos abordando este tema confuso y lo explicamos de una vez por todas. Hemos creado una guía que le dará toda la información de una manera simple y fácil de entender.
¿Qué es un actuador lineal?
Los actuadores lineales son dispositivos electromecánicos simples que convierten la potencia eléctrica en movimiento lineal en lugar de actuadores rotacionales. Los actuadores lineales tienden a ser más compactos, precisos y confiables que actuadores rotativos, convirtiéndolos en la solución ideal para muchas aplicaciones que involucran movimiento lineal.
Los actuadores lineales también tienen la clara ventaja de requerir menos engranajes u otros componentes para convertir el movimiento rotativo en la cantidad deseada de movimiento lineal. Por ejemplo, algunos tornillos necesitan varios engranajes para generar una pulgada de movimiento lineal. Actuadores lineales Necesita solo dos o tres componentes como máximo.
Los actuadores lineales pueden convertir un simple empuje o tirar en un arco que se extenderá hasta donde su brazo lo permitirá. De hecho, la versatilidad y la simplicidad de los actuadores lineales los convierten en los favoritos entre los profesionales de la industria.
¿Cómo funcionan los actuadores lineales?
Los actuadores lineales son dispositivos electromecánicos simples que dependen de un motor eléctrico y una varilla roscada. La varilla roscada se conecta al objeto que se mueve en una línea. Al mismo tiempo, el motor causa movimiento rotativo dentro de la varilla roscada. A medida que la barra gira, se mueve a lo largo de un eje. ¡Simple como eso!
Los actuadores lineales consisten en dos secciones principales: una sección telescópica y una sección de accionamiento. La sección telescópica consta de dos barras de metal (llamadas "acción" y "arrastre") que se deslizan entre sí cuando el motor se mueve dentro de ellas. La sección de accionamiento contiene un motor y una varilla roscada unida. El motor gira, conduciendo la varilla roscada dentro de la sección telescópica.
A medida que la barra roscada se mueve, causa el movimiento de actuación en las barras de acción/arrastre, moviéndolas a lo largo de un eje (por lo tanto "actuador lineal"). Sin embargo, la precisión de los actuadores lineales se relaciona con el diseño de la barra de acción/arrastre y sus motores incrustados, por lo que aquí es donde la selección del actuador correcto entra en juego.
¿Cuáles son los tipos de actuadores lineales?
Los actuadores lineales existen como cuatro tipos principales, según la forma en que están alimentados. Los cuatro tipos son electromagnéticos, neumáticos, hidráulicos y piezoeléctricos. Estos actuadores pueden ser activos o pasivos, y los primeros dependen de la energía eléctrica y los segundos no tienen fuente de energía.
Al principio, podría pensar que es algo negativo que los actuadores no están más generalizados en su función. Pero el hecho de que haya tantos tipos solo lo beneficiará a largo plazo. Como diferentes industrias han encontrado varios problemas. Han ideado sus propias soluciones utilizando nuevos tipos de actuadores lineales para manejar mejor sus desafíos únicos.
El resultado es un montón de diferentes tipos de actuadores que se ajustan a necesidades y problemas específicos. Esto en sí mismo es un beneficio masivo ya que permite que cada tipo de actuador lineal sirva a su propio propósito y lo haga mejor. Aquí hay un desglose de cómo funciona cada tipo de actuador y qué se propusieron lograr.
Actuadores electromagnéticos
Los actuadores electromagnéticos utilizan una corriente eléctrica para su funcionamiento. Los principios detrás de los actuadores electromagnéticos son como los del electromagnetismo, los motores de conducción o los solenoides. La corriente impulsa un cable envuelto alrededor de un material ferromagnético como el acero, que tuerce y empuja contra las barras de arrastre.
Cuando ocurre una corriente, genera un campo magnético que atrae a otros materiales ferromagnéticos como el hierro. Una vez que la corriente deja de fluir, el campo magnético se debilita y el núcleo de hierro vuela del cilindro. Este principio permite que los electromagnets recogan objetos metálicos, por lo que el movimiento lineal de los actuadores electromagnéticos cambia la dirección de conmutación.
Para que funcione, debe haber un mecanismo de resorte que mantenga la tensión en el cable para "arrojar" el núcleo y devolverlo a su posición original. Como puedes imaginar, aquí es donde entra en juego la resistencia de los actuadores lineales. Son mucho más duraderos de lo que piensas.
Actuadores neumáticos
Los actuadores neumáticos comparten las mismas funcionalidades que las herramientas neumáticas. Estos sirven la misma forma y funciones que varios tipos de tubos, cilindros y válvulas. Actuadores neumáticos Trabaje utilizando aire comprimido o fluidos para alimentar cosas como pistones. Cuando se introduce aire o líquido en el cilindro, empuja un pistón que hace que se mueva.
Es importante recordar que los actuadores neumáticos suelen ser más simples y más compactos que los hidráulicos, lo que los convierte en una excelente opción para aplicaciones en el hogar. Sin embargo, generalmente están limitados por la presión o líquido más extenso del gas para conducir el pistón. Además, necesitan más mantenimiento y cuidado que otros tipos de actuadores lineales.
Para usar un actuador neumático, simplemente necesita iniciar el flujo de aire o fluido a través del cilindro de trabajo. Recuerde que los actuadores lineales con motor aéreo casi siempre se combinan con una bomba eléctrica para proporcionar un suministro de aire cuando sea necesario.
Actuadores hidráulicos
Los actuadores hidráulicos son RAM que pueden usarse para tareas tales como levantar o mover objetos pesados. Consisten en un cilindro y un pistón sumergido en aceite, lo que proporciona resistencia debido a su viscosidad.
Cuando pasa la corriente, se genera calor y reduce la viscosidad del aceite circundante. La disminución resultante en la resistencia hace que sea más fácil empujar hacia abajo el pistón contra la resistencia del aceite.
Cuando usa un actuador lineal hidráulico, se bombea un fluido (generalmente aceite o agua) al cilindro, lo que lo obliga a expandirse. Este proceso está controlado por una válvula y hace que un objeto unido se mueva en relación con el suelo.
Actuadores piezoeléctricos
Los actuadores piezoeléctricos trabajan en el principio de piezoelectricidad, que es la carga eléctrica que se acumula en ciertos materiales cuando se ponen bajo estrés mecánico o presión. Por ejemplo, si arruga un poco de aluminio de aluminio, generará una carga eléctrica y creará una chispa si la toca.
Resulta que este proceso también puede producir movimiento lineal en lugar de cargas eléctricas. La forma en que funciona es que los cristales están unidos a ambos lados del material, y luego el voltaje se aplica a través de ellos. Uno de los cristales actúa como un electrodo y hace que los electrones fluyan en una dirección a través del material. En contraste, el otro cristal los hace moverse en la dirección opuesta.
Los actuadores piezoeléctricos se encuentran típicamente en aplicaciones tales como máquinas e impresoras de estereolitografía, donde el posicionamiento y la precisión exactos son primordiales para el éxito.
¿Para qué se utilizan los actuadores lineales?
Los actuadores lineales se usan ampliamente en varias aplicaciones, pero todos tienen una cosa en común. Puede sonar obvio, pero pueden hacer que un objeto se mueva linealmente.
Eso puede no parecer un gran problema. Aún así, cuando considera cuántas cosas necesitan un movimiento lineal para ser efectivo, tiene sentido que la necesidad de este tipo de dispositivo sea tan frecuente en todas partes. Puede ver ejemplos de actuadores lineales en todas partes en la vida cotidiana, desde el interior del hogar hasta los almacenes y instalaciones de fabricación más gigantes del mundo.
Actuadores lineales en el hogar
Un uso típico de los hogares para actuadores lineales incluye puertas de garaje, puertas y las cortinas en su sala de estar. Los mecanismos son livianos y lo suficientemente compactos como para caber convenientemente en las casas de los consumidores del sector no manufacturero. Los actuadores lineales también se encuentran comúnmente en Windows de Drive-Thru y en Windows Bank Teller.
La mayoría de la gente no se da cuenta de que están incluidas como Parte de los artículos cotidianos como puertas, puertas de garaje y ventanas. Sin embargo, estos dispositivos son comunes en lo que podría considerar materiales de construcción de alta gama debido a su versatilidad.
Sirven el mismo propósito al final del día, solo en diferentes economías de escala. Aquí hay más detalles sobre cómo funcionan estos actuadores lineales en su casa.
Puertas de garaje y puertas de hierro
Los actuadores lineales son un elemento pequeño pero esencial en las máquinas grandes y descuidadas que abren y cierran puertas de garaje. Los actuadores lineales se utilizan para empujar un abre de puerta grande y pesado de un lado a otro para abrir la puerta del garaje.
Supongamos que ha abierto la puerta de su garaje manualmente y miró por dentro todas las partes. En ese caso, es posible que haya visto el motor eléctrico conectado por una cadena a un sistema de polea que abre la puerta.
Montes y soportes de TV
Las monturas y los puestos de televisión probablemente no sean lo primero que me viene a la mente cuando piensas en los actuadores lineales, pero están haciendo un trabajo esencial. Estos se usan para Ajuste su ángulo de televisión con un esfuerzo mínimo. Se usan más típicamente en los hoteles para facilitar la limpieza de la limpieza limpiar y cambiar los canales de televisores de hotel. Aún así, también los encontrarás en algunos montajes domésticos.
Piezas de automóviles
Otro ejemplo de esto es en su automóvil. Los automóviles usan actuadores lineales como parte de su sistema de frenado. El pedal del freno del conductor está conectado a una varilla de empuje que se extiende hacia el cilindro maestro. Aquí es donde el líquido hidráulico empuja contra pistones dentro del cilindro, lo que hace que los zapatos en cada rueda se expandan.
Actuadores lineales en la industria
Los actuadores lineales vienen con muchas aplicaciones en entornos industriales dentro de las plantas de fabricación. Por ejemplo, en la fabricación, los actuadores lineales actúan como cámaras de presión. Luego generan chorros de agua de alta presión para cortar, dar forma o perforar materiales como piedra, aluminio, acero y concreto.
Pero generalmente se usan para levantar y transporte. En un almacén, se usan para levantar objetos pesados como paletas o contenedores de un lugar a otro. También se pueden encontrar en otras configuraciones de tipo de distribución. En estos entornos, aumentan, bajan y empujan a través de la planta o de un muelle a otro.
Los actuadores lineales también se pueden encontrar en la aplicación de líneas de ensamblaje, donde tienen la tarea de mover piezas individuales de la línea de ensamblaje a lo largo de su ciclo. A continuación se presentan algunos casos de uso más específicos de actuadores lineales de la línea de ensamblaje.
Sistemas transportadores
Los sistemas transportadores utilizan actuadores lineales para transportar materiales. Hay una variedad de sistemas transportadores que realizan una variedad de funciones. Un transportador de cinta utiliza una serie de poleas o rodillos para mover elementos horizontalmente. El motor eléctrico alimenta el dispositivo de rodillo, que se mueve a lo largo de la pista para entregar artículos.
Máquinas de tesorería
Máquinas de tesorería Use actuadores lineales para agrupar artículos juntos a través de cinta adhesiva. Esta máquina consta de abrazaderas, un cabezal de transmisión y un efector final que hace la conexión final. El efector final también permite unir los extremos de la cinta adhesiva al lado correspondiente.
Pick and Place Robots
Estos robots están diseñados para recoger objetos de un estante y colocarlos en otro contenedor. Esta es una tarea importante que ayuda a los humanos a sus trabajos diarios. Hay dos tipos de robots utilizados en esta aplicación. El primer tipo está diseñado para manejar objetos rígidos como cajas. En contraste, el segundo tipo (micromanipuladores) se encarga de los artículos delicados como sándwiches o hamburguesas.
Actuadores lineales utilizados para la automatización
Una de las industrias cruzadas más grandes para los actuadores lineales es la automatización, ya sea industrial o con fines técnicos y científicos. Por ejemplo, los brazos robóticos a menudo necesitan un actuador lineal para movimientos precisos del brazo. En este caso, los dispositivos se utilizan para levantar y bajar los objetos de manera controlada.
La principal diferencia es que los actuadores lineales deben soportar grandes cantidades de desgaste del uso diario en el mundo de la automatización. Un actuador lineal motorizado debe poder trabajar una y otra vez sin romperse. ¡Estos dispositivos a menudo también tienen que levantar objetos pesados, lo que puede pesar más de 1,000 libras!
Debido a que estas máquinas a menudo están involucradas en el proceso de fabricación y la investigación especializada, es vital que no colisionen con otros bits de la maquinaria o con personas que pueden estar cerca. Eso es lo que hace que esta técnica sea tan adecuada, ya que puede proporcionar los movimientos exactos requeridos.
Vehículos guiados automatizados (AGV) S
Los AGV son esenciales para el sistema de almacén porque ayudan a mover paquetes más grandes alrededor de las instalaciones. Un AGV es un pequeño vehículo utilizado en entornos donde los trabajadores deben obtener cosas de un lugar a otro. Como puede imaginar, estos vehículos son vitales en entornos industriales donde los trabajadores necesitan transportar cargas pesadas a largas distancias.
El AGV se mueve a lo largo de una pista compuesta por cinturones transportadoras y sensores usados para determinar si la ruta es exacta o si hay un obstáculo por delante, como una carretilla elevadora. Utiliza tecnología de parada y visita y se utiliza principalmente para entregar artículos. Aún así, también se puede usar para transportar contenedores grandes del almacén según sea necesario.
Cuando un operador está operando los AGV, a menudo se les conoce como "conducir y conducir". Cuando están completamente automatizados, se les conoce como una "pasarela en movimiento" o "transportador de robots". La gran diferencia es que una vez que ha llegado a su destino en la pasarela móvil, debe poder detectar la ubicación y evitar deslizarse.
Tabla de posicionamiento lineal
Los sistemas de tabla lineal utilizan actuadores lineales para controlar la posición de una tabla soportada por ruedas o rodillos. El actuador lineal suministrará la fuerza requerida para el posicionamiento de arriba hacia abajo (es decir, mover el objeto a su punto de partida). Estos sistemas están disponibles en configuraciones de 2 eje y 3 ejes.
Los sistemas de 2 ejes moverán la mesa de una manera de ida y vuelta, mientras que los sistemas de 3 ejes pueden mover la mesa hacia arriba y hacia abajo e izquierda y derecha.
Uno de los usos principales de estas tablas es para replantear elementos en un sustrato, lo que requiere que el actuador lineal se levante al retraerse y bajar hacia abajo al avanzar. También tiene que proporcionar la fuerza de retracción necesaria para mantener el objeto en su lugar, por lo que es esencial elegir el actuador lineal adecuado.
Los usuarios también pueden controlar cómo se mueve una tabla de posicionamiento lineal controlando cuánta fuerza aplican utilizando un panel de control o computadora. Al hacer pequeños ajustes, los usuarios pueden asegurarse de que sus objetos estén en la posición exacta que desean que estén sin perder el tiempo.
Máquinas de impresión y máquinas CNC
Los actuadores lineales se usan ampliamente en máquinas de impresión donde generalmente se llaman servos. Se utilizan para las tareas automatizadas de la máquina de impresión, que incluyen cinturones en movimiento, cabezas de impresión de elevación y moviendo el carro en una máquina CNC.
Las máquinas CNC utilizan actuadores lineales para colocar la broca donde sea que deba estar para fresar o cortar. Estos deben establecerse en ángulos exactos. De lo contrario, pueden causar daños a otras partes de la máquina. De hecho, muchas impresoras usan varios servos para lograr movimientos más complejos para fines de impresión.
Los actuadores lineales también se utilizan para mover el cabezal de impresión en relación con el lecho móvil durante el proceso de impresión. Y, aunque esto puede parecer una tarea simple, en realidad no es, ya que deben considerarse muchos factores.
Qué tan rápido avanza o se retrae depende de qué tan rápido desea que imprima y cuánto peso tenga en la cama. Además, debe considerar la velocidad a la que se mueven otras partes del ensamblaje.
Cuando no usar un actuador lineal hidráulico
Supongamos que se encuentra buscando una manera de mover un objeto pesado o algo de tamaño moderado. Aún así, no quieres los efectos de aceleración y desaceleración. En ese caso, un actuador lineal probablemente no sea la solución ideal. Esto se debe a que los actuadores lineales dependen principalmente de la presión hidráulica y solo pueden aplicar la fuerza a un objeto si hay suficiente tiempo para que genere presión.
Los aficionados también han visto estas limitaciones. Los usuarios de hobby de la robótica los encuentran demasiado lento Para alimentar los motores principales para las piernas o brazos de un robot. En cambio, son los más adecuados como actuadores más pequeños que controlan las articulaciones o hacen otras tareas donde la velocidad no es tan crítica. El aficionado a menudo usará un servomotor junto con el actuador lineal para cambiar la dirección y/o la velocidad.
Por lo tanto, la actuación lineal es excelente para movimientos precisos y controlados donde son necesarias la precisión y la consistencia extremas. Pero no es ideal para cambios rápidos en la dirección o las aplicaciones de elevación pesada. Este inconveniente es algo que todos los actuadores lineales tienen en común, y debe considerarlos al evaluarlos.
Los actuadores lineales están en todas partes
Los usos para los actuadores lineales son casi interminables. Ocurren en todas partes, desde las líneas de producción de los centros de envío y fabricación hasta los autos que manejamos a lo largo de nuestra vida diaria.
No importa dónde mires, encontrarás que hay alguna forma del actuador lineal en uso. Estas máquinas son el corazón latido de innumerables piezas de maquinaria en las que todos confiamos para hacer las cosas todos los días.
La mejor manera de usar un actuador lineal es hacer coincidir con su aplicación. Tenga en cuenta qué tareas tendrá que hacer y qué tipo de fuerza ejerce sobre ella. Esto lo ayudará a resolver el peso de elevación, qué tan rápido necesita moverse y si es lo suficientemente fuerte para sus necesidades.
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