An Introduction To Actuators

Una introducción a los actuadores

Adam Morissette
Adam Morissette
PA Engineer

Un actuador es un motor que transfiere energía de cualquier cosa que lo ponga en movimiento. Esta explicación puede parecer simplista, pero en el fondo eso es lo que hace. Dentro de esa simplicidad reside una gran utilidad; la mayoría de los dispositivos modernos que implican movimiento de cualquier tipo no podrían existir sin estos componentes. Por ejemplo:

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Explorar actuadores lineales


En el Mars Rover de la NASA: está lleno de actuadores . Lo más importante son las ruedas y la herramienta de recogida de muestras. Son tan importantes que la NASA realiza pruebas para duplicar sus especificaciones nominales y su vida útil antes de aprobarlos.

En su automóvil: ¿Tiene seguros o ventanas eléctricos? Esos son motores lineales que proporcionan todo ese movimiento. ¿Control de crucero? La misma cosa. El automóvil moderno tiene más de 100 actuadores que lo ayudan a conducir, frenar, ajustar los espejos, abrir las cubiertas de los faros, ajustar el asiento, recortar las salidas de aire o incluso simplemente hacer que los limpiaparabrisas se muevan. Y en el maletero probablemente tengas un gato, que es otro tipo de dispositivo lineal.

En tus robots: Casi todos los robots que hayas visto requieren tecnología de movimiento lineal para funcionar. Moviendo los brazos, piernas, ojos y cabeza. El robot ASIMO de Honda contiene tres muy potentes que le permiten caminar. Y sí, esto incluye Roomba.

En tus películas: Casi todos los accesorios móviles de una película de Hollywood tienen actuadores, incluidos robots. ¿Cuándo un coche vuela por el aire después de una explosión? Suele ser un actuador realmente grande que se activa al mismo tiempo que la explosión, enviando esa cosa a volar.

En tu iPhone: dentro de cada teléfono con vibración hay un miniactuador que vibra rápidamente hacia adelante y hacia atrás para crear ese zumbido característico.

La lista podría seguir y seguir. El problema con estos dispositivos es que hacen tantas cosas y de tantas maneras diferentes que es difícil entender cómo funcionan realmente. Revisemos la definición original: un motor que transfiere energía de cualquier cosa que lo ponga en movimiento. Después de leer algunos de los ejemplos anteriores, es de esperar que tengan más sentido; El iPhone toma energía de la batería y hace que un actuador se dispare rápidamente dentro de él, el resultado es un movimiento vibratorio de ida y vuelta.

El nuevo Mars Rover 'Curiousity' toma energía de un minigenerador de plutonio y la utiliza para alimentar los dispositivos en las ruedas, lo que genera un movimiento de avance. La aleta del auto de acrobacias de Hollywood toma energía de un gas comprimido (generalmente nitrógeno) y se mueve una vez, con mucha fuerza, haciendo que el auto vuele por el aire. Todos estos ejemplos utilizan diferentes fuentes de energía, disparan el actuador a diferentes velocidades y todos tienen efectos marcadamente diferentes. Una descripción más simple sería que un cilindro lineal es algo que hace que otras cosas se muevan.

¿Como funciona?

Hay tantos tipos de actuadores como aplicaciones de automatización para ellos, pero cada uno de ellos se basa en una de las máquinas simples clásicas (tornillo, rueda y eje, palanca, cuña, polea, etc.). Examinar cada uno de ellos en detalle llevaría bastante tiempo y está fuera del alcance de este artículo. En lugar de eso, vayamos directamente al diseño del tornillo.

La forma en que funciona es que tienes un tornillo y sobre el tornillo hay una tuerca. Al sostener la tuerca quieta con una mano y girar el tornillo con la otra, generas un movimiento lineal en el propio tornillo (por ejemplo, se desplaza hacia adelante y hacia atrás en línea recta dependiendo de la dirección en la que lo gires). Esta es una solución elegante porque está convirtiendo el movimiento de rotación (la fuerza ejercida sobre el tornillo) en movimiento lineal (el perno del tornillo que viaja a través de la tuerca), en un espacio notablemente pequeño. También hay mucha flexibilidad, ya que puedes cambiar el paso de las roscas del tornillo, la longitud del perno, el tamaño de la tuerca, etc.

El ejemplo de máquina clásica anterior se traduce fácilmente en ingeniería moderna. En lugar de sujetar la tuerca con la mano, está encerrada en un soporte tubular que se mueve hacia arriba y hacia abajo con la tuerca. En lugar de girar el tornillo con la otra mano, se puede conectar a un simple motor eléctrico de 12 voltios CC. El motor hace girar el tornillo, el tornillo, a su vez, mueve la tuerca hacia arriba o hacia abajo en su longitud. Ahora tienes un dispositivo básico que se puede utilizar de diversas formas.

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Al tomar el movimiento de rotación y convertirlo en movimiento lineal, un actuador lineal aplica de manera eficiente y predecible mucha fuerza en un área relativamente pequeña. Esto es importante porque la mayoría de los usos de los actuadores (automóviles, robótica, electrónica, etc.) priman tanto el espacio como el peso. Los actuadores neumáticos e hidráulicos (donde la fuerza se crea mediante diferencias de presión en un líquido o gas) son potentes y variados, pero tienden a ocupar más espacio que un actuador lineal eléctrico de la misma fuerza/clasificación.

Para que comprendas mejor cómo funcionan estos dispositivos eléctricos, echemos un vistazo a la anatomía de uno de ellos:

Motor eléctrico

El motor eléctrico sirve como fuente de energía para el actuador, en este caso normalmente un motor eléctrico de CC de 12 voltios. La energía se transmite a través de una correa a los engranajes.

Engranajes

El engranaje gira desde el motor de arriba y, a su vez, hace girar el tornillo o perno.

Perno roscado

Aquí es donde ocurre la magia. El tornillo suele ser la pieza más grande del actuador. El tornillo gira gracias a la fuerza del motor eléctrico y se fuerza a sí mismo a través de una tuerca. Este movimiento empuja el tornillo hacia adelante, extendiéndolo.

Sello interno

El sello interno evita que polvo, líquidos y otras materias entren al interior del actuador y peguen el tornillo, la tuerca o los engranajes.

Varilla o émbolo

Aquí es donde el actuador interactúa con el mundo exterior. Casi cualquier cosa se puede conectar al émbolo; una varilla, un alambre, una válvula, un botón. La varilla es lo que manipula un objeto externo y aprovecha la fuerza proporcionada por el actuador.

Una nota sobre los motores eléctricos: Todos los actuadores lineales eléctricos de ProgressiveAutomations tienen un interruptor de límite incorporado al final de cada extensión (por ejemplo, completamente retraído y completamente extendido). Esto apaga el motor (sin desactivar la alimentación) automáticamente cuando el actuador está "bloqueado" en extensión completa. Esto evita que el motor funcione excesivamente (prolongando la vida útil del actuador) y ahorra electricidad consumida.

Ahora que conoce las piezas, debe saber qué potencias y tipos de actuadores lineales están disponibles. Hay cuatro criterios principales a considerar al clasificar un actuador .

Ataque

La carrera es la distancia que puede recorrer el tornillo antes de extenderse por completo; generalmente se mide en pulgadas. Los actuadores pequeños pueden tener una carrera de 1 o 2 pulgadas, pero puede llegar hasta 12 pulgadas, 24 pulgadas o incluso más para actuadores personalizados. Sin embargo, existe un equilibrio entre la longitud de la brazada, la velocidad y la fuerza.

Velocidad

La velocidad es la rapidez con la que el tornillo viaja a través de la tuerca, o la rapidez con la que se "mueve" la varilla/émbolo. Esto puede variar según la aplicación. Los actuadores que tienen que empujar mucha fuerza son generalmente más lentos (por ejemplo, 0,24 pulgadas por segundo), mientras que los actuadores más livianos pueden ser mucho más rápidos (por ejemplo, entre 1 pulgada y 9 pulgadas por segundo).

Fuerza

La fuerza (o fuerza de empujar/tirar) de un actuador es la cantidad de fuerza que produce en el extremo de la varilla/émbolo y generalmente se mide en libras. Básicamente, esta es la fuerza con la que un actuador lineal puede "empujar" algo. La fuerza varía entre los modelos y puede ser tan baja como 15 libras y llegar hasta 2000 libras o más para ciertas aplicaciones industriales de servicio pesado.

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Fuerza de bloqueo

Esto es similar a Fuerza, pero se refiere a cuánto peso puede soportar el actuador por sí solo antes de volver a empujar el tornillo. Por lo tanto, un actuador puede "empujar" 100 libras de fuerza, pero solo puede soportar el peso de 50 libras. -objeto de libra que descansa directamente sobre él. Esto generalmente se mide como la cantidad de libras que el actuador puede soportar cuando no está en movimiento, por ejemplo, en modo "bloqueado". Esto también varía de un modelo a otro, pero como mínimo suele ser la misma que la fuerza de empujar/tirar y, en algunos casos, puede soportar cuatro veces más que el peso.

Ahora ya sabes un poco más sobre cómo se ensamblan los actuadores lineales y qué atributos los definen. Una cosa a tener en cuenta es que la carrera, la fuerza, la velocidad y la capacidad de peso se influyen entre sí y pueden provocar rendimientos decrecientes en un área dependiendo del valor de otra. Por ejemplo, un actuador con una alta capacidad de fuerza/peso generalmente no tiene una velocidad alta; Esto se debe a que la tuerca y el tornillo deben diseñarse para ejercer la máxima cantidad de fuerza y, por lo general, lo que se sacrifica es la velocidad. Esto no quiere decir que no existan actuadores de alta velocidad y cargas pesadas (pregúntanos por ellos en nuestra sección de pedidos personalizados), sino que no son de uso habitual.

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