Repasar los aspectos básicos de los dispositivos de posicionamiento lineal más populares ayudará a los usuarios a especificarlos correctamente en sus aplicaciones.

Los sistemas de accionamiento lineal se han utilizado durante miles de años, desde la época de los antiguos egipcios, quienes empleaban troncos de árboles para mover pesados ​​bloques de piedra, sentando las bases de soluciones de movimiento lineal como los husillos de bolas y los sistemas de piñones de rodillos. Hoy en día, la tecnología de movimiento lineal se utiliza para soportar, posicionar, guiar y mover componentes de maquinaria en diversas aplicaciones en las industrias aeroespacial, de máquinas herramienta, médica, de automatización industrial y de embalaje, entre otras. Si bien los requisitos básicos de la tecnología de movimiento lineal son la capacidad de soportar cargas y un movimiento preciso, en muchos casos también son importantes otros requisitos.

La tecnología de accionamiento lineal empleada en un producto desempeña un papel fundamental en la funcionalidad, el rendimiento, la durabilidad, el consumo energético y otros atributos que le permiten superar a la competencia. Los ingenieros pueden elegir entre una amplia gama de tecnologías de accionamiento lineal, como husillos de bolas, sistemas de cremallera y piñón, transmisiones por correa, motores lineales y sistemas de piñón de rodillos. Es crucial considerar cuidadosamente todas las opciones para evitar problemas comunes como baja precisión, holgura/vibraciones, alto coste, operaciones sucias, alto mantenimiento, baja capacidad de carga, ruido excesivo, baja velocidad, etc. Un proceso de selección sistemático garantiza que la tecnología de accionamiento lineal elegida se ajuste a los requisitos de la aplicación. Seleccionar la tecnología adecuada también puede reducir la complejidad del diseño, mejorar el rendimiento y disminuir el coste total del montaje.

1. Husillos de avance
Los husillos de avance utilizan el ángulo de hélice de una rosca para convertir el movimiento de giro en movimiento lineal. La gran superficie de contacto deslizante entre los extremos de la rosca genera pérdidas por fricción relativamente altas. Como resultado, los husillos de avance son menos eficientes y menos precisos que los husillos de bolas. Los husillos de avance ofrecen una capacidad de carga relativamente alta, aunque generalmente menor que la de los husillos de bolas. Una ventaja clave de los husillos de avance es su bajo costo: suelen costar solo una décima parte que los husillos de bolas equivalentes. Los husillos de avance están disponibles en una variedad de tamaños de paso, lo que permite seleccionar el paso adecuado para lograr el equilibrio óptimo entre precisión y velocidad de posicionamiento. Generalmente, los husillos de avance producen un ruido mínimo siempre que se mantenga una lubricación suficiente. Sin embargo, pueden ser difíciles de usar en desplazamientos de larga distancia, ya que el husillo normalmente no tiene soporte entre sus extremos.

2. Husillos de bolas
El accionamiento por husillo de bolas consta de un husillo y una tuerca de bolas con rodamientos recirculantes que giran en las ranuras formadas por el husillo y la tuerca. El husillo distribuye la carga entre un gran número de elementos rodantes, lo que resulta en una alta capacidad de carga. El uso de un gran número de elementos rodantes de precisión también proporciona altos niveles de exactitud. Además, los husillos de bolas ofrecen bajos niveles de fricción. Esto se traduce en una alta eficiencia mecánica y menores requisitos de potencia. El ciclo de trabajo de los husillos de bolas es bastante alto porque generan niveles relativamente bajos de calor por fricción. Sin embargo, en comparación con otras tecnologías de accionamiento lineal, los husillos de bolas tienden a ser costosos y requieren lubricación para garantizar una vida útil razonable. Finalmente, los husillos de bolas son propensos a generar ruido, causado principalmente por la recirculación de las bolas.

3. Sistemas de transmisión por correa
Los sistemas de movimiento lineal con correa y guías de bolas se suelen elegir cuando la alta velocidad, la alta aceleración y la longitud de carrera son los criterios más importantes. Los actuadores lineales con guías deslizantes y correa ofrecen capacidades de velocidad y aceleración algo menores a un coste correspondientemente inferior. La precisión de posicionamiento lineal de las correas, como cabría esperar, no es tan buena como la de los husillos de bolas o de avance. La capacidad de carga de las correas con guías de bolas y de avance es algo menor que la de los husillos de bolas. El estiramiento y la rigidez de la correa son otros inconvenientes. Los sistemas de movimiento lineal con correa generalmente son capaces de soportar ciclos de trabajo elevados porque evitan los problemas de acumulación de calor por fricción en el rodamiento de un husillo de bolas o de avance. Otras ventajas de los sistemas con correa incluyen el hecho de que generan relativamente poco ruido y que requieren relativamente poco mantenimiento.

4. Transmisiones por cadena
Las transmisiones por cadena convierten el movimiento rotatorio en movimiento lineal mediante una serie de eslabones que engranan con una rueda dentada y una guía lineal. Al ser metálicas, las transmisiones por cadena ofrecen ventajas sobre las transmisiones por correa. Además, ocupan menos espacio y son menos propensas a sufrir daños por aceite, grasa, luz solar o el paso del tiempo. A diferencia de las transmisiones por correa, las transmisiones por cadena también pueden funcionar en condiciones húmedas. Sin embargo, suelen generar más ruido y vibrar más que las transmisiones por correa, y ofrecen una menor capacidad de carga y vida útil que las transmisiones por engranajes.

5. Motores lineales
Los motores lineales se basan en el concepto de desenrollar un servomotor rotativo convencional, donde el estator actúa como un actuador y el rotor se transforma en una bobina o guía magnética. Los motores lineales permiten lograr un movimiento lineal directo sin necesidad de dispositivos de transmisión rotativa a lineal. Los motores lineales con escobillas utilizan bobinas en la guía lineal e imanes en el actuador. Las escobillas del actuador hacen contacto con una barra que recorre toda la longitud del motor para proporcionar la conmutación. Tanto los devanados como el actuador están contenidos dentro del actuador de un motor paso a paso lineal. Las ventajas de los motores lineales incluyen altas velocidades, alta precisión y respuesta rápida. Las limitaciones de este enfoque incluyen un alto costo, un tamaño considerable y la generación de una cantidad significativa de calor. Los motores lineales también tienen una capacidad baja, similar a la comparación entre motores de accionamiento directo y motores con reductor: el motor de accionamiento directo debe ser significativamente más grande para obtener la misma capacidad.

6. Conjuntos de cremallera y piñón
Los conjuntos de cremallera y piñón constan de un engranaje circular llamado piñón que engrana con los dientes de un engranaje lineal llamado cremallera para convertir el movimiento rotacional en movimiento lineal. Los engranajes de cremallera y piñón se utilizan comúnmente como actuadores lineales en una amplia gama de maquinaria. Por ejemplo, se utilizan para mover los ejes de máquinas herramienta CNC, como los centros de mecanizado. Las cremalleras helicoidales ofrecen un funcionamiento más silencioso a altas velocidades y una mayor capacidad de carga debido a la mayor relación de contacto entre los dientes. La lubricación es importante para garantizar una larga vida útil de los conjuntos de cremallera y piñón. Debido a que los conjuntos de cremallera y piñón tienen relativamente pocos componentes, ayudan a ahorrar tiempo durante la instalación y aumentan la fiabilidad. También ofrecen altos niveles de precisión incluso en recorridos largos. Las desventajas de los conjuntos de cremallera y piñón incluyen sus niveles relativamente altos de fricción, lo que reduce su eficiencia, aumenta el consumo de energía y limita su vida útil. Además, los sistemas de transmisión de cremallera y piñón necesitan funcionar con holgura, por lo que el juego puede ser una desventaja importante.

Todos estos sistemas de accionamiento lineal ofrecen una combinación única de ventajas y desventajas. Para aplicar la tecnología de movimiento lineal adecuada en una aplicación específica, el ingeniero de diseño debe considerar cuidadosamente las capacidades particulares de cada alternativa. Seleccionar la tecnología correcta puede mejorar el rendimiento, garantizar una larga vida útil y reducir el costo total del conjunto.