La mejor guía de los actuadores

Autor: Robbie Dickson

Wikipedia: Robbie Dickson

Desbloqueo del poder de los actuadores: la guía definitiva para el diseño, la selección y la optimización

¿Sabías que hay cientos deactuadores¿En un coche típico?, de hecho,se estima que hay más de 50 actuadores de muchos tipos diferentes dentro de un automóvil. que nunca puedes ver. ¿Qué tal en el hogar? También hay muchos tipos diferentes utilizados en el hogar para múltiples aplicaciones y casos de uso. El punto es que los actuadores vienen en muchas formas y tipos diferentes, pueden usar automáticamente activar automáticamente el agua y en una lavadora, levantar un televisor de un gabinete o operar esa cafetera todas las mañanas. El punto es que los actuadores han existido durante décadas en solicitudes que todos damos por sentado todos los días.

FIRGELLI Es un líder mundial, proveedor y fabricante de actuadores eléctricos, hemos existido durante más de 20 años y nos asociamos con miles de clientes para aplicaciones muy específicas en cada industria que pueda imaginar. Nuestro enfoque está en crear dispositivos que se adapten a las necesidades de nuestros clientes, por lo que tenemos uno de los mayores rangos de actuadores posibles. Desde Tesla hasta Terminator, proporcionamos una gama loca de empresas diversos rangos de productos y lo hacemos a nivel mundial.

EsteUltimate Guide to Actuators se trata de educar a las personas sobre todo lo que es un actuador. Entraremos en ellos con gran detalle y los cubriremos desde todos los ángulos. Nuestro enfoque principal estará en los actuadores eléctricos, ya que este es nuestro rango de productos primarios, sin embargo, no podemos olvidar otros tipos y también los cubriremos, porque es importante comprender los pros y los contras de todos estos diferentes tipos, independientemente de si desarrollamos estos otros tipos o no.

Eléctricoactuadores lineales son dispositivos que convierten una fuente de energía en un movimiento mecánico físico en una línea recta (actuador lineal) o un movimiento rotativo (actuador rotativo). Son diferentes de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que usan aire o fluido comprimido para hacer que algo se mueva. También son más confiables, requieren menos mantenimiento y, a menudo, son menos costosos, pero vamos a esto con mayor detalle.

El funcionamiento de un actuador eléctrico se logra convirtiendo el movimiento de rotación de un motor de CA o CC en un movimiento lineal o movimiento rotativo, pero se atenúa desde una velocidad típica de 2000 rpm de un motor, a algo más adecuado para crear movimiento (lineal o rotativo) Eso puede hacerse útil para hacer algo práctico. Por útil, nos referimos a aumentar el par al reducir la velocidad, un proceso necesario para cualquier actuador eléctrico. Para los actuadores lineales, dependiendo de la dirección de la rotación del tornillo, el eje unido al tornillo (tornillo de plomo) se mueve en línea recta, hacia arriba o hacia abajo, proporcionando un efecto de empuje o tracción en la carga. Los actuadores lineales eléctricos también se pueden integrar fácilmente con la retroalimentación de posicionamiento para un control preciso. El voltaje de CC generalmente se considera más seguro que el voltaje de CA, pero los actuadores están disponibles en cualquiera de las fuentes.

Tipos comunes de actuadores eléctricos

Hay varios estilos diferentes de actuadores lineales eléctricos disponibles en el mercado, cada uno con sus propias ventajas y desventajas dependiendo de la aplicación específica. En este artículo, exploraremos los tres estilos principales de los actuadores lineales eléctricos: En línea, en forma de L y paralelo, rotativo y de pista (actuador de diapositivas)

Actuador en línea

Los actuadores lineales eléctricos en línea son una opción popular para aplicaciones que requieren capacidades de alta velocidad y fuerza en un diseño compacto. Estos actuadores cuentan con una varilla de motor y actuador que están alineados en el mismo eje, permitiendo un diseño simplificado que ahorre espacio. Sin embargo, los actuadores en línea tienen una desventaja importante, y es que tienden a ser más largos que cualquier otro tipo de actuador, porque el motor y la caja de cambios tienen que sentarse detrás del tornillo de plomo de la unidad que requiere que la longitud total sea más larga, mientras que la mayoría de los otros actuadores Tipos El motor puede sentarse a lo largo del costado del cuerpo principal. Sin embargo, la gran ventaja es que tienden a ser un diseño mucho más agradable para ver, parecen ser más elegantes y más atractivos, lo que los hace ideales para aplicaciones donde se los ve.

Actuador en forma de L

Los actuadores lineales eléctricos en forma de L son otra opción popular, particularmente para aplicaciones donde el espacio es limitado. Estos actuadores cuentan con un Motor y caja de cambios montada en ángulo recto con la varilla del actuador, creando una forma de L. Los actuadores en forma de L a menudo se utilizan en automatización de muebles, automatización industrial y aplicaciones automotrices.

Actuador paralelo

Los actuadores lineales eléctricos paralelos son quizás el estilo más común de actuador diseñado para aplicaciones de alta fuerza y ​​precisión y cuentan con un Motor y caja de cambios montada en paralelo al cuerpo del actuador permitiendo así que la longitud total sea más compacta. El mecanismo de accionamiento suele ser engranajes que pueden hacerlos más ruidosos, pero esa es la compensación de un actuador más compacto.

Actuador giratorio

A Actuador giratorio es un tipo de actuador donde el El movimiento final de la unidad es rotativo en lugar de lineal. Por el contrario, se puede considerar un actuador lineal como un actuador rotativo con un tornillo de plomo, tuerca y varilla, que convierte el movimiento rotativo de un actuador rotativo en movimiento lineal a través del tornillo de plomo. Los actuadores rotativos tienen un movimiento de conducción continuo en cualquier dirección, sin paradas ni límites a menos que se agregue un componente de detención.

Los actuadores rotativos son versátiles y pueden usarse uniendo algo a la brida de conducción para crear el movimiento deseado en la aplicación final. Sin embargo, es importante considerar el par y la velocidad requeridos para la aplicación. Como los actuadores rotativos tienen fuerza angular, se seleccionan en función de las dimensiones de torque y velocidad. Vale la pena señalar que el par y la compensación de la velocidad entre sí, por lo que el par alto resulta en menor velocidad y viceversa. Esto se debe a la forma en que las relaciones de marcha funcionan en cualquier tipo de movimiento en el que haya engranajes entre el motor de conducción y la rueda de conducción final.

Actuador de pista - Actuador de diapositivas

El actuador de la pista, también conocido como el actuador de diapositivas, opera de manera diferente a otros actuadores, ya que no tiene un eje o varilla que se desliza dentro y fuera del final del actuador. En cambio, un carro se desliza a lo largo del cuerpo principal o la pista del actuador. Este diseño único lo hace ideal para aplicaciones específicas, como sillas de masaje o líneas de ensamblaje industrial donde la pista necesita deslizar algo dentro y fuera repetidamente.

Una ventaja significativa de este tipo de actuador es su versatilidad cuando se trata de la instalación. El carro o la tuerca, como a veces se les llama, tienen varios agujeros roscados que facilitan la adjunta cosas. Además, es posible instalar más de un carro en la misma pista, lo que aumenta la resistencia y la rigidez.

Cómo elegir el actuador lineal eléctrico correcto

Al seleccionar un actuador eléctrico, es crucial considerar los requisitos específicos de su aplicación. Con varios modelos de actuadores, como motores paralelos, en forma de L o en línea, disponibles para una amplia gama de aplicaciones, elegir la correcta puede ser un desafío. Hemos escrito un artículo separado específicamente sobre el tema del Diferentes tipos de estilos de actuador eléctrico aquí. 

Comparación de diferentes sistemas de actuadores: neumático, hidráulico y eléctrico

Los actuadores son componentes esenciales en la industria de fabricación y automatización. Se utilizan para crear movimiento en máquinas y sistemas, convirtiendo la energía en movimiento. Existen varios tipos de sistemas de actuadores, con los tres más comunes que son neumáticos, hidráulicos y eléctricos. Discutiremos las características, ventajas y inconvenientes de cada sistema de actuador, y los compararemos entre sí.

Sistema de actuador neumático

Los sistemas de actuadores neumáticos se utilizan ampliamente en la industria debido a su bajo costo y simplicidad. Consisten en un pistón simple dentro de un cilindro hueco, que se mueve en un movimiento lineal. Estos actuadores requieren compresor de aire, regulador y un cilindro de aire para mantener la presión. Cuando se aplica presión al cilindro, el pistón se mueve, creando la fuerza lineal necesaria. La retracción se puede lograr mediante una fuerza de retroceso o proporcionando líquido al lado opuesto del pistón.

Uno de los principales inconvenientes de los actuadores neumáticos es que es difícil lograr la precisión de la posición. El posicionamiento de la mitad del accidente cerebrovascular requiere componentes adicionales y soporte de usuarios, lo que hace que sea difícil lograr los resultados deseados. Además, los actuadores neumáticos tienen una calificación de carga limitada en comparación con los actuadores hidráulicos y eléctricos.

Sistema de actuador hidráulico

Los sistemas de actuadores hidráulicos son conocidos por su capacidad para producir fuerzas muy altas y trazos largos. Utilizan un líquido incompresible suministrado por una bomba para mover el cilindro en un movimiento lineal. Estos actuadores consisten en dos componentes esenciales: un dispositivo de control, como los aceleradores variables o las válvulas de deslizamiento emparejadas, y un componente de actuación, como un pistón o un deslizamiento de la válvula de control. Son capaces de fuerzas muy altas y trazos largos, pero no son programables.

Los actuadores hidráulicos son a prueba de explosión, a prueba de golpes y a prueba de chispa, lo que los hace adecuados para entornos peligrosos. Sin embargo, también son muy complejos, que requieren una bomba de alta presión, reguladores de alta presión y un depósito de fluido hidráulico. Las fugas y la eliminación de fluidos hidráulicos también pueden ser desafiantes y requerir mantenimiento.

Sistema de actuador eléctrico

Los sistemas de actuadores eléctricos son muy precisos, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta velocidad, fuerza, precisión y aceleración y desaceleración controladas. Estos actuadores convierten la fuerza de rotación de un motor en movimiento lineal, usando un tornillo para crear un efecto de empuje/extracción. Al girar el tornillo del actuador a través del motor, la tuerca se moverá hacia arriba y hacia abajo en un movimiento lineal. Los actuadores eléctricos también son programables, ofreciendo flexibilidad en las capacidades de control de movimiento con un controlador electrónico.

En comparación con los actuadores hidráulicos y neumáticos, Los actuadores eléctricos son los más confiables y requieren casi cero mantenimiento. También son ecológicos y tienen efectos mínimos. Sin embargo, tienen una capacidad limitada para manejar cargas de choque, lo que puede causar daños mecánicos. También son lentos hasta altos, pero altamente correlacionados con la fuerza, lo que significa que la alta velocidad significará una baja fuerza, pero la baja velocidad significa capacidades de alta fuerza.

Comparación de características

En la tabla a continuación, hemos resumido las características de cada sistema de actuador. Los actuadores eléctricos son la opción más simple y rentable, el neumático viene en segundo lugar, pero tienen clasificaciones de carga limitadas y son difíciles de lograr la precisión de posición. Los actuadores hidráulicos son capaces de producir fuerzas muy altas y golpes largos, lo que los hace adecuados para aplicaciones de servicio pesado, pero son complejos y requieren mantenimiento. Los actuadores eléctricos son los más confiables y precisos, pero son limitados en el manejo de cargas de choque.

Cuando se trata de costos de eficiencia y operación, los actuadores eléctricos son los claros ganadores, con bajos costos de operación y mantenimiento. Los actuadores neumáticos tienen costos moderados de compra y operación, mientras que los actuadores hidráulicos tienen altos costos de compra y operación. Sin embargo, los actuadores hidráulicos tienen una larga vida útil, lo que los convierte en una solución rentable a largo plazo.

Conclusión

En conclusión, elegir el sistema de actuador adecuado para su aplicación requiere una consideración cuidadosa de sus necesidades específicas, ya que cada uno tiene sus ventajas y desventajas. Los sistemas de actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos tienen características únicas que las hacen adecuadas para ciertas aplicaciones. Los sistemas neumáticos son ideales para aplicaciones simples que requieren alta velocidad, mientras que los sistemas hidráulicos son los más adecuados para aplicaciones de servicio pesado que requieren alta fuerza y ​​largos golpes. Los sistemas eléctricos son muy preciso y confiable, haciéndolos la mejor opción para aplicaciones que requieren precisión y repetibilidad.

Hay muchos componentes dentro de un actuador eléctrico típico. Estos son algunos de los componentes comunes que se pueden encontrar dentro de un actuador lineal eléctrico:

1. Motor eléctrico: proporciona la potencia para mover la varilla o el eje del actuador dentro y fuera
2. Tornillo de plomo o tornillo de bola: convierte el movimiento rotativo del motor en movimiento lineal de la varilla de salida del actuador
3. Interruptores de codificador o límite: proporcione retroalimentación de posición y limite el rango de movimiento del actuador para evitar daños o sobrecarga
4. Carcasa o carcasa: contiene y protege los componentes internos y proporciona puntos de montaje para el actuador
5. Rodamientos: admite la varilla de salida y reduzca la fricción durante el movimiento
6. Caja de cambios: reduce la velocidad del motor y aumenta la salida de torque, lo que permite que el actuador se mueva más pesadas o ejerza mayor fuerza.

Tenga en cuenta que los componentes específicos y sus configuraciones pueden variar según el tipo y la aplicación del actuador lineal eléctrico. La imagen a continuación es una imagen de muy alto nivel que muestra los componentes principales.

 ¿Quieres ver más detalles dentro de un actuador?

 En la imagen a continuación puede ver un típico FIRGELLI Actuador y todos sus componentes con mucho más detalle. A este nivel de detalle todavía le faltan muchas partes, como juntas tóricas, cableado, etc., ya que esto desordenía demasiado la imagen, por lo que eliminamos algunos componentes no básicos para una visualización más fácil.

El motor

Todos los actuadores eléctricos tienen un motor que es CA o DC. La mayoría son DC porque son más seguros de manejar y DC puede controlarse mucho más fácilmente. El tamaño del motor es lo que le da al actuador su potencia, por lo que los motores más grandes significan más potencia y viceversa.

Cuando se trata de motores, hay dos tipos, cepillados y sin escobillas. Un motor cepillado, que es el tipo más común, es un tipo de motor de CC que utiliza pinceles (hechos de carbono o grafito) para Transferir energía eléctrica al rotor (la parte giratoria del motor). Los componentes básicos de un motor cepillado incluyen el estator (parte estacionaria), el rotor (parte giratoria) y el conmutador.

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El estator contiene una o más bobinas de alambre que se enrollan alrededor de un núcleo de metal. Estas bobinas generalmente están dispuestas en un patrón circular alrededor del rotor. El rotor, por otro lado, consiste en un eje montado en los rodamientos y una serie de devanados de alambre o imanes permanentes que están dispuestos en un patrón cilíndrico alrededor del eje.

El conmutador es un conductor cilíndrico segmentado que está montado en el eje y está conectado a los devanados del rotor. Los pinceles se ponen en contacto con el conmutador, permitiendo potencia eléctrica a transferir de la fuente de alimentación al rotor.

Cuando se aplica energía eléctrica a las bobinas del estator, crea un campo magnético alrededor del rotor. El campo magnético interactúa con el campo magnético producido por el rotor, lo que hace que el rotor gire. A medida que el rotor gira, los segmentos del conmutador pasan más allá de los pinceles, cambiando la polaridad de la corriente que fluye a través de los devanados del rotor, lo que produce el par que impulsa el motor.

Los segmentos del conmutador se organizan en un patrón específico para que la polaridad de la corriente en los devanados del rotor cambie en el momento apropiado durante cada rotación del rotor. Esta conmutación de la corriente permite que el motor continúe girando en la misma dirección.

Los motores cepillados son relativamente simples en diseño y construcción, pero tienen algunas limitaciones. Una de las principales desventajas es que la cepillos y ropa de conmutador con el tiempo, lo que lleva a una mayor fricción y una eficiencia reducida. Este desgaste también puede generar chispas y causar interferencia electromagnética. Además, los motores cepillados tienden a ser menos eficientes y tienen una relación de potencia / peso más baja en comparación con los motores sin escobillas. Sin embargo, los motores cepillados son más comunes, los precios mucho más bajos y mucho más fáciles de controlar. Es por eso que se usan más comúnmente en actuadores eléctricos.

A continuación se muestra un motor sin escobillas

Un motor sin escobillas (BLDC) utiliza una configuración diferente donde el rotor es la parte giratoria, y el estator (parte fija) tiene el devanado. El rotor en un motor BLDC generalmente consiste en una serie de imanes permanentes dispuestos en un patrón circular alrededor del eje. El estator, que rodea el rotor, tiene múltiples bobinas de herida de alambre en un patrón específico. Los devanados del estator están energizados por un controlador electrónico que utiliza sensores para determinar la posición de los imanes del rotor y controlar el flujo de corriente a las bobinas del estator, produciendo un campo magnético giratorio que interactúa con los imanes permanentes en el rotor, lo que hace que gire .

Las principales diferencias entre los dos tipos de motores son:

1. Los motores cepillados requieren cepillos para transferir energía al rotor, mientras que los motores sin escobillas no requieren cepillos ya que el estator es la parte fija que tiene los devanados.
2. Los motores cepillados tienden a generar más interferencia electromagnética y producen más calor debido a que los cepillos que hacen contacto con el conmutador, mientras que los motores sin escobillas no tienen contacto, produciendo menos calor e interferencia electromagnética.
3. Los motores sin escobillas tienen una relación de potencia / peso más alta y son más eficientes que los motores cepillados, ya que no hay pérdidas de energía debido a la fricción entre los pinceles y el conmutador.
4. Los motores sin escobillas suelen ser más caros que los motores cepillados debido a los productos electrónicos más complejos necesarios para controlar el motor.
5. La vida útil de un motor sin escobillas es significativamente más larga porque no hay puntos de contacto entre el conmutador y los pinceles, de hecho, las únicas partes desgastadas están en los rodamientos que generalmente tienen una vida útil muy larga.

Las partes importantes: la horca

Una horca (a veces deletreada "triturador") es un sujetador mecánico que se utiliza para unir dos objetos juntos, típicamente una barra o eje a una carga o enlace. Consiste en un soporte de metal en forma de U con agujeros en los extremos de los brazos que permiten la unión de un pasador o perno. La Clevis puede usarse para transmitir fuerzas o movimiento entre los objetos al tiempo que permite cierto grado de rotación o giración. Los índices se usan comúnmente en diversas aplicaciones industriales, como en la construcción de maquinaria, vehículos y aviones. También se pueden encontrar en sistemas hidráulicos y neumáticos, donde se utilizan para unir cilindros, pistones u otros componentes a una carga o actuador.

A continuación se muestra una imagen de la horca en el extremo de la barra (la parte que se mueve) y el extremo del motor (la parte que permanece fija en su lugar)

El propósito de los extremos de la horca de un actuador es que un extremo se mantiene fijo (generalmente el extremo del motor) y el extremo de la varilla, que es la parte que se extiende dentro y fuera también tiene un soporte de horca. Los soportes en forma de U que se ajustan en ambos extremos usan un pasador redondo y esto permite que el soporte gire alrededor de un eje. Esto es muy importante porque, como un actuador, empuja algo abierto y cerrado, el actuador también cambia el ángulo, sin que pueda girar alrededor de al menos un eje, el sistema fallaría.

Protección de sobrecarga

Algunos actuadores vienen con un sistema de protección actual de sobrecarga incorporado llamado termistor.

Un termistor es un tipo de resistencia cuya resistencia varía con la temperatura. El nombre "termistor" es una combinación de "térmica" y "resistencia". Los termistores se usan comúnmente en circuitos electrónicos como sensores de temperatura, en los que sus cambios de resistencia con la temperatura se miden y se usan para determinar la temperatura del entorno circundante.

Hay dos tipos de termistores: coeficiente de temperatura positiva (PTC) y coeficiente de temperatura negativa (NTC). Los termistores de PTC tienen una resistencia que aumenta al aumentar la temperatura, mientras que los termistores NTC tienen una resistencia que disminuye al aumentar la temperatura.

Los termistores están hechos de materiales semiconductores como óxidos de metal, que tienen un Alta sensibilidad a los cambios de temperatura. La relación de resistencia-temperatura de un termistor no es lineal, lo que significa que el cambio de resistencia no es constante con la temperatura. La relación entre resistencia y temperatura puede ser aproximada por una ecuación matemática llamada Ecuación de Steinhart-Hart.

Los termistores se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluida la medición de temperatura y el control en circuitos electrónicos, compensación de temperatura en circuitos de oscilador y protección de dispositivos electrónicos de condiciones de volcuación. También se usan en aplicaciones automotrices, HVAC y médicas para la detección y control de la temperatura. FIRGELLI Los tiene integrados en uno de nuestros modelos de actuadores para el cliente a quien le gusta esta función.

No todos los actuadores tienen termistores incorporados porque para restablecer el Termistor Una vez que entra en acción, debe eliminar la carga que provocó que el corte comience y luego revertir la polaridad al actuador. Esto puede ser muy fácil de hacer con un programa de control, pero para una configuración analógica con solo una fuente de alimentación y un interruptor, puede que no sea más adecuado. Pero este tipo de seguridad es muy efectivo e ideal para aplicaciones donde los niños o los dedos podrían lesionarse de otra manera.

Las diferentes características del actuador pueden afectar su velocidad y capacidad de carga, incluidos el voltaje, el tipo de tornillo de plomo y las especificaciones del motor. Estas son algunas de las características y sus efectos:

1. Voltaje: el voltaje suministrado al actuador afecta la velocidad y el par que se puede producir. Los voltajes más altos generalmente dan como resultado velocidades y par. Sin embargo, el uso de voltajes más altos también puede dar como resultado un mayor consumo de energía, y puede requerir suministros y controladores más caros. La elección de voltaje para un motor de CC depende de los requisitos y restricciones de la aplicación. Aquí hay algunos beneficios y inconvenientes del uso de motores DC de 12V, 24V y 48V

2. Tipo de tornillo de plomo: el tornillo de plomo es Responsable de convertir el movimiento rotativo del motor al movimiento lineal del actuador. Los diferentes tipos de equipos de cables pueden afectar la velocidad y la capacidad de carga del actuador debido a la fricción que cada uno crean. Los tornillos de plomo ACME son menos costosos y pueden manejar cargas más pesadas, pero tienen una eficiencia más baja y pueden producir más calor. Los tornillos de bola, por otro lado, son más eficientes y tienen velocidades más altas, pero pueden ser más caros pero aún tienen altas capacidades de carga.

3. Especificaciones del motor: el motor es responsable de proporcionar la potencia para mover el actuador. Las diferentes especificaciones del motor pueden afectar la velocidad y el par que se puede producir. Los motores de rpm más altos pueden producir velocidades más altas, pero pueden tener un par más bajo, mientras que los motores de torque más altos pueden manejar cargas más pesadas, pero pueden tener velocidades más bajas. El tamaño y el peso del motor también pueden afectar el tamaño general y el peso del actuador.

Aquí hay una tabla que resume algunas de las características, pros y contras de diferentes componentes del actuador eléctrico de CA:

La vida útil de un actuador no es solo afectado por sus componentes internos pero también su capacidad para resistir intrusiones ambientales, como objetos sólidos y líquidos. Para garantizar que nuestros actuadores eléctricos tengan durabilidad duradera,FIRGELLI Agrega un sello protector alrededor de su exterior.