¿Correa, husillo, piñón cremallera o motor lineal?

¡Hola mecatrónicos! Bienvenidos a una nueva entrega del blog de SINADRIVES,

hoy con el tema de elección de un sistema de transmisión.

Noviembre de 2020

Es la pregunta del millón. Cada vez que comenzamos con el diseño de un movimiento lineal nuevo esta cuestión sale a la luz. Algunas veces la respuesta es obvia pero otras veces es una decisión muy complicada. En esta ocasión, queremos compartir con vosotros algunos consejos sobre este tema.  En el mercado actual existen muchos sistemas de transmisión disponibles. Para simplificar la selección, vamos estudiar los siguientes sistemas: la correa dentada, el husillo trapezoidal, el husillo a bolas, la cremallera rectificada y el motor lineal. En aplicaciones de movimiento controlado desde la perspectiva de la velocidad, la aceleración o la posición estos son los cinco sistemas más comúnmente usados. Limitándonos a estos cinco sistemas dejaremos de lado otros sistemas de transmisión como cadenas, cables, correas planas, rodillos, etc.

1. Ciclo de trabajo

El primer factor que hay que tener en cuenta es el ciclo de trabajo. Este se define como la proporción entre el tiempo de funcionamiento y el tiempo de parada. Por ejemplo, si la máquina funciona 1 segundo y está parada 1 segundo, el ciclo de trabajo es de un 50%. Si trabaja 8 segundos y está parada 2 segundos, el ciclo de trabajo es de un 80%.

Si el ciclo de trabajo es alto (se considera un ciclo alto a partir del 30%), el husillo de rosca trapezoidal no puede ser utilizado. El desgaste de husillos trapezoidales para ciclos superiores al 30% es muy elevado y ofrece una escasa vida útil.

2. Carrera útil

El segundo factor es la carrera útil. Si la carrera útil supera los 2000 mm, la transmisión de husillo a bolas queda limitada por la fuerza de pandeo (o velocidad de rotación critica). En este caso la velocidad de rotación del husillo queda fuertemente limitada e impide movimientos dinámicos o movimientos de gran precisión. Además de vibraciones, aparecen resonancias que complican el control de posición.

3. Fuerza

El tercer factor es la fuerza que necesitamos para mover la carga. Para hacer un cálculo rápido, podemos utilizar la fórmula

F= Fvc + Fac

donde Fvc es la fuerza necesaria para el movimiento con velocidad constante y Fac es la fuerza para el movimiento con aceleración o desaceleración.

Para carga en movimiento horizontal con velocidad constante:

Fvc = m x g x µ

m, kg – masa a mover,

g, m/s² – aceleración de la gravedad, g = 9,81 m/s²)

µ – es la fricción, 0,05 para las guías de bolas, 0,15 para ruedas o rodillos de Vulkollan y 0,2-0,3 para guías de fricción

Para carga en movimiento horizontal con aceleración:

Fac = m x a

m, kg – masa a mover

a, m/s² – aceleración

Para carga en movimiento vertical con velocidad constante:

Fvc = m x g x µ + m x g

Para carga en movimiento horizontal con aceleración:

Fac = m x a

La fuerza nos indica si una transmisión por correa dentada será suficiente para mover la carga o, por el contrario, es más eficiente otro tipo de transmisión. Sobre todo es en aplicaciones verticales donde este factor es determinante. Hay que prestar especial atención a los diámetros de la polea o el piñón, ya que de ello depende la potencia que pueden transmitir. Cuanto mayor sea el número de dientes en trabajo, más potencia pueden transmitir. Lo mismo sirve para el ancho de la correa dentada: cuanto más ancho, más potencia/fuerza se puede transmitir.

4. Rendimiento y eficiencia: correa, husillo, piñón cremallera o motor lineal.

A continuación, detallamos los rendimientos medios de los elementos descritos arriba:

Transmisión	Husillo trapezoidal	Husillo a bolas	Correa dentada	Cremallera rectificada	Motor lineal
Eficiencia	0,2 – 0,3	0,9-0,95	0,9-0,95	0,9	0,97

5. Precisión y repetibilidad

De los 5 sistemas comentados aquí, la mejor precisión la ofrecen los motores lineales, los husillos a bolas rectificados o los husillos trapezoidales de arranque de viruta (no laminados). A estos les sigue la cremallera y por último está la correa dentada. Debido a que la correa dentada es un elemento elástico, se generan resonancias y dilataciones durante los movimientos, aunque la repetibilidad de la correa dentada pueda estar por debajo de 0,1 mm.

6. Algunas pautas generales:

• Para aplicaciones de mucha fuerza y hasta una carrera de 2000 mm, el husillo a bolas sigue siendo la mejor alternativa.

• Para aplicaciones de ajuste esporádico (un ciclo de trabajo muy bajo) el husillo trapezoidal presenta una opción más económica.

• Para aplicaciones dinámicas y de poco mantenimiento se recomienda usar motores lineales o correas dentadas ya que no necesitan engrase.

• Para aplicaciones de carrera superior a 2000 mm, se recomienda usar motor lineal o cremallera.

El husillo es un componente utilizado en maquinaria diversa, como prensas o mordazas. Este componente es esencial en maquinaria como fresadoras y tornos, ya que permite el movimiento de rotación necesario para producir el desplazamiento lineal de los carros de fresadoras.

En fresadoras, los diámetros del husillo deben ser precisos para garantizar un funcionamiento eficiente. Además, en los tornos o en compuertas hidráulicas, el husillo juega un papel crucial al accionar los elementos de apriete y controlar el movimiento rectilíneo de las piezas.

Una rueda dentada puede ser utilizada para accionar los dientes del piñón, facilitando así el movimiento de rotación. Este mecanismo es fundamental en diversos equipos, donde las prensas o mordazas requieren un ajuste preciso para operar correctamente.

Las mordazas, así como las prensas, necesitan un accionamiento confiable para producir los resultados deseados, ya sea en la fabricación de componentes o en la operación de compuertas hidráulicas. En resumen, los elementos de apriete y los mecanismos de accionamiento son vitales para el funcionamiento eficiente de diversas máquinas y sistemas en la industria.

En la siguiente tabla resumimos las principales características de los sistemas de transmisión presentados en este artículo.

Transmisión	Husillo Trapezoidal	Husillo a bolas	Correa dentada	Cremallera	Motor Lineal
Velocidad	–	0	+	+	+
Aceleración	–	0	+	+	+
Ciclo de trabajo	–	+	+	+	+
Precisión	0	+	0	+	+
Repetitividad	+	+	0	+	+
Carrera larga	–	0	+	+	+
Mantenimiento	–	0	+	0	+
Precio	+	–	+	0	+

NOTA: “-“ característica negativa o limitante, “0” característica neutra o media, “+” característica positiva o fortaleza.

La tecnología de motor lineal supera en prestaciones a todas las transmisiones clásicas, aunque tiene algunas limitaciones como en el caso de los ejes verticales o bien las aplicaciones de máquina herramienta, debido a calor emitido. Para saber más sobre motores lineales, no dudes en consultar los diferentes tipos de motor lineal eléctrico o actuador lineal eléctrico que existen.

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Esperemos que la información aportada os haya sido de utilidad. Recomendamos suscribirse a nuestro blog para estar informados de últimas novedades y toda la información técnica sobre motores lineales y demás. Nos vemos en la próxima entrega.

Atentamente,

El Equipo SINADRIVES