Introducción a los componentes de movimiento lineal y rotatorio
¿Qué es el movimiento lineal?
El movimiento lineal se define normalmente como el movimiento natural de un objeto, que se desplaza a lo largo de una línea recta. Es una de las formas de movimiento más básicas, descrita matemáticamente utilizando una sola dimensión espacial. El movimiento que ocurre a lo largo de una línea se llama traslación, por lo que todos los puntos de un cuerpo en movimiento viajan uniformemente en la misma dirección. Un ejemplo general de movimiento lineal es un automóvil que viaja en línea recta a lo largo de una carretera.
¿Qué es el movimiento rotatorio?
También conocido comúnmente como movimiento circular, el movimiento giratorio es un tipo de movimiento físico que ocurre cuando un objeto gira o gira sobre un eje. Utilizando de nuevo el ejemplo de un coche, mientras el propio vehículo se desplaza con un movimiento lineal (es decir, hacia delante o hacia atrás), las ruedas muestran un movimiento rotatorio a medida que giran alrededor de un eje.
Elección de componentes de movimiento lineal y giratorio
Tras la llegada de la fabricación de escritorio, como la impresión 3D, las personas están más cerca que nunca de los objetos y productos que contienen estos componentes mecánicos precisos. Las principales opciones para Componentes lineales y rotativos que facilitan un movimiento preciso, en la mayoría de las aplicaciones, son tornillos de avance, transmisiones por correa y engranajes.
Todas estas opciones ofrecen diferentes fortalezas y debilidades, como el costo, la velocidad de posicionamiento y la repetibilidad. A continuación se muestra una breve descripción general de estos componentes, sus usos comunes y enlaces a más información técnica.
husillos
husillos, también conocidos como tornillos de potencia, son un componente de control de movimiento que se utiliza para convertir el movimiento de rotación de la tuerca o el tornillo en un movimiento lineal. Dado que los tornillos de avance traducen el movimiento rotatorio en movimiento lineal, es por eso que a menudo se los denomina tornillos de traslación.
Comúnmente utilizados en robótica y maquinaria de pasatiempo, los tornillos de avance son adecuados para aplicaciones que requieren un movimiento preciso o la transferencia de cargas elevadas.
Similar a las tuercas y tornillos estándar, Tuercas de husillo y los tornillos de avance utilizan un diseño de rosca helicoidal, aunque con una forma de rosca que está diseñada para transmitir fuerza en lugar de unir las piezas.
Los tornillos de avance están disponibles en una amplia variedad de tamaños, con una variedad de valores de avance que ofrecen diferentes niveles de movimiento para una revolución. El avance de un husillo se define por el paso de la rosca multiplicado por el número de inicios de rosca. Aquí, el paso se define como la distancia entre las crestas o picos de 2 roscas adyacentes, mientras que los inicios son el número de ‘dientes’ o puntos de inicio independientes en el propio tornillo.
Gracias a este rango de valores, los husillos pueden especificarse tanto para aplicaciones de alta torsión y baja velocidad como para aplicaciones de alta velocidad y alta precisión. Un ejemplo contrastante de estas diferentes aplicaciones sería comparar el tornillo de avance que se usa en un tornillo de banco con el tornillo de avance que funciona en un cabezal lector de unidad de DVD.
Las principales desventajas de usar un sistema de husillo son el mayor costo, en comparación con otras soluciones, como un sistema de transmisión por correa, y la holgura; la cantidad de juego entre los componentes de acoplamiento dentro de un mecanismo que puede causar un movimiento libre que resulta en una pérdida de movimiento.
Nuestro artículo sobre Husillos y contragolpe analiza esto con más detalle y ofrece soluciones para evitar la reacción en los sistemas de husillo.
Accionamientos por correa
en maquinaria, Accionamientos por correa generalmente se componen de un par de poleas conectadas por una banda circular flexible (correa). Como generalización, funcionan transmitiendo fuerza rotatoria de un lugar a otro, por ejemplo, en la reducción de velocidad de una taladradora.
Las transmisiones por correa se utilizan en una amplia gama de productos, desde productos electrónicos de consumo hasta aplicaciones automotrices, y son capaces de transferir movimiento giratorio a largas distancias. Por lo general, son más livianos, más silenciosos y funcionan de manera más eficiente que los Gears, al mismo tiempo que ofrecen una solución más rentable.
Las transmisiones por correa se utilizan a menudo para reemplazar los trenes de engranajes, en aplicaciones en las que la fuerza debe transmitirse a lo largo de una larga distancia o a través de una ruta compleja, como la correa de distribución de un motor.
Otro ejemplo del mundo real de una transmisión por correa sería una correa transportadora, una aplicación en la que 2 o más poleas mueven una correa que es diseñado llevar una carga continuamente entre dos puntos.
Las correas son un dispositivo de bajo mantenimiento y, siempre que se mantenga la tensión correcta, requieren poca o ninguna atención hasta que llegan al final de su vida útil. Correas trapezoidales están diseñadas para transmitir mayores cargas que las correas planas, sin embargo, todavía tienen una tendencia a deslizarse bajo cargas elevadas. Como resultado, esto condujo al desarrollo de correas síncronas, también conocidas como Correas dentadas, que rápidamente se convirtió en una opción popular dentro de la robótica de aficionados y en los mecanismos de conducción de vehículos.
Este tipo de correa dentada puede adaptarse a una mayor velocidad de movimiento, debido a su naturaleza de accionamiento directo, aunque a costa de una menor precisión. Esto les permite ser los más adecuados para movimientos de alta velocidad y bajo torque. La presencia de juego bajo ha llevado a su adopción en cortadoras láser y otras aplicaciones de movimiento de carga baja.
Engranajes
Engranajes son un dispositivo mecánico que presenta dientes cortados, diseñados para engranar con piezas dentadas compatibles para transmitir un par, también conocido como fuerza de rotación.
El diseño de los dientes de los engranajes ha evolucionado mucho en los últimos años para garantizar que los círculos primitivos (el círculo hipotético que corre directamente dentro de los perfiles de los dientes del engranaje que representan el punto por el cual se transfiere el movimiento a través del sistema de engranajes) de los engranajes engranados funcionen suavemente, sin deslizarse durante rotación.
Un ejemplo de dónde se pueden encontrar engranajes es un mecanismo de relojería, donde Ruedas dentadas se utilizan para transferir energía desde un resorte enrollado a las funciones eléctricas. La alta eficiencia del diseño de los engranajes rectos permite que esta energía se transfiera con poca pérdida de potencia.
Un tren de engranajes es un sistema mecánico que consta de dos o más engranajes entrelazados, diseñados para trabajar en secuencia para transmitir el movimiento de rotación. El engranaje de entrada, o ‘engranaje impulsor’, transmite potencia al engranaje de salida (el ‘engranaje impulsado’) al girarlo en la dirección opuesta. Esto es a menudo bajo la influencia de una fuente de energía, como un motor o un motor.
La relación de velocidades de un tren de engranajes, también conocida como relación de engranajes, se calcula tomando el número de dientes del engranaje impulsor y dividiéndolo por el número de dientes del engranaje de salida; Es decir, un engranaje impulsor con 45 dientes y un engranaje de salida con 15 dientes equivaldrían a una relación de transmisión de 3:1. Esto significa que cada rotación del engranaje impulsor da como resultado que el engranaje de salida gire 3 veces.
Los engranajes son típicamente circulares, con los dientes presentes en el diámetro exterior de la rueda, sin embargo Engranajes Internos cuentan con dientes de engranaje dentro del diámetro interno. Este tipo de engranaje se usa comúnmente dentro de un sistema de engranajes planetarios, que generalmente se encuentra en aplicaciones como cajas de engranajes que requieren altos niveles de torsión y reducción de velocidad, pero donde el espacio es limitado y el peso es una consideración crítica.
Una cremallera de engranajes es una barra recta con dientes cortados en un lado, diseñada para permitir que los engranajes engranen. Comúnmente conocido como un sistema de piñón y cremallera, estos componentes trabajan juntos como un actuador lineal simple, transfiriendo el movimiento de rotación al movimiento lineal.