¿Cómo elegir un actuador rotativo de alta precisión para aplicaciones industriales?

1. Empiece por elegir la serie de actuadores rotativos según sus características estructurales

Hola a todos. Soy Theodore Li, director técnico de HONPINE.

Al seleccionar un actuador rotativo de alta precisión para aplicaciones industriales, el primer paso es comprender las características estructurales de las distintas series de productos y reducir las opciones en función de los requisitos de instalación.

Hoy quiero presentar cuatro de las series de actuadores rotativos de precisión más vendidas de HONPINE y explicar sus diferencias principales.

Serie HAS – Eje macizo y diseño compacto

La serie HAS cuenta con una estructura de eje macizo y un diseño general compacto. Es adecuada para aplicaciones con espacio de instalación limitado y que no requieren el paso interno de cables o líneas neumáticas a través del actuador.

Serie HAT – Eje hueco para el paso interno de cables

La serie HAT cuenta con una estructura de eje hueco que permite pasar cables y líneas neumáticas por el centro del actuador. Esto la hace adecuada para equipos automatizados que requieren cableado interno o conexiones neumáticas.

Serie HAM – Orificio pasante de mayor diámetro

La serie HAM ofrece un orificio pasante central de mayor tamaño, con más espacio de instalación para cables, líneas de aire y otras conexiones internas. Es especialmente útil para equipos con requisitos más exigentes de tendido interno.

Serie HPG – Alta precisión y rigidez para máquinas herramienta

La serie HPG está diseñada para aplicaciones en máquinas herramienta donde son fundamentales la alta precisión de posicionamiento y la rigidez estructural. Es adecuada para sistemas de posicionamiento rotativo de precisión que requieren un rendimiento estable en condiciones de funcionamiento exigentes.

2. Calcule el par requerido y seleccione la relación de transmisión apropiada

Una vez elegida la serie de actuadores, el siguiente paso es calcular el par real que requiere la carga y seleccionar una relación de transmisión apropiada.

El actuador debe proporcionar un par suficiente no solo para soportar la carga durante el funcionamiento, sino también para vencer la resistencia generada durante la aceleración y la deceleración.

Paso 1: Calcule el par teórico de carga (par gravitatorio + par de aceleración)

Durante el arranque y la parada, el actuador debe vencer dos componentes principales del par:

1. Par gravitatorio (TG)

El par gravitatorio se produce cuando el actuador soporta una carga descentrada o realiza un movimiento giratorio contra la gravedad.

Fórmula:

TG = M × g × L × cosθ

Donde:

M = Masa de la carga (kg)

g = Aceleración gravitatoria (9.8 m/s²)

L = Distancia entre el centro de gravedad de la carga y el eje de rotación (m)

θ = Ángulo entre la dirección de la fuerza gravitatoria y el brazo de palanca

En una rotación puramente horizontal, si el centro de gravedad de la carga se encuentra sobre el eje de rotación, se puede ignorar el componente del par gravitatorio.

2. Par de aceleración (Ta)

El par de aceleración es el necesario para acelerar una carga desde el reposo hasta la velocidad objetivo en un tiempo determinado.

Fórmula:

Ta = J × α

Donde:

J = Momento de inercia de la carga (kg·m²), que se puede obtener con un software CAD 3D después de asignar las propiedades de material apropiadas. Asegúrese de que el origen del sistema de coordenadas esté situado en el eje de rotación.

α = Aceleración angular (rad/s²), calculada según el tiempo de ciclo requerido por la máquina. Por ejemplo, si el actuador debe acelerar hasta la velocidad objetivo en 0.2 segundos, la aceleración angular requerida debe calcularse en consecuencia.

Paso 2: Calcule el par máximo combinado requerido durante el arranque y la parada (ΣT)

Una vez calculados el par gravitatorio y el par de aceleración, súmelos y aplique un factor de seguridad apropiado en función de la aplicación industrial.

Fórmula:

ΣT = (TG + Ta) × Factor de seguridad

Factores de seguridad recomendados:

Condiciones de funcionamiento

Factor de seguridad recomendado

1.2 – Cargas generalmente suaves, como en la manipulación de materiales estándar.

Paso 3: Compruebe el par calculado con las especificaciones del actuador

El valor calculado de ΣT representa el par máximo requerido durante la aceleración y la deceleración. En esta etapa, debe consultar la ficha técnica del actuador y verificar dos parámetros fundamentales.

1. Verificación del par máximo (durante el arranque y la parada)

Requisito:

ΣT ≤ Par instantáneo máximo admisible del actuador

Según las especificaciones del fabricante, este valor puede indicarse como par instantáneo máximo o par máximo de aceleración (T2B).

Es importante distinguir entre el par instantáneo máximo, que puede permitirse solo durante unos segundos, y el par máximo de aceleración/deceleración, aplicable a condiciones repetidas de arranque y parada.

Al seleccionar un actuador, el par calculado debe mantenerse por debajo de los límites aplicables especificados por el fabricante. En ciclos frecuentes de aceleración y deceleración, preste especial atención al límite de par admisible más bajo.

Si el ΣT calculado está por debajo del valor nominal de par máximo intermitente especificado para el actuador (por ejemplo, un par máximo permitido durante menos de 2 segundos), el actuador puede tener capacidad mecánica para soportar la carga requerida a corto plazo, sujeto a las restricciones del fabricante sobre el ciclo de trabajo y las condiciones de funcionamiento.

2. Verificación del par nominal (funcionamiento continuo)

Requisito:

Par real de funcionamiento continuo ≤ Par nominal del actuador

Aunque el par máximo se mantenga dentro del límite admisible, también debe comprobarse el par de funcionamiento continuo.

Si el actuador funciona continuamente por encima de su par nominal, puede producirse un calentamiento excesivo y un desgaste acelerado del flexspline del reductor armónico, lo que reduce considerablemente su vida útil.

En equipos industriales, una pauta habitual de diseño preliminar es mantener el par de funcionamiento continuo por debajo de aproximadamente el 80 % del par nominal, dejando un margen de funcionamiento suficiente.

Importante: El par de carga requerido debe permanecer por debajo del par máximo admisible durante el arranque y la parada, con un margen de seguridad suficiente. Al mismo tiempo, el par de funcionamiento continuo debe mantenerse dentro del par nominal del actuador.

HONPINE ofrece distintas configuraciones estructurales para adaptarse a diferentes requisitos de instalación.

HAM – Diseño cilíndrico sin brida

La serie HAM tiene un cuerpo cilíndrico sin brida de montaje integrada. Es adecuada para diseños de equipos en los que el cliente dispone de una estructura de montaje personalizada o prefiere una disposición de instalación más flexible.

HAMF – Brida de montaje integrada

La serie HAMF cuenta con una brida de montaje integrada, que facilita la instalación y el posicionamiento mecánicos.

La elección entre HAM y HAMF debe depender de la disposición mecánica del equipo, el espacio de montaje y los requisitos de instalación.

4. ¿Necesita un freno electromagnético?

La necesidad de un freno electromagnético depende de las condiciones de funcionamiento y de los requisitos de seguridad del equipo.

Los actuadores rotativos HONPINE ofrecen versiones con freno y sus correspondientes valores nominales de par de retención. Al seleccionar un modelo, compruebe el par de frenado especificado para asegurarse de que satisface los requisitos de retención de la carga.

En la designación del modelo:

B indica una configuración con freno.

A indica una configuración sin freno.

En aplicaciones donde el actuador debe mantener su posición cuando se desconecta la alimentación del motor, puede ser necesario un freno electromagnético.

Entre las aplicaciones típicas se incluyen los sistemas de posicionamiento vertical, los mecanismos de elevación y los equipos en los que la carga podría moverse por acción de la gravedad tras un corte de alimentación.

La configuración del freno debe seleccionarse según la carga real, el par de retención requerido y el diseño de seguridad del equipo.

[Imagen: Comparación de actuadores rotativos con y sin frenos electromagnéticos]

5. Confirme la resolución y el tipo del encoder del motor

La selección del encoder afecta directamente a la resolución de realimentación y a la capacidad de supervisión de posición del actuador rotativo.

HONPINE ofrece dos opciones de encoder absoluto multivuelta:

Encoder absoluto multivuelta de 23 bits

Encoder absoluto multivuelta de 17 bits

Ambas opciones son encoders absolutos multivuelta que conservan la información de posición incluso después de desconectar la alimentación.

A diferencia de los encoders incrementales, que requieren una referencia de posición tras un corte de alimentación, los encoders absolutos multivuelta pueden conservar la información de posición absoluta en varias revoluciones, lo que ayuda a simplificar el arranque del sistema y la gestión de la posición.

La resolución del encoder apropiada debe seleccionarse según los requisitos de posicionamiento, la arquitectura de control y los requisitos generales de precisión del equipo.

También es importante distinguir entre la resolución del encoder y la precisión real de posicionamiento. El rendimiento final de posicionamiento depende del sistema de transmisión completo, la rigidez mecánica, la holgura, la estrategia de control y otros factores.

6. Confirme la dirección de salida de los cables

La última consideración es la dirección de salida de los cables, que afecta directamente a la facilidad de instalación y a la gestión interna del cableado.

Los actuadores rotativos HONPINE ofrecen dos configuraciones de salida de cables:

Salida de cables por la cara frontal: Los cables salen por la cara frontal del actuador. Esta configuración es adecuada para disposiciones de equipos en las que resulta más conveniente el tendido axial de los cables.

Salida lateral de cables: Los cables salen por el lateral del actuador. Es adecuada para instalaciones con espacio axial limitado o en las que se prefiere el tendido lateral.

Antes de seleccionar la configuración de salida de cables, tenga en cuenta la orientación de montaje del actuador, los componentes mecánicos circundantes, el espacio disponible y el radio de curvatura de los cables.

Elegir la dirección de salida de cables apropiada puede simplificar el montaje y reducir las interferencias de los cables durante el funcionamiento del equipo.

¿Necesita ayuda para seleccionar un actuador rotativo de alta precisión para su aplicación industrial?

Seleccionar un actuador rotativo de alta precisión implica mucho más que elegir un modelo en función de su par nominal.

También debe tener en cuenta el diseño estructural del actuador, la inercia de la carga, los requisitos de aceleración, la relación de transmisión, la configuración de montaje, los requisitos de frenado, la resolución del encoder y el tendido de los cables.

En HONPINE ofrecemos varias series de actuadores rotativos de precisión, incluidas HAS, HAT, HAM y HPG, para satisfacer distintos requisitos industriales de control de movimiento y posicionamiento.

Si está seleccionando un actuador rotativo de alta precisión para su equipo industrial, póngase en contacto con HONPINE para solicitar las fichas técnicas más recientes y consultar con nuestro equipo técnico cuál es la configuración de actuador más adecuada.