Actuadores lineales de husillo

Un actuador lineal convierte el giro de un motor en un empuje o una tracción en línea recta. Los actuadores de husillo lo hacen en pinzas y ejes de elevación de robots, camas de hospital y sillones de pacientes, ajuste de inclinación de paneles solares, ejes de impresoras 3D y CNC, dispensadores de laboratorio y guías, trampillas y puertas regulables de máquinas. El husillo es la pieza que decide a qué velocidad se mueve el actuador, cuánto puede empujar, si mantiene la posición sin corriente y cuánto dura.

Qué tiene que hacer el actuador

• Mover la carga a la velocidad necesaria. La velocidad lineal es la velocidad del husillo × el avance. Un avance corto necesita un motor rápido; un avance largo necesita más par.
• Mantener la posición sin corriente, a menudo por seguridad (una cama no debe bajar, un panel no debe inclinarse con el viento). Algunos husillos se mantienen solos; otros son reversibles bajo carga.
• Seguir siendo preciso al invertir el sentido. La holgura entre husillo y tuerca aparece como pérdida de movimiento cada vez que cambia el sentido.
• Funcionar en silencio en hospitales, laboratorios y oficinas.
• Caber en poco espacio, a menudo con la tuerca montada directamente en la parte móvil.

Qué puede fallar

• Desgaste y calor en la tuerca. La tuerca de un husillo desliza sobre la rosca. La presión sobre la tuerca multiplicada por la velocidad de deslizamiento (el valor pV) determina cuánto calor se genera; por encima del límite, la tuerca se desgasta rápido o se agarrota. Una superficie del husillo blanda o rugosa empeora mucho el desgaste.
• Reversibilidad. Un husillo rápido de varias entradas con una carga vertical girará hacia atrás y dejará caer la carga cuando el motor se detenga.
• Juego. La pérdida de movimiento en cada inversión aparece como error de posicionamiento en impresoras, dispensadores y pinzas.
• Latigazo y vibración en husillos largos. Todo husillo tiene una velocidad crítica a la que entra en resonancia. Depende del diámetro, de la longitud sin apoyo y de cómo se apoyan los extremos, no de la orientación.
• Pandeo. Un husillo largo y delgado sometido a compresión puede doblarse antes de que fallen la tuerca o la rosca.
• Cargas laterales. Una correa, una polea o una carga descentrada que empuja lateralmente sobre la tuerca hace que una rosca de uso general se acuñe y se desgaste de forma irregular.

Cada requisito corresponde a una elección de avance, número de entradas, diámetro, tuerca y material. Apex fabrica husillos de una entrada de 3 a 50 mm de diámetro, husillos de varias entradas de 5 a 24 mm con avances de 3 a 30 mm, y las tuercas con brida y antijuego correspondientes.

1. Elija el avance según la velocidad

El avance es la distancia que recorre la tuerca en una vuelta: avance = paso × número de entradas.

Ejemplo práctico: un actuador debe moverse a 50 mm/s (3000 mm/min).

Husillo	Avance	Velocidad del husillo necesaria
D8x2P2, una entrada	2 mm	1500 rpm
D8x4P2, 2 entradas	4 mm	750 rpm
D8x10P2.5, 4 entradas	10 mm	300 rpm

Un motor paso a paso pierde par a medida que aumenta la velocidad, y un husillo que gira rápido se acerca a su velocidad crítica. El husillo de 4 entradas alcanza 50 mm/s a una quinta parte de la velocidad. La contrapartida es que necesita más par del motor para el mismo empuje y no retiene la carga por sí solo.

2. Decida si debe retener por sí solo

Que un husillo sea reversible depende de su ángulo de hélice frente al rozamiento entre husillo y tuerca. Ángulo de hélice = arctan(avance ÷ (π × diámetro medio)).

Husillo	Ángulo de hélice	Comportamiento típico
D8x1P1, una entrada	2.4°	Retiene
D8x2P2, una entrada	5.2°	En el límite
D8x4P2, 2 entradas	10.3°	Reversible
D8x10P2.5, 4 entradas	25.2°	Muy reversible

Como regla práctica, los husillos con un ángulo de hélice inferior a unos 5° no suelen ser reversibles. La vibración, la lubricación y el material de la tuerca cambian el resultado, así que cuando la retención es crítica para la seguridad (camas de pacientes, elevadores) añada un freno o un motorreductor autoblocante en lugar de confiar solo en el husillo. Para actuadores rápidos que deben retener, use un husillo de varias entradas con freno.

3. Dimensione el diámetro y la longitud

Una vez conocidos la carga, la velocidad y la longitud, compruebe dos límites:

• Velocidad crítica. Mantenga la velocidad máxima del husillo por debajo del 80 % de la velocidad crítica calculada; en la práctica, la rectitud y la alineación la reducen.
• Resistencia al pandeo. Un husillo largo sometido a compresión puede pandear.

Si un husillo no supera alguna de estas comprobaciones: aumente el avance y reduzca las rpm, cambie los apoyos de los extremos (por ejemplo, de apoyo simple a empotrado), aumente el diámetro o plantee el diseño para que el husillo trabaje a tracción. La longitud estándar del husillo es de 1000 mm; otras longitudes y extremos mecanizados se fabrican según plano.

4. Elija la tuerca

• Tuerca con brida: se atornilla directamente a la parte móvil. De latón o acero inoxidable, con rosca trapezoidal o Acme, en 35 tamaños estándar de 6.35 a 36 mm.
• Tuerca antijuego: compensa la holgura y el desgaste al invertir el sentido. Úsela donde cada inversión deba ser precisa: impresoras, dispensadores, pinzas.
• Tuerca con brida económica: compacta y de bajo coste para ejes de carga ligera, como los de impresoras 3D (D8x4P2).
• Tuerca a medida: con agujeros de montaje o roscas distintos, o con elementos mecanizados en la tuerca (casquillos guía, poleas, engranajes, banderas de sensor, diseños de media tuerca o de liberación rápida). Las tuercas de polímero (Delrin, PEEK, poliéster, Torlon, Vespel) convienen para altas temperaturas, productos químicos, esterilización en autoclave y funcionamiento silencioso.

5. Material, forma de rosca y acabado

• Material del husillo: acero inoxidable o EN-8, laminado o rectificado, a derechas o a izquierdas.
• Superficie: el desgaste de la tuerca depende mucho del husillo. Un husillo laminado alcanza 250 HV o más en la superficie con una rugosidad Ra de 0.2 µm o mejor, lo que mantiene bajo el desgaste de la tuerca.
• Forma de rosca: trapezoidal (30°) o Acme (29°). Las roscas Acme centradoras tienen menos holgura y no se acuñan con una carga lateral. Ninguna forma de rosca está pensada para soportar en la tuerca la carga de una correa o una polea; absorba las cargas laterales con una guía.

Qué debe indicarnos

Carrera, carga y dirección (empuje, tracción, vertical), velocidad necesaria, ciclo de trabajo, si debe retener sin corriente, precisión en la inversión, tipo de motor, espacio disponible y entorno (temperatura, limpieza, productos químicos). Con estos datos le recomendaremos el husillo, la tuerca y el mecanizado de los extremos.