Actuadores neumaticos lineales y de movimiento giratorio

INDICE

1. OBJETIVOS 4

2. INTRODUCCION 5

3. QUE SON LOS ACTUADORES 6

4.ACTUADORES NEUMATICOS 7

5. SERVOMOTORES 8

5.1 tipos de servomotor 9

6. LOS MOTORES PASO A PASO 10

6.1 tipos de motores paso a paso 11

7. PARTES DEL CILINDRO 12

8. CALCULO DE LOS CILINDROS NEUMATICOS 14

8.1 fuerza del cilindro 14

8.2 carga del cilindro 14

8.3 consumo de aire 15

9. VELOCIDAD DEL PISTON Y AMORTIGUAMIENTO 15

10. CILINDROS DOBLE EFECTO TIPO TANDEM 16

11. CILINDRO NEUMATICO MULTIPOSICIONES 17

12. CILINDRO NEUMATICO GUIADO 18

13. CILINDRO SIN VASTAGO 19

14. CILINDRO DE IMPACTO 20

15. CILINDRO NEUMATICO DE FUELLE 21

17. SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO 24

18. PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE LOS CILINDROS 24

19. CONCLUSIONES 25

20.BIBLIOGRAFIA 26

21. INDICE DE TABLAS Y FIGURAS 27

1. OBJETIVOS

Conocer los diferentes tipos de actuadores existentes en el mercado (en su gama básica), con objeto de conocer las amplias posibilidades que ofrece la neumática de cara a la automatización de procesos industriales.

Conocer los principios constructivos de los diferentes tipos de actuadores (clasificación simple, doble efecto, etc.). Se pretende dar la noción de funcionamiento genérica con independencia de la mecánica que emplee el fabricante para su consecución.

Conocer cómo se dimensionan los actuadores en función de los esfuerzos que realizan (ciñéndonos a tablas de fabricante). La mecánica externa del sistema no se contempla ya que se estudiará en “Mecánica Aplicada”.

Conocer los elementos fundamentales de un actuador, desarrollando internamente un cilindro de doble efecto convencional. Se analizarán aspectos como la “denominación” de cada uno de los elementos integrantes, funciones del mismo, materiales de construcción, etc.

2. INTRODUCCION

En esta unidad se explican detalladamente los diferentes tipos de actuadores, tanto los lineales como los de movimiento giratorio, prestando especial atención a su construcción interna, funcionamiento y campo de aplicación más usual.

También se describen todos los cálculos necesarios para la elección de un actuador para las condiciones de trabajo que nosotros le marquemos.

Es de suma importancia el conocimiento de dichos actuadores, ya que esto nos permitirá realizar la selección más adecuada a nuestras necesidades. No obstante, no podemos olvidar que la neumática es un campo en evolución constante por lo que este módulo sólo pretende ser un compendio de los actuadores clásicos más usuales.

3. QUE SON LOS ACTUADORES

Los actuadores tienen como misión generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control. Se clasifican en tres grandes grupos, según la energía que utilizan:

• Neumáticos

• Hidráulicos

• Eléctricos

Los actuadores neumáticos utilizan el aire comprimido como fuente de energía y son muy indicados en el control de movimientos rápidos, pero de precisión limitada. Los motores hidráulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad. Los motores eléctricos son los más utilizados, por su fácil y preciso control, así como por otras propiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de la energía eléctrica. Más tarde se proporcionará una comparación detallada entre los diferentes tipos de actuadores utilizados en robótica.

Cada uno de estos sistemas presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son, entre otras:

• Potencia

• Controlabilidad

• Peso y volumen

• Precisión

• Velocidad

• Mantenimiento

• Coste

4. ACTUADORES NEUMATICOS

El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de émbolo (éstos también proporcionan movimiento rotativo con variedad de ángulos por medio de actuadores del tipo piñón-cremallera). También encontramos actuadores neumáticos de rotación continua (motores neumáticos), movimientos combinados e incluso alguna transformación mecánica de movimiento que lo hace parecer de un tipo especial.

TABLA 4.1

5. SERVOMOTORES

Un servomotor (también llamado Servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua, que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.

Un servo normal o Standard tiene 3kg por cm. de torque que es bastante fuerte para su tamaño. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, no consume mucha energía.

5.1 FIG SERVOMOTOR Y SUS PARTES

5.1 TIPOS DE SERVOMOTORES

Hay tres tipos de servomotores:

-Servomotores de CC

Es el elemento que le brinda movilidad al servo. Cuando se aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un sentido a su velocidad máxima. Si el voltaje aplicado sus dos terminales es inverso, el sentido de giro también se invierte.

-Servomotores de AC

Este tipo de motores no ha tenido aplicación en robótica hasta hace unos años, debido fundamentalmente a la dificultad de su control. Sin embargo, las mejoras que se han introducido en las maquinas síncronas hacen que se presenten como un claro competidor de los motores de corriente continua. Esto se debe principalmente a tres factores:

 la construcción de los motores síncronos sin escobillas.

 el uso de convertidores estáticos que permiten variar la frecuencia (y así la velocidad de giro) con facilidad y precisión.

 el empleo de la microelectrónica, que permite una gran capacidad de control.

Existen dos tipos fundamentales de motores de corriente alterna:

 motores asíncronos

 motores síncronos

-Servomotores de imanes permanentes o Brushless.

Esencial mente un motor Brushless a imán permanente es una maquina sincrónica con la frecuencia de alimentación, capaz de desarrollar altos torques (hasta 3 o 4 veces su torque nominal) en forma transitoria para oponerse a todo esfuerzo que trate de sacarla de sincronismo. La denominación Brushless deviene del hecho de que no posee escobillas y es una forma de diferenciarlo de sus predecesores los servomotores a imán permanente alimentados con corriente continua.

6. LOS MOTORES PASO A PASO

Los motores paso a paso se pueden ver como motores eléctricos sin escobillas. Es típico que todos los bobinados del motor sean parte del estator, y el rotor puede ser un imán permanente o, en el caso de los motores de reluctancia variable (que luego describiremos mejor), un cilindro sólido con un mecanizado en forma de dientes (similar a un engranaje), construido con un material magnéticamente "blando" (como el hierro dulce).

La conmutación se debe manejar de manera externa con un controlador electrónico y, típicamente, los motores y sus controladores se diseñan de manera que el motor se pueda mantener en una posición fija y también para que se lo pueda hacer girar en un sentido y en el otro.

La mayoría de los motores paso a paso conocidos se pueden hacer avanzar a frecuencias de audio, lo que les permite girar muy velozmente. Con un controlador apropiado, se los puede hacer arrancar y detenerse en un instante en posiciones controladas.

Características comunes de los motores paso a paso:

Un motor paso a paso se define por estos parámetros básicos:

Voltaje

Los motores paso a paso tienen una tensión eléctrica de trabajo. Este valor viene impreso en su carcasa o por lo menos se especifica en su hoja de datos. Algunas veces puede ser necesario aplicar un voltaje superior para lograr que un determinado motor cumpla con el torque deseado, pero esto producirá un calentamiento excesivo y/o acortará la vida útil del motor.

Resistencia eléctrica

Otra característica de un motor paso a paso es la resistencia de los bobinados. Esta resistencia determinará la corriente que

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