Universidad Tecnológica de México Diseño Mecatr Mecatrónico ónico Selección de actuadores Grupo: MC07S
Introduccion Un actuador es un di disp spos osit itiv ivo o in inhe herren ente teme men nte me mecá cáni nico co cu cuyya fu func nció ión n es pr prop opor orci cion onar ar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actu ac tuad ador or pr prov ovie iene ne de tr tres es fu fuen ente tess po posi sibl bles es:: •
Presión Pr esión neum neumátic áticaa
•
Presión Pr esión hidr hidráulic áulicaa
•
Fuerza Fuer za elect electrom romotri otrizz
Depe pen ndi dien endo do de el orig igeen de la fu fueerz rzaa el ac actu tuaado dorr se de den nomin inaa neumáti ticco, hid idrráu áuli licco o
Introduccion Un actuador es un di disp spos osit itiv ivo o in inhe herren ente teme men nte me mecá cáni nico co cu cuyya fu func nció ión n es pr prop opor orci cion onar ar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actu ac tuad ador or pr prov ovie iene ne de tr tres es fu fuen ente tess po posi sibl bles es:: •
Presión Pr esión neum neumátic áticaa
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Presión Pr esión hidr hidráulic áulicaa
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Fuerza Fuer za elect electrom romotri otrizz
Depe pen ndi dien endo do de el orig igeen de la fu fueerz rzaa el ac actu tuaado dorr se de den nomin inaa neumáti ticco, hid idrráu áuli licco o
Introducción
El actuador más simple es el actuador manual o humano . Es deci cirr, un unaa per erso son na mueve o actúa un dispositivo para promover su funcionamiento. Con el tiempo, se hizo con co nven enie ien nte au auto toma mati tizzar la ac actu tuac ació ión n de di disp spos osit itiv ivos os,, po porr lo qu quee di differ eren enttes di disp spos osit itiv ivos os hicier hic ieron on su apa aparic rición ión..
Introducción
Introducción
Actuadores
Actuadores Otra definición de actuador nos dice que son elementos que generan el movimiento de los elementos según las órdenes dadas por la unidad de control. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar un elemento final de control, transformando la energía de entrada en energía de salida utilizable para realizar una acción.
Actuadores Actualmente hay básicamente dos tipos de actuadores. • Lineales
• Rotatorios
Introducción Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para los productos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos cuando se requieren posicionamientos simples. Sin embargo, los hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía , así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
Introducción Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los sistemas mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots y en general en la industria.
Por todo esto es necesario conocer muy bien las características de cada actuador para
Actuadores eléctricos Es un elemento que transforma señales eléctricas en movimientos mecánicos. Entre sus características principales podemos mencionar. ➢Solo requieren de energía eléctrica ➢Como sólo se necesitan cables para transmitir las señales.
Son muy versátiles
➢No hay restricciones de distancia entre la fuente de poder y
el actuador
Actuadores eléctricos Ventajas: ➢Precisos ➢Fiables ➢Fácil control ➢Sencilla instalación ➢Silenciosos
Desventajas: ➢Potencia
limitada
Actuadores eléctricos Dentro de los actuadores eléctricos rotativos, pueden distinguirse tres tipos diferentes: ➢Motores
de corriente continua (DC).
➢Servomotores ➢Motor paso a paso ➢Motor
de corriente alterna (AC)
Actuadores eléctricos El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, utilizando un corriente que es continua con respecto al tiempo. La principal característica
Es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga
Actuadores eléctricos Las dos partes principales con conforman a un motor de c.c., son: Rotor: constituye la parte móvil del motor y proporciona el torque para mover la carga
Estator: constituye la parte fija y su función es
suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar el movimiento giratorio
Actuadores eléctricos Servomotores
Los servos son un tipo especial de motor de c.c., que se caracterizan por su capacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posición dentro de su intervalo de operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se corresponde con el movimiento a realizar El resultado es un servo de posición con un margen de operación de 180° aproximadamente.
Actuadores eléctricos
Actuadores eléctricos
Actuadores eléctricos Motor a pasos
Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control.
Actuadores eléctricos Ventajas ➢Es
capaz de asegurar un posicionamiento simple y exacto
➢Ligeros,
fiables, y fáciles de controlar, pues al ser cada estado de excitación del estator estable, el control se realiza en bucle abierto, sin la necesidad de sensores de realimentación.
➢Son
ideales donde se requiere un movimiento preciso
Desventajas ➢El
funcionamiento a bajas velocidades no es suave, ya que existe el peligro de perdida de una posición por trabajar en bucle abierto
➢Tienden a sobrecalentarse trabajando a
velocidades elevadas y presentan un limite en el tamaño que pueden alcanzar.
Actuadores eléctricos Motor de C.A.
Se basa en la utilización de corriente alterna como fuente de energia. La corriente alterna es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor. como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conducto.
Actuadores eléctricos La corriente alterna presenta ventajas decisivas de cara a la producción y transporte de la energía eléctrica, respecto a la corriente continua: 1-Generadores y motores mas baratos, eficientes y menos complejos. 2-Posibilidad de transformar su tensión de manera simple y barata ( transformadores ) 3-Posibilidad de transporte de grandes cantidades de energía a largas distancias con un mínimo de sección de conductores ( a alta tensión) 4-Posibilidad de motores muy simples , (como el motor de inducción asíncrono de rotor en cortocircuito) 5-Desaparición o minimización de algunos fenómenos eléctricos indeseables (magnetización en las maquinas, y polarizaciones y corrosiones electrolíticas en pares metálicos)
Actuadores eléctricos
Actuadores eléctricos Existen dos tipos fundamentales de motores de corriente alterna: ➢motores
asíncronos
➢motores
síncronos
Actuadores eléctricos Motores asíncronos
Son probablemente los más sencillos y robustos de los motores eléctricos ya que su frecuencia no es las misma que la del campo que lo impulsa. El rotor está constituido por varias barras conductoras dispuestas paralelamente el eje del motor y por dos anillos conductores en los extremos. El conjunto es similar a una jaula de ardilla
Actuadores eléctricos
Actuadores eléctricos El motor síncrono.
Como su nombre indica, opera exactamente a la misma velocidad que el campo del estator, sin deslizamiento. El motor síncrono, utiliza el mismo concepto de un campo magnético giratorio producido por el estator, pero ahora el rotor consta de electroimanes o de imanes permanentes (PM) que giran sincrónicamente con el campo del estator Rotor coils ia
i b
Actuadores eléctricos
Actuadores eléctricos También existen actuadores eléctricos lineales que utilizan motores y motorreductores acoplados de tal manera que producen movimientos lineales.
Actuadores eléctricos
Actuadores hidráulicos Son componentes que transforman la energía hidráulica que reciben en mecánica Tienen como función convertir el flujo de fluido hidráulico en movimiento lineal o rotatorio. Existen tres grandes grupos: o
Cilindro hidráulico
o
Motor hidráulico
Actuadores hidráulicos
Actuadores hidráulicos Cilindro hidráulico Su tamaño va en función de las cargas operacionales que tenga que sufrir y básicamente consiste en un cilindro exterior dentro del cual se desliza un pistón. Unido al pistón se encuentra un vástago que atraviesa el fondo del cilindro y es el que transmite el movimiento linealmente.
Actuadores hidráulicos
Actuadores hidráulicos
Los cilindros hidráulicos de movimiento lineal son utilizados comúnmente en aplicaciones donde la fuerza de empuje del pistón y su desplazamiento son elevados. Los cilindros hidráulicos pueden ser de simple efecto, de doble efecto y telescópicos .
Actuadores hidráulicos En el cilindro de efecto simple, el fluido hidráulico empuja en un sentido el pistón del cilindro y una fuerza externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario. El cuerpo del cilindro es la caja externa tubular y contiene el pistón, el sello del pistón y el vástago.
Actuadores hidráulicos El cilindro de acción doble utiliza la fuerza generada por el fluido hidráulico para mover el pistón en los dos sentidos, mediante una válvula de solenoide. El cilindro de acción doble es el accionador hidráulico más común utilizado actualmente y se usa en los sistemas del implemento, la dirección y otros sistemas donde se requiera que el cilindro funcione en ambas direcciones.
Actuadores hidráulicos
Actuadores hidráulicos
El cilindro telescópico contiene otros de menos diámetro en su interior y se expanden en etapas, son muy utilizados en grúas. Está constituido por los tubos cilíndricos y vástago de émbolo. En el avance sale primero el émbolo interior, siguiendo desde dentro hacia fuera los siguientes vástagos o tubos. La reposición de las barras telescópicas se realiza por fuerzas externas. La fuerza de aplicación está determinada por la superficie del émbolo menor
Actuadores hidráulicos
Actuadores hidráulicos
Actuadores hidráulicos En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: -El de tipo rotatorio: en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión. - El de tipo oscilante: el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.
Actuadores hidráulicos Las ventajas que presentan los actuadores de esta naturaleza son: •
Altos índices entre potencia y carga.
•
Mayor exactitud.
•
Respuesta de mayor frecuencia.
•
Desempeño suave a bajas velocidades.
•
Amplio rango de velocidad.
•
Produce mas fuerza que un sistema neumático de mismo tamaño.
Actuadores hidráulicos Las desventajas de este sistema son que debido a las elevadas presiones a las que se trabajan propician la existencia de fugas de aceite a lo largo de la instalación . Además, estas instalaciones suelen ser mas complicadas que las necesarias para actuadores neumáticos y mucho mas que para los eléctricos, necesitando de equipos de: •
Filtrado de partículas.
•
Eliminación de aire.
•
Sistemas de refrigeración.
•
Unidades de control de distribución.
Actuadores neumaticos
Aunque en esencia los actuadores neumáticos e hidráulicos son idénticos, los neumáticos tienen un mayor rango de compresión y además existen diferencias en cuanto al uso y estructura.
Actuadores neumáticos
El cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago. Se compone de las tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de la suciedad.
Actuadores neumáticos Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales. -Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido. Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.
Actuadores neumáticos Cilindros de simple efecto
Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo en un sentido. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc. Puede ser de tipo “normalmente dentro” o “normalmente fuera”.
Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, marcar, expulsar, etc.
Actuadores neumáticos
Actuadores neumáticos Cilindros de doble efecto
Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del émbolo (aire en ambas cámaras), por lo que estos componentes sí pueden realizar trabajo en ambos sentidos.
Actuadores neumáticos El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los de simple, incluso cuando no es necesaria la realización de esfuerzo en ambos sentidos Para poder realizar un determinado movimiento (avance o retroceso) en un actuador de doble efecto, es preciso que entre las cámaras exista una diferencia de presión. Por norma general, cuando una de las cámaras recibe aire a presión, la otra está comunicada con la atmósfera, y viceversa
Actuadores neumáticos Ventajas El aire es de fácil captación y abunda en la tierra
El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete. Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente. Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa. Energía limpia Cambios instantáneos de sentido
Actuadores neumáticos Desventajas
En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas Altos niveles de ruido generados por la descarga del aire hacia la atmósfera
