Características*
Actuadores eléctricos: fuerza, velocidad y cinemática
Los actuadores eléctricos se utilizan ampliamente en sistemas automatizados para transformar la energía eléctrica en movimiento lineal controlado.
Su rendimiento depende directamente de las características mecánicas del motor, el reductor y el sistema tornillo-tuerca. Comprender las relaciones entre fuerza, velocidad y cinemática es esencial para dimensionarlos correctamente.
Fuerza útil
La fuerza útil (o fuerza de empuje) de un actuador eléctrico depende del par motor y de la transmisión mecánica.
Se puede estimar mediante la relación:
donde:
- C_{moteur} = couple du moteur (N·m),
- \(R_{réduction}\) = rapport de réduction du réducteur,
- η\etaη = rendimiento global (mecánico y tornillo),
- ppp = paso del tornillo (m/vuelta).
Cuanto mayor sea la relación de reducción o menor el paso del tornillo, mayor será la fuerza desarrollada, pero a costa de la velocidad.
Velocidad de desplazamiento
La velocidad lineal del vástago está relacionada con la velocidad de rotación del motor y el paso del tornillo:
- où \(N_{moteur}\) est la vitesse de rotation du moteur (tr/min).
- ppp = paso del tornillo (m/vuelta).
Así:
un tornillo de gran paso o una relación baja ofrece una alta velocidad,
un tornillo de pequeño paso o una relación alta favorece la fuerza.
Compromiso fuerza / velocidad / rendimiento
El dimensionamiento de un actuador eléctrico se basa en un compromiso permanente entre fuerza y velocidad:
| Parámetro aumentado | Consecuencia principal | Impacto en el rendimiento |
| Relación de reducción | + Fuerza / – Velocidad | Rendimiento ligeramente disminuido |
| Paso del tornillo | + Velocidad / – Fuerza | Rendimiento mejorado |
| Tipo de tornillo (de bolas vs trapezoidal) | + Rendimiento, + costo | Menos auto-frenado |
Los tornillos de bolas ofrecen un rendimiento superior (≈ 90 %), ideal para movimientos rápidos y precisos, mientras que los tornillos trapezoidales son más económicos y auto-bloqueantes, por lo que son más adecuados para posiciones mantenidas sin consumo.
Buenas prácticas de dimensionamiento y uso
En el campo, se deben verificar varios puntos para garantizar la fiabilidad y la vida útil del actuador:
Margen de carga: prever un coeficiente de seguridad de × 1,3 a × 1,5 para compensar los roces, los golpes y las tolerancias mecánicas.
Ciclo de servicio (duty cycle): verificar el tiempo de uso continuo para evitar el sobrecalentamiento del motor y la electrónica.
Protección mecánica: proteger el vástago con un fuelle o un índice de protección IP adecuado para el entorno (polvo, barro, humedad).
Guía externa: evitar cualquier esfuerzo lateral sobre el vástago; el actuador solo debe transmitir esfuerzos axiales.
En resumen
| Parámetro | Influencia principal | Observaciones |
| Relación de reducción ↑ | Fuerza ↑ / Velocidad ↓ | El rendimiento global disminuye ligeramente |
| Paso del tornillo ↑ | Velocidad ↑ / Fuerza ↓ | Mejor rendimiento pero auto-frenado reducido |
| Tipo de tornillo | Bolas = alto rendimiento, Trapezoidal = auto-bloqueante | Elección según aplicación |
| Margen de carga | ×1,3 a ×1,5 | Para roces y picos de carga |
| Ciclo de servicio | Temperatura del motor | A verificar para uso intensivo |
*: La información técnica presentada en este artículo se proporciona a título indicativo. No reemplaza los manuales oficiales de los fabricantes. Antes de cualquier instalación, manipulación o uso, consulte la documentación del producto y respete las instrucciones de seguridad. El sitio Torque.works no se hace responsable de un uso inadecuado o una interpretación incorrecta de la información proporcionada.