Cómo conseguir la sincronización mecánica de varios actuadores de husillo

La sincronización mecánica de varios actuadores de husillo se consigue uniendo el eje de entrada de todas las unidades con un solo eje de transmisión, de modo que un único accionamiento arrastre el conjunto.

Pero hay que dejar claro lo siguiente desde el principio: la sincronización mecánica no consiste en «garantizar que todo se mantenga idéntico», sino en «contener el error dentro de una banda aceptable». Lo primero es una promesa; lo segundo es ingeniería.

El error tiene cinco fuentes: desviación de paso, deformación torsional del eje de transmisión, juego del acoplamiento, tolerancias de montaje y reparto desigual de carga. De las cinco, la deformación torsional se puede calcular, y su ley resulta contraintuitiva: el error varía con la inversa de la cuarta potencia del diámetro del eje.

Este artículo no promete ninguna precisión de sincronización. Cuánto se consigue depende de la configuración concreta y hay que medirlo en la máquina.

1. Tres modos de montaje

Ninguno de los tres modos es «mejor»: lo deciden la luz entre unidades y el número de unidades. Cuando se puede unir con eje, se une; solo cuando no se puede se pasa a la solución eléctrica.

Este artículo trata únicamente la sincronización mecánica (serie directa y caja distribuidora en paralelo). La sincronización eléctrica implica estrategia de control y elementos de realimentación: es otro ámbito.

2. Las cinco fuentes de error

La columna decisiva de esta tabla es la última. De las cinco fuentes, dos cambian con la carga —la deformación torsional y el reparto desigual— y la quinta es, además, función directa de la carga. Ahí está la explicación de «en vacío da bien y al cargar se desincroniza»: medir en vacío solo retrata las fuentes fijas.

3. Cálculo del desfase torsional

Ángulo de torsión del eje de transmisión:

φ = T · L / (G · I_p)

T es el par transmitido, L la longitud de ese tramo de eje, G el módulo de cortadura del material e I_p el momento polar de inercia del eje.

Momento polar de inercia de un eje macizo circular:

I_p = π · d⁴ / 32

d es el diámetro del eje.

La torsión es un ángulo; hay que convertirlo en «cuánto se queda corta la unidad del extremo»:

Δs = φ · P / (2π)

P es el paso del husillo y Δs el desplazamiento de desfase.

Sustituyendo las tres expresiones se obtiene una sola:

Δs = 32 · T · L · P / (2π² · G · d⁴)

Vale la pena detenerse en esta última: descompone el error de sincronización en cinco magnitudes controlables.

4. Las cuatro palancas de diseño

De la expresión anterior se lee directamente: el error es proporcional al par `T`, a la longitud `L` y al paso `P`, y es inversamente proporcional a la cuarta potencia del diámetro `d`.

De ahí salen cuatro palancas:

¿Por qué el diámetro va primero? Por la cuarta potencia. Las otras tres palancas mejoran de forma lineal; el diámetro mejora en escala de cuarta potencia, y duplicarlo lleva esa componente a la dieciseisava parte. Es la acción con mejor relación entre coste y efecto en el diseño de sincronización mecánica.

Y al revés también vale: si una máquina no sincroniza bien, lo primero que hay que mirar es si el eje de transmisión se ha quedado demasiado fino, y eso suele ser más eficaz que cambiar el acoplamiento o retocar el programa.

5. Puesta a punto: tres pasos de medición

Por bien que se haya calculado el diseño, hay que medir: la desviación de paso, el juego y las tolerancias de montaje no se pueden cuantificar con precisión sobre el plano.

En los tres pasos hay que registrar la posición, no solo el punto final. El error de sincronización no suele crecer de forma uniforme: alcanza su máximo en alguna posición intermedia, y medir solo el final lo deja pasar.

6. Tabla de diagnóstico en planta

7. Lista de comprobación en planta

Fase de diseño:

1. Fijar el número de unidades y el modo de montaje (serie directa o caja distribuidora).
2. Calcular el desfase torsional Δs del tramo más desfavorable.
3. Comprobar primero si el diámetro del eje se queda corto (relación de cuarta potencia).
4. Comprobar si las cargas por unidad son parecidas; si difieren mucho, calcularlas por separado.

Fase de montaje:

1. Medir la cota de bancada y la verticalidad de cada unidad.
2. Registrar el tipo de acoplamiento y su ajuste.
3. Girar a mano el conjunto ya unido y confirmar que no hay agarrotamiento.

Fase de puesta a punto:

1. Recorrido completo en vacío, midiendo la diferencia de altura en varios puntos y anotando la posición.
2. Repetir la medición con carga en las mismas posiciones.
3. Medir la diferencia de retorno al invertir el sentido.
4. Ordenar los datos de los tres pasos en una tabla y usarla como línea base de mantenimiento.

8. Errores frecuentes y límites de aplicación

Errores frecuentes:

1. Creer que la sincronización mecánica es «que todo vaya idéntico». Limita el error; no lo elimina.
2. Medir solo el punto final y no las posiciones intermedias. El error máximo suele estar en medio.
3. Dar por bueno en vacío y entregar. Con carga el error cambia.
4. Elegir un eje de transmisión demasiado fino. Se ignora la cuarta potencia y se elige con intuición lineal.
5. Atribuir a la sincronización lo que es tolerancia de montaje. Eso es trabajo de nivelación.
6. Olvidar la diferencia de retorno al invertir. Un ensayo en un solo sentido no revela el juego.
7. Empeñarse en unir con eje cuando la luz lo impide, y acabar con un eje largo y fino.

Límites de aplicación:

• El modo de montaje, el análisis de las cinco fuentes, las expresiones y el método de puesta a punto de este artículo se aplican a la sincronización mecánica de varias unidades de la serie SWL de actuadores de husillo de tornillo sin fin.
• Este artículo no da valores de sincronización alcanzable ni fija una clase de precisión: lo que se consiga depende de la configuración, del montaje y de la medición en la máquina.
• Este artículo no cita valores concretos de diámetro del eje, longitud del eje, par ni paso: hay que calcularlos para cada proyecto.
• Este artículo no trata el diseño de la sincronización eléctrica (estrategia de control, elementos de realimentación, algoritmos de sincronización): es otro ámbito.
• Este artículo no sustituye la verificación de resistencia ni el diseño de seguridad de la máquina completa.

9. Datos para la consulta

Sobre el punto 7 hay que insistir: la «diferencia de altura admisible» la da el proceso, no el proveedor. Ese dato decide el proyecto más que el modelo: si el margen es estrecho, habrá que engrosar el eje o reducir el número de unidades.

10. Sobre este artículo y el responsable de la publicación

Este artículo lo redacta el equipo técnico de Chengfa Reducer (Changzhou) Co., Ltd. (CHINFAR) y se publica tras la revisión técnica de la empresa. Los actuadores de husillo de la serie SWL los suministra Chengfa Reducer (Changzhou) Co., Ltd.; los productos de CHINFAR se fabrican y se entregan con apoyo del sistema de fabricación conjunto compartido con HUIGUANG.

Páginas relacionadas:

• Actuadores de husillo de la serie SWL
• Qué datos hay que aportar para seleccionar un actuador de husillo SWL
• Lista de comprobación de instalación, lubricación y primera puesta en marcha

11. Siguiente paso

Envíe los 10 datos anteriores a sales@chinfar.com. Los dos que más peso tienen son el punto 3 (separación entre unidades) y el punto 7 (diferencia de altura admisible): con esos dos datos se puede estimar qué eje necesita el tramo más desfavorable.

Y conviene repetirlo: este artículo no promete ninguna precisión de sincronización. El nivel alcanzable debe calcularse para cada configuración y medirse en la máquina real.