Cálculo de un eje servocontrolado

Existen mecanismos de diferentes gamas dentro de la industria, a diferencia de lo que se cree la capacidad de transmitir fuerza o torque suele estar deslindada de la calidad o especificidad del mecanismo. Cuando nos encontramos en la labor de definir componentes para una aplicación de control de movimiento existen variables, a veces no tomadas en cuenta, para identificar si el mecanismo o componente en cuestión es adecuado para un sistema servo. Algunas de ellas son, juego mecánico, inercia, capacidad de torque a la entrada, velocidad critica de operación, desalineación máxima, balanceo, entre otras.

En una aplicación de control de movimiento donde el servomotor va a desempeñar diferentes valores de torque en un ciclo de trabajo es crucial determinar el valor de torque equivalente o torque RMS para poder estimar las variables térmicas correspondientes tales como el indicador térmico S1, factores de reducción de torque nominal por temperatura o por perdida en la capacidad de disipación, factor de sobrecarga, porcentaje de utilización de la velocidad continua, entre otros.

Estas variables impactan directamente a la capacidad que tendrá el servomotor para enfriarse en determinada aplicación bajo condiciones de operación específicas.

La relación de inercias es un indicador numérico que involucra el momento de inercia total de la aplicación respecto a la inercia del servomotor. Para muchos fabricantes de maquinaria es la variable mas importante a la hora de dimensionar un servomotor.

De no ser considerada puede generar severas consecuencias en un servomotor, siendo una de las más comunes la imposibilidad de sintonizar el servomotor con carga o incluso la capacidad para controlar el sistema de manera óptima.

Muy pocas ocasiones el servomotor va a estar acoplado directamente a la carga que se desea posicionar. El funcionamiento deseado de la aplicación se llevará a cabo a través de diferentes transformaciones mecánicas que, en la mayoría de los casos suelen afectar directamente los requerimientos de velocidad.

A veces es complicado interpretar o abstraer cual es el requerimiento real de velocidad a la salida del servomotor. Elementos mecánicos como trenes de engranes, poleas o rodillos; tornillos de bolas, planetarios o maquinados; cigüeñales, levas, mecanismos excéntricos e incluso escalamientos poco comunes en el drive o PLC suelen representar diferentes etapas de reducción que afectan directamente la velocidad de la carga, o lo que es igual, la velocidad a la que debería de moverse el servomotor para obtener el perfil de movimiento deseado.

Las aplicaciones de control de movimiento en su mayoría suelen interpretar un comportamiento complejo en lo que a posicionamiento de la carga se refiere. Esto es traducido al servomotor como un perfil de movimiento dinámico. Con esto, no nos referimos a una aplicación de alta velocidad, aunque podría, sino a una aplicación con cambios de velocidad presentes.

Este comportamiento sumado a errores de instalación, desalineación, torques excesivos de apriete, entre muchos otros, pueden ocasionar un alto nivel de fatiga el cual solo puede concluir en la falla, ruptura o daño permanente en flechas, acoplamientos y elementos de conducción en general.

Los servomotores bajo ciertas condiciones de operaciones, mas comunes de los que se cree, pueden comportarse como un generador de energía en lugar de como una carga, esto debido al arreglo que existe entre el embobinado y los imanes permanentes del servomotor. Este fenómeno suele ser no tomado en cuenta en la mayoría de las selecciones empíricas y tienen como una de sus consecuencias mas graves fallas en drive por alta regeneración.

Un escenario muy común al dimensionar una aplicación servocontrolada existente o en etapa de diseño, es no contar con el espacio suficiente para agregar un reductor al sistema. La importancia de un reductor de velocidad en un sistema servo es crucial para obtener una excelente relación de inercia, utilizar servomotores y drives más pequeños e incluso agregar cierto grado de robustez a la máquina.

En muchos de los casos, el espacio que un reductor necesita para su montaje o las dimensiones del conjunto servomotor-reductor, suelen subestimarse u obviarse. Siendo necesario recurrir a equipos de gama alta con una mayor densidad de potencia mecánica (más torque en menor espacio) o configuraciones de montaje diferentes a un arreglo en línea.

En las aplicaciones de control de movimiento las variables de relación de inercias y comportamiento térmico suelen definir o influir de gran manera en la selección final del servomotor. Por lo tanto, es muy probable que en determinada aplicación servocontrolada la capacidad de torque pico del servomotor sea mayor a la que la aplicación necesita.

O dicho de otra forma que el servomotor pueda proporcionar más torque de lo que pueden soportar algunos elementos mecánicos del sistema, por ejemplo, reductores, acoplamientos, flechas, poleas, actuadores, entre otros. Debido a que el motivo por el cual se llegó a este supuesto tamaño de motor es indiferente a su capacidad de torque, es posible limitar a través del drive el porcentaje de corriente con el que trabajará el servomotor y de esta manera evitar fallas en el tren de componentes del sistema.