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Mecanismo de accionamiento directo

Un mecanismo de accionamiento directo es un diseño de mecanismo en el que la fuerza o el par de un motor principal se transmite directamente al dispositivo efector (como las ruedas motrices de un vehículo ) sin involucrar ningún acoplamiento intermedio como un tren de engranajes o una correa . [1] [2] [3] [4]

Historia

A finales del siglo XIX y principios del XX, algunas de las primeras locomotoras y vagones utilizaban transmisiones de accionamiento directo a velocidades más altas. [5] [6] Los mecanismos de accionamiento directo para brazos industriales comenzaron a ser posibles en la década de 1980, con el uso de materiales magnéticos de tierras raras . [1] El primer brazo de accionamiento directo se construyó en 1981 en la Universidad Carnegie Mellon . [7] Hoy en día, los imanes más utilizados son los imanes de neodimio . [8]

Diseño

Los sistemas de transmisión directa se caracterizan por una transmisión de par suave y un juego casi nulo . [9] [10] [11] Los principales [ cita requerida ] beneficios de un sistema de transmisión directa son una mayor eficiencia (debido a menores pérdidas de potencia de los componentes del tren de transmisión) y un diseño más simple con menos piezas móviles. Los principales beneficios también incluyen la capacidad de entregar un alto par en un amplio rango de velocidades, una respuesta rápida, un posicionamiento preciso y una baja inercia . [12] [13]

El principal inconveniente es que a menudo se necesita un tipo especial de motor eléctrico para proporcionar salidas de par elevadas a bajas revoluciones . En comparación con una transmisión de varias velocidades, el motor suele funcionar en su banda de potencia óptima para un rango más pequeño de velocidades de salida para el sistema (por ejemplo, velocidades de carretera en el caso de un vehículo de motor).

Los mecanismos de accionamiento directo también necesitan un mecanismo de control más preciso. Los motores de alta velocidad con reducción de velocidad tienen una inercia relativamente alta, lo que ayuda a suavizar el movimiento de salida. La mayoría de los motores presentan una ondulación de par posicional conocida como par de cogging . En los motores de alta velocidad, este efecto suele ser insignificante, ya que la frecuencia con la que se produce es demasiado alta para afectar significativamente al rendimiento del sistema; las unidades de accionamiento directo sufrirán más este fenómeno a menos que se añada inercia adicional (es decir, mediante un volante de inercia ) o el sistema utilice retroalimentación para contrarrestar activamente el efecto.

Aplicaciones

Los mecanismos de accionamiento directo se utilizan en aplicaciones que van desde operaciones de baja velocidad (como fonógrafos , soportes de telescopios , volantes de carreras de videojuegos y turbinas eólicas sin engranajes ) [14] [15] [16] hasta altas velocidades (como ventiladores , discos duros de computadora , cabezales de VCR , máquinas de coser , máquinas CNC y lavadoras ).

Algunas locomotoras eléctricas han utilizado mecanismos de transmisión directa, como la clase Milwaukee Road EP-2 de 1919 y la East Japan Railway Company E331 de 2007. Varios vagones de finales del siglo XIX utilizaban motores de cubo de rueda de transmisión directa , al igual que algunos coches conceptuales a principios de la década de 2000; sin embargo, la mayoría de los coches eléctricos modernos utilizan motor(es) interior(es), donde la transmisión se transfiere a las ruedas, a través de los ejes . [17] [18]

Algunos fabricantes de automóviles han logrado crear sus propias transmisiones de accionamiento directo únicas, como la que Christian von Koenigsegg inventó para el Koenigsegg Regera . [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Asada, H., y Kanade, T. (1983) Diseño de brazos mecánicos de accionamiento directo en Journal of Vibration, Acoustics, Stress, and Reliability in Design , Volumen 105, Número 3, págs. 312-316
  2. ^ "Reparación de automóviles: mantenimiento, resolución de problemas y estimaciones de reparación de automóviles".
  3. ^ "Por qué la transmisión de dos velocidades del Porsche Taycan EV es tan importante"
  4. ^ "¿Qué es un motor de accionamiento directo? | Máquinas de par eléctrico". Archivado desde el original el 10 de noviembre de 2018.
  5. ^ P. Ransome-Wallis (2001) Enciclopedia ilustrada de locomotoras ferroviarias del mundo, pág. 63
  6. ^ Roy V. Wright (ed.) (1938) Enciclopedia de locomotoras de la práctica estadounidense, sección 16 "Locomotoras diésel", décima edición, Asociación de Ferrocarriles Estadounidenses - División Mecánica, pág. 973
  7. ^ Baichun Zhang, Marco Ceccarelli (Eds.) Exploraciones en la historia y el patrimonio de máquinas y mecanismos , p.292
  8. ^ "¿Qué es un imán potente?". The Magnetic Matters Blog . Adams Magnetic Products. 5 de octubre de 2012. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2016. Consultado el 12 de octubre de 2012 .
  9. ^ Bruno Siciliano, Oussama Khatib (Eds., 2008) Manual de robótica Springer , p.80
  10. ^ Robotics Technology Abstracts, Volumen 4, Cranfield Press, 1985, p.362, cita: "accionamiento directo. El acoplamiento directo de los motores elimina por completo el juego".
  11. ^ Junta de Apelaciones de Contratos de las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos (1966) Decisiones de la Junta de Apelaciones de Contratos, Volumen 66, Número 1, pág. 764, publicado por Commerce Clearing House
  12. ^ Uday Shanker Dixit, Manjuri Hazarika, J. Paulo Davim (2016) Una breve historia de la ingeniería mecánica , cap. 7 "Historia de la mecatrónica", págs. 160-161
  13. ^ KT Chau Máquinas y accionamientos para vehículos eléctricos: diseño, análisis y aplicación, cap. 8 "Accionamientos de motores de imán permanente Vernier", pág. 227
  14. ^ "Fanatec publica detalles sobre su volante de tracción directa - Inside Sim Racing". 4 de junio de 2017.
  15. ^ Patel, Prachi. "GE adquiere turbinas eólicas sin engranajes". Technology Review (MIT). Archivado desde el original el 31 de enero de 2012. Consultado el 7 de abril de 2011 .
  16. ^ Dvorak, Paul. «La turbina de accionamiento directo no necesita caja de cambios». Ingeniería eólica. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2017. Consultado el 7 de abril de 2011 .
  17. ^ "Motor en rueda". Nissan Motor Corporation. Archivado desde el original el 4 de abril de 2015. Consultado el 9 de julio de 2021 .
  18. ^ "¿Cómo funcionan los coches totalmente eléctricos?". Centro de datos sobre combustibles alternativos . Departamento de Energía de Estados Unidos. Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2016. Consultado el 9 de julio de 2021 .
  19. ^ "Koenigsegg crea una nueva generación de hiperhíbridos con un Regera sin transmisión y de 1.500 CV". New Atlas . 17 de marzo de 2015. Archivado desde el original el 12 de agosto de 2016. Consultado el 3 de mayo de 2021 .