Cómo reducir los efectos de la tentación (stick-slip) en las guías lineales

¿Qué causa la reticencia? Cómo reducirlas.

A menos que estés tocando el violín, la tentación o el stick-slip es una condición no deseada causada por la diferencia entre la fricción estática y dinámica entre las dos superficies. Cuando la sticción se produce en las guías lineales, puede conducir a un parpadeo (movimiento "espasmódico"), a un movimiento agarrado, a requisitos de torsión fluctuantes, o a una pérdida de precisión en forma de rebasamiento.

¿Qué causa la reticencia?

El coeficiente de fricción estática (μs) entre dos superficies es casi siempre mayor que el coeficiente de fricción dinámica (cinética) (μk), y esta variación en la fricción es la causa subyacente del stick-slip.

Todas las superficies tienen alguna cantidad de rugosidad. Incluso las superficies altamente acabadas y pulidas no son perfectamente lisas - tienen picos (denominados "asperezas") y valles que reducen el área de contacto efectiva de las superficies. En otras palabras, en algunos lugares, sólo los picos de las dos superficies están en contacto, mientras que en otros lugares, los picos de una superficie se asientan en los valles de la otra superficie. Y en algunos lugares, no hay contacto entre las superficies.

Debido a que las áreas de contacto individuales son muy pequeñas, la presión entre las superficies es extremadamente alta (presión = fuerza ÷ área), y la adhesión se produce en estos puntos a través de un proceso conocido como soldadura en frío.

Antes de que las superficies se puedan mover, las uniones que causan esta adhesión deben romperse. Del mismo modo, cuando las superficies se entrelazan (los picos de una superficie se asientan en los valles de la otra superficie), debe producirse una abrasión o deformación plástica para romper estas zonas entrelazadas y permitir que las superficies se muevan.

Una vez que la fuerza motriz es lo suficientemente alta como para romper estos vínculos entre las superficies - y superar la fricción estática - el movimiento comienza. Pero incluso durante el movimiento, todavía se produce cierta abrasión porque las superficies no son perfectamente lisas. La resistencia al movimiento debido a la rugosidad de la superficie restante se conoce como fricción dinámica o cinética.

Cómo reducir la fricción

Para los cojinetes lineales que utilizan la lubricación (prácticamente todos los cojinetes de recirculación y algunos cojinetes lisos), el movimiento entre las superficies de los cojinetes atrae la lubricación hacia los espacios microscópicos entre las superficies. A medida que la velocidad relativa de las superficies aumenta, la película de lubricación se vuelve más gruesa y el contacto entre superficies se reduce, por lo que la fricción entre las superficies disminuye.

Pero los rodamientos lineales recorren una distancia finita y luego regresan en la dirección opuesta (a diferencia de los rodamientos radiales, que pueden girar en la misma dirección indefinidamente), por lo que pasan una buena cantidad de tiempo en lo que se conoce como lubricación mixta, donde la fricción está determinada tanto por las propiedades de las superficies como por las propiedades del lubricante. Por lo tanto, la lubricación adecuada es la mejor manera de controlar o reducir los efectos de la fricción en los cojinetes de recirculación (y en algunos cojinetes lisos).

El "stick-slip", o la "stiction", es a menudo más problemático en los cojinetes lisos que en los cojinetes de recirculación. Esto se debe a que los cojinetes lisos experimentan una mayor diferencia entre los coeficientes de fricción estáticos y dinámicos. Y el coeficiente de fricción de un cojinete liso puede variar, dependiendo de la carga aplicada, el desgaste y los factores ambientales.

Para los cojinetes lisos que se montan en ejes redondos, una forma de contrarrestar los efectos del stick-slip es elegir ejes con el mayor acabado superficial (menor rugosidad de la superficie) que sea práctico. Y siguiendo la proporción 2:1 (también conocida como la regla 2:1 o la proporción de unión) - que especifica que la distancia del brazo de momento no debe ser más del doble de la longitud del cojinete - es muy a menudo necesaria para prevenir el stick-slip en aplicaciones de cojinetes lisos.

Otra opción para minimizar, o incluso prevenir, el stick-slip es usar guías de cojinetes de aire. Para los cojinetes de aire, la fricción es únicamente una función de la cizalla del aire por el movimiento. Por lo tanto, la diferencia entre la fricción estática y cinética en un conjunto de cojinetes de aire es esencialmente cero, por lo que el problema del stick-slip es prácticamente eliminado.