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¿Cuál es la diferencia entre holgura e histéresis en los sistemas lineales?

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Sus causas y métodos de funcionamiento.

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Contragolpe: el enemigo de los sistemas lineales

La holgura está causada por el juego entre las piezas de contacto, que introduce una zona muerta cuando se invierte el sentido de la marcha. En la zona muerta, no se produce ningún movimiento hasta que se elimina la holgura entre las piezas de contacto.

Los componentes que suelen experimentar holgura son los husillos de bolas, los husillos de dirección, los sistemas de correas y poleas y los engranajes. En los sistemas de rodamientos con recirculación, la aplicación de precarga puede reducir o eliminar el juego al eliminar la holgura entre las bolas (o rodillos) y las pistas de rodadura. Algunos sistemas no recirculantes utilizan métodos alternativos, como muelles o tuercas de husillo especialmente diseñadas, para reducir o eliminar el juego.

¿O no?

Aunque la holgura suele considerarse una característica negativa de los sistemas mecánicos, no siempre es perjudicial. En primer lugar, fabricar componentes completamente libres de holgura es caro y, en la mayoría de los casos, poco práctico. Además, los métodos para reducir el juego aumentan inevitablemente la fricción y el desgaste. Si se puede tolerar algo de holgura en la aplicación, los componentes disponibles serán menos costosos, más fáciles de conseguir y, en muchos casos, tendrán una vida más larga. En los engranajes y cajas de cambios, es necesario un cierto juego para permitir que los engranajes engranen sin sobrecargar los dientes del engranaje y aumentar la fricción.

¿Qué es la histéresis?

La histéresis se asocia más a menudo con los sistemas magnéticos y se manifiesta en los motores eléctricos como pérdida de histéresis. En pocas palabras, la histéresis es la relación entre la reacción de un material a una carga inicial (o fuerza de magnetización) y la recuperación del material una vez que se retira la carga (o fuerza de magnetización). Por ejemplo, cuando el hierro es magnetizado por un campo externo, la magnetización del hierro va por detrás de la fuerza magnetizadora. Cuando se retira la fuerza magnetizadora, el hierro conserva una cierta cantidad de magnetismo. En otras palabras, el hierro no recupera completamente su estado no magnetizado a menos que se aplique una fuerza magnetizadora opuesta.

En los sistemas mecánicos, la histéresis está relacionada con la elasticidad de un material. Por ejemplo, cuando las bolas de acero de una tuerca esférica pasan de la zona sin carga a la zona con carga, las fuerzas que experimentan aumentan, haciendo que se deformen ligeramente. Pero debido a las propiedades elásticas del acero, las bolas no recuperan totalmente su forma original cuando vuelven a la zona no portante de la tuerca. Esta deformación persistente y microscópica se debe a la histéresis.

La histéresis también afecta al comportamiento de los ejes de transmisión en los sistemas mecánicos. Cuando se aplica un par (una fuerza de torsión) a un eje, se produce una tensión interna y hace que el eje cambie de forma. Este cambio de forma se denomina deformación (o, deformación torsional, en el caso de la carga torsional). En los materiales perfectamente elásticos, la relación entre la tensión y la deformación es lineal. Pero pocos materiales son perfectamente elásticos, y la inelasticidad de los materiales les confiere una curva de tensión-deformación no lineal. Este comportamiento no lineal al aumentar y disminuir las fuerzas se denomina histéresis.

¿Cuándo es importante la histéresis en los sistemas lineales?

En todas las etapas mecánicas, excepto en las de mayor precisión, la histéresis tiene un efecto insignificante en la precisión de posicionamiento y la repetibilidad, y en la mayoría de los casos, los efectos de la holgura superan ampliamente a los de la histéresis. Sin embargo, los actuadores piezoeléctricos, que se basan en la tensión del material para producir el movimiento, pueden experimentar una histéresis del 10 al 15 por ciento del movimiento ordenado. El funcionamiento de los actuadores piezoeléctricos en un sistema de bucle cerrado puede reducir o eliminar los efectos de la histéresis.