¿Qué causa la rigidez? Cómo reducirlos.

A menos que estés tocando el violín, la fricción o el deslizamiento del palo es una condición no deseada causada por la diferencia entre la fricción estática y dinámica entre las dos superficies. Cuando se produce fricción en las guías lineales, puede provocar vibraciones (movimiento "sacudido"), movimiento atascado, requisitos de torsión fluctuantes o una pérdida de precisión en forma de sobrepaso.

¿Qué causa la rigidez?

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 cierta rugosidad. Incluso las superficies muy acabadas y pulidas no son perfectamente lisas: tienen picos (conocidos como “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 mediante un proceso conocido como soldadura en frío.

Antes de que las superficies puedan moverse, se deben romper los enlaces que causan esta adhesión. De manera similar, cuando las superficies se entrelazan (los picos de una superficie se asientan en los valles de la otra superficie), debe ocurrir abrasión o deformación plástica para romper estas áreas entrelazadas y permitir que las superficies se muevan.

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

Cómo reducir la rigidez

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

Pero los rodamientos lineales viajan 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 es determinado tanto por las propiedades de las superficies como por las propiedades del lubricante. Por lo tanto, una 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).

Stick-slip, o fricción, suele ser 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 según la carga aplicada, el desgaste y los factores ambientales.

Para los cojinetes lisos que se desplazan sobre ejes redondos, una forma de contrarrestar los efectos del stick-slip es elegir ejes con el acabado superficial más alto (la rugosidad superficial más baja) que sea práctico. Y seguir la relación 2:1 (también conocida como regla 2:1 o relación vinculante), que especifica que la distancia del brazo de momento no debe ser más del doble de la longitud del rodamiento, a menudo es necesario para evitar el stick-slip en aplicaciones de cojinetes lisos.

Otra opción para minimizar, o incluso prevenir, el stick-slip es utilizar guías con cojinetes de aire. Para los cojinetes de aire, la fricción es únicamente una función del corte del aire debido al movimiento. Por lo tanto, la diferencia entre la fricción estática y cinética en un conjunto de cojinete de aire es esencialmente cero, por lo que el problema de adherencia y deslizamiento prácticamente se elimina.