¿Qué causa la adherencia? ¿Cómo reducirla?

Salvo que toques el violín, la adherencia, o deslizamiento intermitente, es una condición indeseada causada por la diferencia entre la fricción estática y dinámica entre las dos superficies. Cuando la adherencia se produce en guías lineales, puede provocar vibraciones (movimientos bruscos o a tirones), bloqueo del movimiento, fluctuaciones en los requisitos de par o una pérdida de precisión en forma de sobrepaso.

¿Qué causa la adherencia?

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 deslizamiento intermitente.

Todas las superficies presentan cierto grado de rugosidad. Incluso las superficies pulidas y con un acabado impecable no son perfectamente lisas: tienen crestas (denominadas «asperezas») y valles que reducen la superficie de contacto efectiva. En otras palabras, en algunos puntos, solo las crestas de ambas superficies están en contacto, mientras que en otros, las crestas de una superficie se asientan en los valles de la otra. Y en algunos puntos, simplemente 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.

Para que las superficies puedan moverse, deben romperse los enlaces que provocan esta adhesión. Del mismo modo, donde las superficies se entrelazan (las crestas de una superficie se asientan en los valles de la otra), debe producirse abrasión o deformación plástica para romper estas zonas entrelazadas y permitir el movimiento de las superficies.

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, se produce cierta abrasión porque las superficies aún no son perfectamente lisas. La resistencia al movimiento debida a la rugosidad superficial restante se denomina fricción dinámica o cinética.

Cómo reducir la fricción

En los cojinetes lineales que utilizan lubricación (prácticamente todos los cojinetes de recirculación y algunos cojinetes lisos), el movimiento entre las superficies de apoyo introduce el lubricante en los espacios microscópicos entre ellas. A medida que aumenta la velocidad relativa de las superficies, la película lubricante se vuelve más gruesa y se reduce el contacto entre ellas, disminuyendo así la fricción.

Sin embargo, los cojinetes lineales recorren una distancia finita y luego regresan en la dirección opuesta (a diferencia de los cojinetes radiales, que pueden girar en la misma dirección indefinidamente), por lo que pasan una cantidad considerable 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 del lubricante. Por lo tanto, una lubricación adecuada es la mejor manera de controlar o reducir los efectos de la fricción estática en los cojinetes de recirculación (y en algunos cojinetes lisos).

El deslizamiento intermitente, o adherencia, suele ser más problemático en cojinetes lisos que en cojinetes de recirculación. Esto se debe a que los cojinetes lisos experimentan una mayor diferencia entre los coeficientes de fricción estática y dinámica. Además, el coeficiente de fricción de un cojinete liso puede variar según la carga aplicada, el desgaste y los factores ambientales.

Para cojinetes lisos que se deslizan sobre ejes redondos, una forma de contrarrestar los efectos del deslizamiento intermitente es elegir ejes con el mejor acabado superficial posible (menor rugosidad superficial). Además, seguir la relación 2:1 (también conocida como regla 2:1 o relación de adherencia), que especifica que la distancia del brazo de palanca no debe ser mayor que el doble de la longitud del cojinete, suele ser necesario para evitar el deslizamiento intermitente en aplicaciones de cojinetes lisos.

Otra opción para minimizar, o incluso prevenir, el deslizamiento intermitente es utilizar guías con cojinetes de aire. En estos cojinetes, la fricción depende exclusivamente del esfuerzo cortante del aire debido al movimiento. Por lo tanto, la diferencia entre la fricción estática y la cinética en un conjunto de cojinetes de aire es prácticamente nula, eliminando así casi por completo el problema del deslizamiento intermitente.