¿Qué causa la fricción? ¿Cómo reducirla?

A menos que esté tocando el violín, la fricción estática, o deslizamiento a tirones, es una condición indeseada causada por la diferencia entre la fricción estática y dinámica entre dos superficies. Cuando se produce fricción estática en guías lineales, puede provocar vibraciones (movimientos bruscos), agarrotamiento, fluctuaciones en los requisitos de par o pérdida de precisión en forma de sobreimpulso.

¿Qué causa la fricción?

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 fenómeno de stick-slip.

Todas las superficies presentan cierta rugosidad. Incluso las superficies con un acabado impecable y pulidas no son perfectamente lisas: presentan picos (denominados "asperezas") y valles que reducen el área de contacto efectiva. En otras palabras, en algunos puntos, solo los picos de ambas superficies están en contacto, mientras que en otros, los picos de una superficie se asientan en los valles de la otra. Y en otros, 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 ocurre en estos puntos a través de un proceso conocido como soldadura en frío.

Para que las superficies puedan moverse, es necesario romper los enlaces que causan esta adhesión. De igual manera, donde las superficies se entrelazan (los picos de una superficie se asientan en los valles de la otra), debe producirse abrasión, o deformación plástica, para romper estas áreas entrelazadas y permitir el movimiento de las superficies.

Una vez que la fuerza motriz es lo suficientemente alta como para romper estas uniones entre las superficies y superar la fricción estática, comienza el movimiento. Sin embargo, 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 rodamientos lineales que utilizan lubricación (prácticamente todos los rodamientos de recirculación y algunos rodamientos lisos), el movimiento entre las superficies del rodamiento atrae la lubricación hacia los espacios microscópicos entre ellas. A medida que aumenta la velocidad relativa de las superficies, la película de lubricación se vuelve más gruesa y el contacto entre superficies se reduce, por lo que la fricción entre ellas disminuye.

Sin embargo, 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 un tiempo considerable 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 rodamientos de recirculación (y en algunos rodamientos lisos).

El fenómeno de stick-slip, o fricción estática, 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. Además, 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 efecto stick-slip es elegir ejes con el mejor acabado superficial (la menor rugosidad superficial) posible. Además, seguir la relación 2:1 (también conocida como regla 2:1 o relación de unión), que especifica que la distancia entre los brazos de momento no debe ser mayor que el doble de la longitud del cojinete, suele ser necesario para evitar el efecto stick-slip en aplicaciones de cojinetes lisos.

Otra opción para minimizar, o incluso prevenir, el efecto stick-slip es el uso de guías de cojinetes neumáticos. En estos últimos, la fricción depende únicamente de la cizalladura del aire producida por el movimiento. Por lo tanto, la diferencia entre la fricción estática y cinética en un conjunto de cojinetes neumáticos es prácticamente nula, eliminando así prácticamente el problema del stick-slip.