Los diseñadores e ingenieros suelen intentar evitar o mitigar la fricción en los sistemas de movimiento lineal. Si bien la fricción no siempre es perjudicial —en algunas aplicaciones, puede proporcionar un efecto de amortiguación y ayudar a mejorar el ajuste de los servomotores—, en el caso de los sistemas de movimiento lineal, aumenta la fuerza necesaria para mover una carga, genera calor, incrementa el desgaste y reduce la vida útil.
Los sistemas de movimiento lineal experimentan fricción proveniente de diversas fuentes, algunas de las cuales pueden mitigarse mediante un diseño adecuado y un mantenimiento correcto. En este artículo, analizaremos los factores que contribuyen a la fricción en los sistemas de movimiento lineal y discutiremos maneras de reducirla mediante la selección de componentes y el diseño del sistema.

Contacto deslizante frente a contacto rodante
Una de las principales formas de reducir la fricción en los sistemas de movimiento lineal es utilizar componentes con contacto de rodadura, en lugar de deslizamiento. Por ejemplo, los husillos y las guías de cojinetes lisos —que dependen del movimiento de deslizamiento— experimentan naturalmente una mayor fricción que los elementos de rodadura, debido a la mayor área de contacto entre las superficies de apoyo.
Los cojinetes con contacto deslizante experimentan una mayor diferencia entre la fricción estática (arranque) y la dinámica (cinética), lo que produce un efecto conocido como adherencia-deslizamiento o fricción estática. Este fenómeno puede provocar que un sistema sobrepase su posición objetivo al inicio del movimiento, debido a la transición de una fricción estática (mayor) a una fricción dinámica (menor).
Geometría de la pista de rodadura

Aunque los rodamientos de elementos rodantes tienen mucha menos fricción que los de deslizamiento, no están completamente libres de ella. Varios factores, muchos de ellos inherentes al diseño del rodamiento, contribuyen a la fricción en un rodamiento de elementos rodantes. Uno de estos factores es la geometría de la pista de rodadura, es decir, el tipo y la superficie de contacto entre el elemento rodante y la pista.
Los rodamientos suelen utilizar una de dos geometrías de pista de rodadura: arco circular de dos puntos o arco gótico de cuatro puntos (aunque existen algunas variaciones de estos dos diseños). Para aplicaciones de baja fricción, se suele preferir la geometría de arco circular de dos puntos, ya que experimenta menor deslizamiento diferencial y, por lo tanto, menor fricción que el diseño de arco gótico de cuatro puntos.

Recirculación

En los rodamientos de bolas y rodillos recirculantes, el número de elementos que soportan la carga fluctúa continuamente a medida que los elementos rodantes entran y salen de la zona de carga. Esto provoca variaciones en la fuerza de fricción, lo que puede resultar perjudicial para aplicaciones de alta precisión como el micromecanizado y la metrología. Para reducir estas variaciones de fricción, los fabricantes de guías lineales (y husillos de bolas) recirculantes han invertido considerablemente en investigación y desarrollo para optimizar los componentes y el proceso de recirculación. En general, los rodamientos de mayor precisión presentan perfiles de fricción más suaves y uniformes.

Precarga

La precarga elimina la holgura entre el rodamiento y la guía (o la tuerca y el tornillo) al aumentar la superficie de contacto entre los componentes. Esto proporciona al rodamiento mayor rigidez y reduce la deflexión, pero también aumenta la fricción. Por ello, se recomienda utilizar el nivel de precarga más bajo que permita obtener la rigidez y precisión necesarias.

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De todas las características de diseño y funcionamiento de las guías lineales y los tornillos, la que suele generar mayor fricción es el uso de juntas. En la mayoría de las aplicaciones, los cojinetes lineales de bolas o rodillos (con o sin recirculación) requieren juntas para mantener la lubricación y evitar la entrada de contaminantes. En entornos altamente contaminados, generalmente se requieren juntas laterales y de extremo.
Aunque los fabricantes ofrecen una variedad de materiales y tipos de sellos —desde sellos con poca holgura hasta aquellos con perfiles de contacto total a doble cara—, los sellos más eficaces son, por supuesto, los que ofrecen el mayor contacto con la guía o el tornillo. Sin embargo, un mayor contacto implica mayor fricción. Al igual que con la precarga, en lo que respecta al sellado, utilice las opciones adecuadas para la aplicación y el entorno, pero sin exagerar.

Lubricación

Una de las funciones clave de la lubricación es reducir la fricción entre elementos rodantes o deslizantes. Sin embargo, un exceso de lubricante o el uso de uno con alta viscosidad puede aumentar la fricción. Por lo tanto, es importante seguir las instrucciones del fabricante y utilizar el tipo y la cantidad adecuados de lubricante.

Cojinetes radiales

Los cojinetes radiales están presentes en prácticamente todos los sistemas de movimiento lineal, soportando componentes giratorios como ejes de husillos de bolas o de bolas, o las poleas en sistemas de transmisión por correa. Aunque relativamente pequeños en comparación con una guía lineal o un tornillo, estos cojinetes radiales también introducen fricción, la cual debe tenerse en cuenta durante el diseño y dimensionamiento del sistema.