Los diseñadores e ingenieros suelen intentar evitar o mitigar la fricción en los sistemas de movimiento lineal. Si bien la fricción no siempre es negativa (en algunas aplicaciones puede proporcionar un efecto de amortiguación y ayudar a mejorar el ajuste del servomotor), 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 maneras de reducir la fricción en los sistemas de movimiento lineal es utilizar componentes con contacto rodante, en lugar de deslizante. Por ejemplo, los husillos y las guías de cojinetes lisos, que dependen del movimiento deslizante, experimentan naturalmente una mayor fricción que los elementos rodantes, debido a la mayor superficie de contacto entre las superficies de apoyo.
Los cojinetes con contacto deslizante también experimentan una mayor diferencia entre la fricción estática (de arranque) y la dinámica (cinética), lo que genera un efecto conocido como adherencia-deslizamiento o adherencia mecánica. Este efecto 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 carreras

Si bien los rodamientos de elementos rodantes tienen una fricción mucho menor que los de deslizamiento, no están completamente libres de fricción. Diversos 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 el área de contacto entre el elemento rodante y la pista.
Los rodamientos suelen utilizar una de dos geometrías de pista de rodadura: una de arco circular de dos puntos o una de 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 presenta 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, que pueden ser perjudiciales 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 importantes esfuerzos 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 proporcione la rigidez y precisión requeridas.

Focas

De todas las características de diseño y funcionamiento de las guías lineales y los husillos, la que suele generar mayor fricción es el uso de sellos. En la mayoría de las aplicaciones, los rodamientos lineales que utilizan bolas o rodillos (con o sin recirculación) requieren sellos para mantener la lubricación y evitar la entrada de contaminantes. En entornos altamente contaminados, generalmente se requieren sellos laterales y sellos de extremo.
Si bien los fabricantes ofrecen una variedad de materiales y tipos de sellos —desde sellos con una ligera holgura hasta sellos de doble cara con contacto total—, los sellos más efectivos son, por supuesto, aquellos que hacen el mayor contacto con la guía o el componente del tornillo. Pero 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, usar demasiada lubricación o un lubricante de alta viscosidad puede aumentar la fricción. Por lo tanto, es importante seguir las instrucciones del fabricante y usar 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. Si bien son relativamente pequeños en comparación con una guía lineal o un husillo, estos cojinetes radiales también generan fricción, la cual debe tenerse en cuenta durante el diseño y dimensionamiento del sistema.