O que causa a aderência estática? Como reduzi-la?

A menos que você esteja tocando violino, a aderência estática, ou stick-slip, é uma condição indesejada causada pela diferença entre o atrito estático e o dinâmico entre duas superfícies. Quando a aderência estática ocorre em guias lineares, pode levar a vibrações (movimento irregular), travamento do movimento, flutuações na necessidade de torque ou perda de precisão na forma de ultrapassagem.

O que causa a aderência estática?

O coeficiente de atrito estático (μs) entre duas superfícies é quase sempre maior que o coeficiente de atrito dinâmico (cinético) (μk), e essa variação no atrito é a causa fundamental do fenômeno de stick-slip.

Todas as superfícies apresentam algum grau de rugosidade. Mesmo superfícies com acabamento impecável e polimento avançado não são perfeitamente lisas — elas possuem saliências (chamadas de “asperidades”) e reentrâncias que reduzem a área de contato efetiva entre as superfícies. Em outras palavras, em alguns pontos, apenas as saliências das duas superfícies estão em contato, enquanto em outros, as saliências de uma superfície se encaixam nas reentrâncias da outra. E em alguns pontos, não há contato entre as superfícies.

Como as áreas de contato individuais são muito pequenas, a pressão entre as superfícies é extremamente alta (pressão = força ÷ área), e a adesão ocorre nesses pontos por meio de um processo conhecido como soldagem a frio.

Antes que as superfícies possam se mover, as ligações que causam essa adesão devem ser rompidas. Da mesma forma, onde as superfícies se intertravam (os picos de uma superfície se encaixam nos vales da outra), a abrasão ou a deformação plástica devem ocorrer para romper essas áreas intertravadas e permitir que as superfícies se movam.

Quando a força motriz é suficientemente alta para romper essas ligações entre as superfícies — e superar o atrito estático — o movimento começa. Mas mesmo durante o movimento, ainda ocorre alguma abrasão porque as superfícies ainda não são perfeitamente lisas. A resistência ao movimento devido à rugosidade superficial remanescente é chamada de atrito dinâmico ou cinético.

Como reduzir a aderência

Em mancais lineares que utilizam lubrificação (praticamente todos os mancais recirculantes e alguns mancais de deslizamento), o movimento entre as superfícies do mancal leva o lubrificante para os espaços microscópicos entre as superfícies. À medida que a velocidade relativa das superfícies aumenta, a película de lubrificante torna-se mais espessa e o contato entre as superfícies é reduzido, diminuindo assim o atrito entre elas.

Mas os mancais lineares percorrem uma distância finita e depois retornam na direção oposta (ao contrário dos mancais radiais, que podem girar indefinidamente na mesma direção), portanto, passam um bom tempo no que é conhecido como lubrificação mista, onde o atrito é determinado tanto pelas propriedades das superfícies quanto pelas propriedades do lubrificante. Assim, a lubrificação adequada é a melhor maneira de controlar ou reduzir os efeitos da aderência estática em mancais recirculantes (e em alguns mancais de deslizamento).

O efeito stick-slip, ou aderência estática, costuma ser mais problemático em mancais de deslizamento do que em mancais recirculantes. Isso ocorre porque os mancais de deslizamento apresentam uma diferença maior entre os coeficientes de atrito estático e dinâmico. Além disso, o coeficiente de atrito de um mancal de deslizamento pode variar dependendo da carga aplicada, do desgaste e de fatores ambientais.

Para mancais de deslizamento que se apoiam em eixos cilíndricos, uma maneira de minimizar os efeitos do deslizamento intermitente é escolher eixos com o melhor acabamento superficial (menor rugosidade superficial) possível. Além disso, seguir a relação 2:1 (também conhecida como regra 2:1 ou relação de contato) — que especifica que a distância do braço de alavanca não deve ser maior que o dobro do comprimento do mancal — é muitas vezes necessário para evitar o deslizamento intermitente em aplicações de mancais de deslizamento.

Outra opção para minimizar, ou mesmo prevenir, o efeito stick-slip é usar guias com mancais de ar. Em mancais de ar, o atrito é função exclusiva do cisalhamento do ar devido ao movimento. Portanto, a diferença entre o atrito estático e o cinético em um conjunto de mancais de ar é essencialmente zero, eliminando virtualmente o problema do stick-slip.