La alta fricción y los arranques lentos en los rodamientos lineales provocan movimientos bruscos, posicionamientos incoherentes y desgaste. Ignorar la relación 2:1 y el problema del stick-slip empeora el rendimiento de la máquina. Aprenda a corregirlo rápidamente.
Los rodamientos lineales siguen una relación de 2:1 -en la que la precarga y la duplicación de la carga afectan a las características del movimiento- y el stick-slip es un problema común que puede minimizarse mediante la lubricación, la optimización de la precarga, el control de la velocidad y el tratamiento de la superficie.
Profundice para dominar estos factores críticos de rendimiento y mejorar la suavidad de la máquina.
Ejemplo de relación 2:1 para cojinetes lineales lisos
Los casquillos lineales de fricción se comportan según una regla práctica de "relación 2:1": al duplicar la precarga o la carga aplicada, se duplica aproximadamente la resistencia al rozamiento. Este efecto se deriva de la relación lineal entre la presión de contacto y la fuerza de fricción en los sistemas de deslizamiento que cumplen la ley de Coulomb. Por ejemplo, si un rodamiento soporta una precarga de 10 N y resiste el movimiento a 0,5 N, al aumentar la precarga a 20 N la resistencia aumenta a 1 N aproximadamente.
Esta proporción crítica influye:
Par de arranque: Una carga o precarga doble exige el doble de par para iniciar el movimiento.
Patrones de desgaste: Una mayor presión de contacto acelera el desgaste de la superficie.
Efectos térmicos: El aumento de la fricción eleva la temperatura linealmente, empeorando el rendimiento de la lubricación.
Comprender y calibrar la relación 2:1 permite a los ingenieros optimizar los ajustes de precarga y las cargas de funcionamiento sin sacrificar la suavidad del movimiento.
El coeficiente de vinculación
En relación de unión describe cómo la carga afecta a la resistencia al movimiento, es decir, la fuerza necesaria para mover la carga útil por encima de la línea de base de resistencia a la fricción. Para un cojinete liso sometido a una precarga P y un coeficiente de fricción μ, la fuerza de adherencia es igual a μP. Si se duplica la precarga, la fuerza de adherencia se duplica.
Principales implicaciones:
Control de posicionamiento: Una relación de unión duplicada aumenta el par de accionamiento necesario, lo que puede provocar tensiones en el motor.
Conformidad mecánica: El sistema puede bloquearse o atascarse si el par o los ajustes del conductor no se adaptan a la relación de atascamiento.
Dimensionamiento de la potencia: Los ingenieros deben dimensionar los motores y los accionamientos para superar el par de apriete máximo durante el inicio del movimiento.
Para solucionar este problema, es necesario ajustar con precisión la precarga, seleccionar la lubricación adecuada y garantizar que los sistemas de transmisión puedan adaptarse a la fricción en el peor de los casos.
Entendiendo Stick-Slip
Stick-slip es el movimiento brusco que se produce cuando la fricción estática supera la fricción cinética. En los apoyos lineales, el carro se adhiere ("se pega") hasta que la fuerza aplicada supera la fricción estática, lo que provoca un movimiento brusco ("deslizamiento") y luego se repite, creando oscilaciones y una escasa repetibilidad de la posición.
Características:
Histéresis: Diferencia entre rozamiento de arranque y rozamiento de marcha.
Sensibilidad a baja velocidad: Prevalente a velocidades <1 mm/s.
Impacto en la calidad del movimiento: Jitter a bajas velocidades; saltos durante los procesos de barrido.
El stick-slip reduce la precisión y aumenta los índices de desgaste. Para solucionarlo, es necesario reducir la fricción estática en relación con la fricción cinética, así como elevar los umbrales de fricción cinética.
Complicaciones y limitaciones
Varios factores complican la gestión de la relación 2:1 y el stick-slip en los sistemas reales:
Dirección de carga: Los sistemas horizontales actúan de forma diferente a los verticales o multieje debido al efecto de la gravedad.
Estado de lubricación: La viscosidad y la integridad de la película varían con la temperatura: los arranques en frío pueden agarrotarse más que en caliente.
Acabados superficiales: Los valores RMS superiores a 0,8 µm agravan el efecto stick-slip, mientras que las superficies demasiado finas (<0,1 µm) pueden favorecer la adherencia.
Falta de uniformidad de la precarga: La desalineación puede crear puntos calientes donde las presiones de la superficie del rodamiento se duplican localmente.
Desgaste y contaminación: Las partículas atrapadas en los puntos calientes amplifican los efectos de la precarga e interrumpen el deslizamiento uniforme.
Los ingenieros deben evaluar las variables específicas del sistema para anticipar y remediar eficazmente los problemas de agarrotamiento y de adherencia-deslizamiento.
Solución de problemas Stick-Slip
Para mitigar el stick-slip y las complicaciones derivadas de la proporción 2:1, siga estas directrices prácticas:
Optimización de la lubricación
Utilice lubricantes de alta calidad y baja viscosidad (por ejemplo, aceites sintéticos con aditivos EP).
Aplique una película ligera: demasiado lubricante aumenta la resistencia viscosa, demasiado poco aumenta la fricción.
Considere los lubricantes de película sólida o límite cuando sea posible la rotura de la película.
Ajuste de la precarga
Reduzca la precarga al mínimo necesario para controlar la vibración y la flexión.
Una precarga uniforme mantiene una fricción constante; consígalo con herramientas de montaje y par de apriete de precisión.
Acondicionamiento de superficies
Solapar las superficies de los raíles a Ra ~0,2 µm para obtener un comportamiento de fricción óptimo.
Aplique recubrimientos finos de DLC (carbono tipo diamante) o teflón para reducir la fricción estática.
Control de velocidad y aceleración
Evite las velocidades ultrabajas (<1 mm/s); aumente la velocidad de avance o la rampa de arranque lentamente.
Asegúrese de que los accionamientos proporcionen un par suficiente por encima de los umbrales de atascamiento.
Técnicas de movimiento guiado
Utilizar guías de rodillos cruzados o cojinetes de recirculación por debajo de 5 mm/s, donde el stick-slip es inevitable.
Añade una vacilación de vibración a niveles de microoscilación para facilitar la separación estática sin afectar a la trayectoria del movimiento.
Resumen
Comprender el comportamiento de la fricción 2:1 y gestionar el efecto stick-slip mediante la lubricación, la precarga, el acabado superficial y el perfil de movimiento garantiza un rendimiento del rodamiento lineal más suave y preciso.Para más información, póngase en contacto con [email protected]
