Un eje lineal no tiene un coeficiente de fricción independiente. La fricción es creada por el sistema de contacto completo: la superficie del eje, el rodamiento lineal o el casquillo liso, los elementos rodantes, los sellos, el lubricante, el juego, la carga, la alineación, la velocidad y la temperatura.
Cuando se utiliza un eje lineal endurecido con un casquillo de bolas lineales de recirculación, las bolas ruedan entre el eje y las pistas de rodadura del rodamiento. En condiciones normales de funcionamiento, un coeficiente de fricción representativo es aproximadamente0,001–0,003. Sin embargo, esta gama a nivel de catálogo no incluye todas las fuentes de resistencia en una máquina instalada.
Respuesta directa:Para un casquillo lineal de bolas lubricado que funciona sobre un eje de precisión adecuado, se puede utilizar un coeficiente de fricción de alrededor de 0,001–0,003 como estimación inicial. La fuerza motriz real debe calcularse a partir de la fricción del rodamiento más la resistencia del sello y luego verificarse en el eje ensamblado.
Por qué el eje por sí solo no tiene un coeficiente de fricción fijo
Un mismo eje lineal puede producir fricciones muy diferentes según el componente que se mueve a lo largo de él.
Por ejemplo, se puede utilizar un eje de acero endurecido con:
- Un casquillo lineal de bolas con recirculación
- Un cojinete liso de polímero
- Un cojinete liso de bronce o compuesto
- Un sello de fieltro o elastómero.
- Un carro deslizante personalizado
Cada disposición tiene un mecanismo de contacto diferente. Un casquillo de bolas produce principalmente resistencia a la rodadura, mientras que un casquillo plano produce fricción por deslizamiento sobre un área de contacto más grande.
Por tanto, la pregunta de ingeniería correcta no es:
"¿Cuál es el coeficiente de fricción de este eje lineal?"
Es:
"¿Cuál es la resistencia a la fricción de esta combinación de eje, cojinete, sello, lubricante y carga?"
Valores de fricción representativos por tipo de guía
| Tipo de movimiento lineal | Método de contacto | Información representativa de fricción | Limitación importante |
|---|---|---|---|
| Casquillo lineal de bolas | Recirculación de bolas rodantes sobre un eje cilíndrico. | Aproximadamente μ = 0,001–0,003 en condiciones normales representativas | Los sellos, la grasa, la precarga, la carga baja y la desalineación pueden aumentar la resistencia total |
| Casquillo liso de polímero | Contacto deslizante entre el revestimiento de polímero y el eje. | Utilice el valor específico del fabricante del rodamiento para el material del eje, la carga, la velocidad y la condición de lubricación seleccionados. | El valor puede cambiar con la presión, la temperatura, el desgaste, la humedad y el acabado de la superficie. |
| Buje liso de bronce o compuesto | Contacto deslizante con aceite, grasa, lubricante incorporado o material de funcionamiento en seco | Utilice datos de fricción estáticos y dinámicos específicos del proveedor | El régimen de lubricación y la presión superficial afectan fuertemente el resultado. |
| Rodamiento lineal sellado | Contacto rodante más labios de sellado deslizantes | La fricción del rodamiento puede ser baja, pero la resistencia del sello puede dominar con cargas ligeras | No estime el empuje total solo a partir de μ |
El rango de 0,001 a 0,003 debe tratarse como un valor representativo para un casquillo lineal de bolas, no como un valor garantizado para cada conjunto de eje lineal.
Un catálogo específico podrá definir su coeficiente bajo condiciones tales como:
- Juego radial normal
- Sin precarga adicional
- Un porcentaje particular de la clasificación de carga dinámica.
- Lubricación con aceite o grasa
- Sin contaminación externa
- Tolerancia y alineación correctas del eje
Cómo calcular la resistencia a la fricción de un rodamiento lineal
Para un cálculo inicial, el empuje requerido se puede estimar usando:
F = µW + f
F = resistencia a la fricción; μ = coeficiente de fricción dinámica; W = carga radial aplicada; f = sello y otra resistencia aproximadamente constante
Esta ecuación separa dos fuentes diferentes de resistencia:
- Resistencia a la rodadura en función de la carga:aproximadamente proporcional a la carga radial aplicada
- Resistencia del sello y del lubricante:puede seguir siendo significativo incluso cuando la carga externa es pequeña
Ejemplo de cálculo
Supongamos que un carro utiliza casquillos lineales de bolas con:
- Carga radial total W = 1.000 N
- Coeficiente de fricción dinámica estimado μ = 0,002
- Junta combinada y resistencia auxiliar f = 4 N
F = 0,002 × 1.000 + 4
F = 2 + 4
F = 6 norte
En este ejemplo, la resistencia a la rodadura calculada es solo 2 N, mientras que el sello y la resistencia auxiliar contribuyen con 4 N. Esto muestra por qué el coeficiente de fricción por sí solo puede subestimar el empuje del motor para un sistema sellado con carga ligera.
La selección de la transmisión final también debe incluir:
- Fuerza de aceleración
- Fuerza del proceso
- Resistencia de la cadena portacables
- Eficiencia del husillo de bolas, correa o caja de cambios
- Gravedad sobre un eje vertical o inclinado.
- Un margen de seguridad adecuado
La fricción estática y la fricción dinámica son diferentes
La fricción estática determina la fuerza necesaria para iniciar el movimiento. La fricción dinámica describe la resistencia después de que el carro ya está en movimiento.
En un rodamiento lineal instalado correctamente, la diferencia entre la resistencia de arranque y de funcionamiento es normalmente pequeña. Esta es una de las razones por las que los casquillos lineales de bolas pueden proporcionar un movimiento suave desde baja velocidad sin el pronunciado comportamiento de deslizamiento asociado con algunas guías deslizantes.
Sin embargo, la fuerza de ruptura aún puede aumentar debido a:
- Sellos de contacto que han estado parados durante mucho tiempo
- Grasa de alta viscosidad o baja temperatura
- Exceso de lubricante dentro del rodamiento.
- Corrosión en el eje
- Contaminación debajo del labio de sellado
- Compresión incorrecta del rodamiento dentro de la carcasa.
- Desalineación del eje o tensión de montaje
Para aplicaciones de posicionamiento, se deben medir tanto la fuerza de arranque como la fuerza de funcionamiento constante. Un carro puede tener una resistencia de marcha aceptable pero aun así requerir una fuerza excesiva para arrancar después de una larga estancia.
Cómo el acabado de la superficie del eje afecta la fricción
La superficie del eje es la pista de rodadura de un casquillo lineal de bolas y la superficie de deslizamiento de un casquillo liso. Por lo tanto, la calidad de la superficie afecta la resistencia, el desgaste de los sellos, la retención de lubricante, el ruido y la vida útil.
Un eje rugoso puede:
- Aumentar la resistencia del sello
- Dañar la superficie de contacto de la bola o del casquillo.
- Retire el lubricante de la zona de contacto.
- Acelerar el desgaste
- Produce una resistencia al correr inconsistente
Sin embargo, "cuanto más suave, mejor" no es una regla completa. La superficie también debe tener la geometría, dureza, textura y compatibilidad de lubricantes correctas. Un proceso de pulido inadecuado puede cambiar el diámetro del eje o producir una superficie que no retenga la película lubricante necesaria.
Dependiendo de la especificación del eje, los ejes lineales DLY pueden usar una rugosidad superficial alrededorRa 0,4–0,8 µm. El requisito final debe coincidir con el tipo de rodamiento seleccionado y la aplicación en lugar de elegirse únicamente por la rugosidad.
La dureza afecta principalmente al desgaste y a la estabilidad de la fricción a largo plazo
Una superficie endurecida no crea automáticamente un coeficiente de fricción bajo fijo. Su función principal es resistir hendiduras, fatiga por contacto rodante, rayones y desgaste.
Si la superficie del eje es demasiado blanda para un casquillo lineal de bolas, el contacto repetido de las bolas puede formar ranuras. Inicialmente, el rodamiento puede moverse suavemente, pero desarrolla mayor resistencia, vibración, ruido y holgura a medida que la pista de rodadura se daña.
Los ejes lineales DLY suelen utilizar acero para rodamientos GCr15 o acero con medio carbono C45. Dependiendo del material, diámetro y requisito de producción, las configuraciones adecuadas pueden incluir una capa endurecida de aproximadamente0,6–3,5 mm.
El material, la dureza, la profundidad de la caja, la tolerancia del diámetro, la rectitud y el acabado de la superficie deben evaluarse juntos. Un eje duro pero doblado o de tamaño incorrecto no proporcionará una resistencia de funcionamiento baja y estable.
Para un proceso de inspección completo, leaCómo garantizar la calidad de un eje lineal.
La lubricación puede reducir y aumentar la resistencia medida
La lubricación correcta reduce el contacto entre metales, el desgaste, la corrosión y la tensión del contacto rodante. Es esencial para obtener una vida útil confiable de la mayoría de los casquillos lineales de bolas.
Sin embargo, la viscosidad y la cantidad del lubricante también contribuyen a la resistencia al movimiento.
| Condición de lubricación | Posible efecto |
|---|---|
| Lubricante y cantidad correcta | Resistencia estable, menor desgaste y mayor vida útil a la fatiga |
| Lubricación insuficiente | Mayor desgaste, calor, ruido y posible daño a la superficie. |
| exceso de grasa | Mayor resistencia al batido y aumento temporal de la temperatura. |
| Grasa demasiado viscosa para la temperatura o velocidad. | Alta resistencia a la rotura y a la carrera |
| Grasas mezcladas incompatibles | Posible cambio en la consistencia, separación del aceite o pérdida del rendimiento de la lubricación. |
| Lubricante contaminado | Desgaste abrasivo y fricción irregular. |
Una aplicación de baja fricción no requiere necesariamente quitar los sellos ni operar el rodamiento en seco. Hacerlo puede reducir la resistencia a corto plazo y al mismo tiempo permitir que entre contaminación y acortar la vida útil.
El juego, la precarga y el ajuste de la carcasa afectan la fricción
La relación radial entre el eje y el casquillo lineal afecta el juego, la rigidez y la resistencia.
Una holgura de funcionamiento normal generalmente proporciona una menor resistencia y una instalación más sencilla. Una holgura reducida puede mejorar la guía y limitar el movimiento radial, pero requiere un control más estricto del diámetro del eje, el diámetro interior de la carcasa, la rectitud y la alineación.
Una interferencia excesiva o una carcasa de tamaño incorrecto pueden deformar el manguito exterior del rodamiento y comprimir los circuitos de bolas alrededor del eje. Los síntomas pueden incluir:
- Alta fuerza de marcha inmediatamente después del montaje
- Resistencia desigual durante la rotación del eje o el movimiento del carro
- Calentamiento de rodamientos
- Vida de fatiga más corta
- Daño al retenedor de bolas
Presionar un tornillo de fijación directamente contra el exterior de un casquillo lineal estándar también puede deformarlo. La tolerancia del alojamiento y el método de retención axial deben seguir las instrucciones de instalación del fabricante del rodamiento seleccionado.
La desalineación a menudo causa más resistencia que el coeficiente del catálogo
Un coeficiente de fricción supone que el eje y el rodamiento funcionan con una geometría adecuada. En una máquina real, el error de alineación puede crear cargas laterales y momentos que no están incluidos en el coeficiente básico.
Las causas comunes incluyen:
- Dos ejes paralelos instalados a diferentes distancias entre centros
- Soportes de eje montados a diferentes alturas.
- Ejes doblados o insuficientemente apoyados
- Una placa de carro que se tuerce cuando se aprietan los pernos.
- Soportes de rodamientos que no son coaxiales
- Una carga externa descentrada que crea un gran momento.
- Distancia muy pequeña entre dos casquillos que soportan una carga de momento.
Para los rodamientos lineales, las cargas de momento generalmente deben ser soportadas por múltiples rodamientos con suficiente espacio. No se debe esperar que un solo casquillo corto corrija un gran error angular o genere un momento de vuelco incontrolado.
Un sistema que se mueve libremente antes del apriete final pero que se bloquea después de que todos los pernos estén asegurados normalmente tiene un problema estructural o de instalación, no un coeficiente de fricción inusualmente alto del material del eje.
La rectitud y la desviación del eje afectan la resistencia al correr
Un eje largo puede tener un diámetro dimensionalmente preciso pero aun así deformarse por su propio peso, la carga del carro o una fuerza de proceso compensada.
A medida que el eje se dobla, el rodamiento debe seguir una trayectoria curva o absorber la desalineación angular. Esto puede aumentar la resistencia en posiciones particulares a lo largo del recorrido.
Dependiendo del tamaño del eje y la configuración de producción, los ejes lineales DLY pueden alcanzar una rectitud de hasta≤5 μm por 100 mm. Sin embargo, la deflexión instalada también depende de:
- Diámetro del eje
- tramo no soportado
- Condición de soporte final
- Carga y posición del carro.
- Estructura de eje macizo o hueco
- Si se utiliza un carril de eje soportado
Cuando la deflexión es el problema principal, aumentar el diámetro del eje, reducir la luz, agregar soporte continuo o cambiar a una guía lineal de perfil puede ser más efectivo que cambiar el lubricante.
La dirección de la carga y la orientación del rodamiento son importantes
La capacidad de carga de un rodamiento lineal de bolas puede cambiar según la orientación de sus filas de bolas en relación con la carga aplicada. La distribución interna de la carga también afecta la fricción y la vida útil.
Al instalar un casquillo abierto o ajustable, confirme:
- La ubicación de la sección abierta.
- La dirección de la carga radial primaria.
- La orientación recomendada por el fabricante del rodamiento.
- El método de ajuste y sujeción de la carcasa.
La orientación incorrecta puede concentrar la carga en una parte desfavorable del rodamiento, produciendo una mayor tensión local y un movimiento desigual incluso cuando la carga radial total parece aceptable.
Cómo la velocidad y la temperatura cambian la fricción
El coeficiente de fricción no siempre es constante desde el arranque hasta la velocidad máxima.
A baja temperatura, la grasa se vuelve más viscosa y la fuerza de rotura puede aumentar. A medida que el rodamiento se calienta, la resistencia puede disminuir. A alta velocidad, el batido de lubricante, los sellos y las bolas de recirculación pueden generar más calor.
La temperatura también puede afectar:
- Dimensiones del eje y la carcasa.
- Juego radial
- Dureza del sello y fuerza de contacto.
- Consistencia de la grasa y viscosidad del aceite.
- Corrosión y vida del lubricante.
Para maquinaria que opera en un amplio rango de temperaturas, pruebe el carro después de un arranque en frío y nuevamente a una temperatura de funcionamiento estable. Es posible que una sola medición de fuerza a temperatura ambiente no represente la condición más exigente.
Cómo medir la fricción en un eje lineal ensamblado
El valor más útil para la selección del motor suele ser la resistencia medida del carro completo en lugar de un coeficiente teórico para un componente.
Prueba básica de fuerza de tracción
- Desconecte el motor, el husillo de bolas, la correa o el cilindro para que el carro guía pueda moverse de forma independiente.
- Confirme que los ejes, cojinetes, sellos y lubricación estén en su condición normal de ensamblaje.
- Coloque un dinamómetro en línea con la dirección de la marcha.
- Aumente la fuerza lentamente y registre la fuerza de ruptura.
- Mueva el carro a una velocidad baja y constante y registre la fuerza de marcha.
- Repita la prueba en ambas direcciones y en varias posiciones a lo largo del trazo.
- Repita bajo condiciones representativas de carga y temperatura.
Si se conoce la carga radial W y la resistencia constante del sello se puede estimar o medir por separado, se puede aproximar un coeficiente efectivo como:
μ ≈ (F − f) ÷ W
Este valor calculado se aplica únicamente al conjunto y las condiciones probados. No debe transferirse automáticamente a un rodamiento, acabado de eje, sello, lubricante, carga o temperatura diferentes.
Diagnóstico de fricción excesiva en el eje lineal
| Síntoma observado | Posible causa | Cheque recomendado |
|---|---|---|
| Alta resistencia en todo el recorrido. | Precarga excesiva, carcasa apretada, grasa viscosa o arrastre excesivo del sello | Verifique el ajuste del rodamiento, la tolerancia del eje, los sellos y las especificaciones del lubricante. |
| La resistencia aumenta cerca de un extremo. | Error de alineación del eje, diferencia de altura de soporte o distorsión del carro | Mida el paralelismo del eje, la distancia entre centros y la altura del soporte. |
| La resistencia cambia periódicamente | Eje doblado, superficie dañada, soporte excéntrico o corrosión local | Mida la rectitud e inspeccione toda la superficie de rodadura. |
| Fuerza de arranque elevada pero fuerza de funcionamiento normal | Adhesión del sello, viscosidad de la grasa, permanencia prolongada o corrosión temprana | Compare las mediciones de arranque en frío y funcionamiento en caliente |
| El movimiento se vuelve brusco después de la contaminación. | Entraron partículas en los circuitos de bolas o dañaron el eje. | Inspeccionar los sellos, el lubricante, la superficie del eje y las pistas de rodamiento. |
| El carro se une sólo después de apretar los pernos. | Tensión de montaje o desalineación de la carcasa | Afloje los componentes sistemáticamente y repita la alineación. |
| La resistencia aumenta a medida que la carga se desvía del centro. | Carga de momento y distribución desigual de la carga en los rodamientos. | Aumente el espacio entre rodamientos, la rigidez del carro o el número de rodamientos. |
Cómo seleccionar un sistema de eje lineal de baja fricción
- Seleccione primero el tipo de rodamiento.Decida si la aplicación necesita un casquillo de bolas rodantes o un cojinete liso de funcionamiento en seco.
- Definir la carga radial y los momentos.Incluya masa en movimiento, fuerzas de proceso, aceleración y carga descentrada.
- Confirme el diámetro del eje y la extensión del soporte.La deflexión del eje puede crear más resistencia que el coeficiente nominal.
- Haga coincidir la tolerancia del eje y el acabado con el rodamiento.No elija las dimensiones del eje independientemente de la especificación del buje.
- Seleccione la holgura o la precarga con cuidado.Una mayor rigidez normalmente aumenta la sensibilidad a errores de fabricación y alineación.
- Incluye resistencia al sellado.Esto es especialmente importante para rodamientos pequeños y carros con carga ligera.
- Seleccione la lubricación según la velocidad y la temperatura.La fricción teórica más baja no es útil si el lubricante no puede proporcionar suficiente protección contra el desgaste.
- Diseño para alineación.Proporcione soportes de eje precisos, carcasas de cojinetes rígidas y suficiente espacio entre cojinetes.
- Mida el carro completo.Verifique la fuerza de arranque y de funcionamiento antes de la selección final del motor.
Suministros DLYejes linealesen diferentes diámetros, longitudes, materiales y estructuras para automatización industrial y sistemas de movimiento lineal.
Dependiendo de los requisitos del proyecto, las opciones disponibles pueden incluir material GCr15 o C45, estructuras sólidas o huecas, ejes soportados, longitudes personalizadas, mecanizado de extremos, tratamiento de superficies y requisitos de inspección.
Información requerida antes de la cotización
Para seleccionar una combinación de eje y cojinete con fricción y vida útil adecuadas, proporcione:
- Diámetro y longitud del eje requerido
- Estructura de eje sólida, hueca o soportada
- Modelo de rodamiento o buje
- Cantidad y espaciado de rodamientos.
- Carga radial y carga de momento.
- Carrera, velocidad, aceleración y ciclo de trabajo.
- Instalación horizontal, vertical o inclinada
- Espacio libre o precarga requerido
- Temperatura de funcionamiento y condiciones de contaminación.
- Requisitos de lubricación y sellado
- Requisitos de rugosidad, rectitud y dureza de la superficie.
- Plano de instalación y mecanizado final.
Conclusión
Un eje lineal no tiene un coeficiente de fricción universal. El valor real pertenece a la combinación completa de eje, rodamiento, sello, lubricante, carga e instalación.
Para un casquillo lineal de bolas correctamente lubricado que funciona con un eje de precisión adecuado, un coeficiente de fricción dinámica representativo es de aproximadamente 0,001 a 0,003. Esto proporciona un punto de partida útil, pero el arrastre del sello, la precarga, la viscosidad de la grasa, la alineación, la deflexión del eje, la contaminación y la temperatura pueden tener un efecto mayor en el empuje final requerido.
Para aplicaciones de precisión y dimensionamiento del motor, calcule la resistencia inicial utilizando los datos del fabricante del rodamiento y luego mida las fuerzas de arranque y funcionamiento del carro ensamblado completo.
¿Necesita ayuda para seleccionar una combinación de eje lineal y rodamiento?
Envíe a DLY el diámetro del eje, la longitud, el modelo de rodamiento, la carga, la cantidad de rodamientos, la extensión del soporte, la velocidad, la temperatura, la lubricación, los sellos, los requisitos de precisión y el plano de instalación. Podemos ayudar a revisar el material del eje, la estructura, el acabado de la superficie, la rectitud, el ajuste del rodamiento y los requisitos de mecanizado.
Correo electrónico: export@dlybearing.com
Sitio web: www.deliyalinearmotion.com
