Una guía lineal rodante tiene un coeficiente de fricción mucho menor que una guía deslizante convencional, pero no existe un coeficiente único que se aplique a cada riel, bloque y condición de operación. La resistencia de marcha real depende del tipo de elemento rodante, la carga externa, la precarga, los sellos, el lubricante, la velocidad, la temperatura y la precisión de la instalación.
Los coeficientes de fricción del catálogo son útiles para cálculos preliminares, pero la selección del motor debe basarse en la resistencia completa del eje. La resistencia del sello, la aceleración, los portacables, los fuelles, los husillos de bolas y las fuerzas externas del proceso pueden ser más importantes que la fricción de rodadura teórica de la guía.
¿Qué significa el coeficiente de fricción de la guía lineal?
En una guía lineal rodante, circulan bolas o rodillos entre las pistas de rodadura del bloque y del carril. Los elementos rodantes reducen el contacto deslizante directo, lo que permite que el bloque se mueva con una resistencia relativamente baja mientras soporta cargas radiales, radiales inversas y laterales.
Una relación simplificada entre la fuerza de fricción y la carga normal aplicada se puede escribir como:
Dónde:
- Fr= resistencia a la rodadura asociada con la carga aplicada
- µ= coeficiente de fricción de referencia
- PAG= carga que actúa sobre la guía
Esta ecuación simplificada no incluye la resistencia fija de los sellos de los extremos, los sellos inferiores, los raspadores o el lubricante. También se supone que la guía está instalada correctamente y que la carga se distribuye según lo previsto.
Para estimaciones preliminares de ingeniería, la fricción de las guías lineales rodantes a menudo se considera del orden de las milésimas bajas. El valor exacto debe obtenerse de los datos técnicos de la serie y configuración seleccionada.
Coeficiente de fricción frente a resistencia de carrera real
El coeficiente de fricción y la resistencia a la marcha están relacionados, pero no son intercambiables.
| Término | Significado | Uso típico |
|---|---|---|
| Coeficiente de fricción | Una referencia adimensional que relaciona la resistencia a la rodadura dependiente de la carga con la carga aplicada. | Cálculo preliminar y comparación de carriles-guía |
| Resistencia del sello | Resistencia creada donde los sellos o raspadores entran en contacto con el riel | Se agrega como valor de fuerza para cada disposición de bloque o sello. |
| Resistencia al correr | Fuerza total medida necesaria para mantener el carro en movimiento | Inspección, dimensionamiento de motores y diagnóstico de máquinas. |
| fuerza de ruptura | Fuerza necesaria para iniciar el movimiento después de que el carro se haya detenido. | Control de baja velocidad y evaluación de arranque. |
Con cargas externas bajas, la resistencia del sello puede representar un gran porcentaje de la fuerza total medida. Dividir esta resistencia total por una carga pequeña puede producir un coeficiente de fricción aparentemente alto incluso cuando el contacto de rodadura interno es normal.
Por esta razón, es más útil indicar la resistencia de marcha real medida y la condición de prueba que informar solo un coeficiente calculado.
¿Qué factores afectan la fricción de las guías lineales?
1. Estructura de bolas o rodillos
Las guías de bolas utilizan un contacto puntual o curvo entre las bolas y las pistas de rodadura, mientras que las guías de rodillos utilizan un contacto lineal. Las guías de rodillos generalmente proporcionan una mayor rigidez bajo carga, pero la resistencia de rodadura real depende de la geometría específica de la pista, la precarga, los sellos y el lubricante.
No es exacto suponer que cada guía de bolas tiene una fricción menor que cada guía de rodillos sin comparar las series seleccionadas en condiciones equivalentes.
2. Precarga
La precarga elimina el espacio interno y mejora la rigidez. También aumenta la fuerza de contacto entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, lo que aumenta la resistencia a la marcha.
Una precarga más alta no es automáticamente mejor. Debe seleccionarse de acuerdo con la rigidez de la máquina, la carga externa, la precisión de la instalación, la velocidad y los requisitos de posicionamiento. Una precarga excesiva puede aumentar el calor, la demanda del motor y la sensibilidad a la desalineación del riel.
3. Sellos finales y raspadores
Los sellos de los extremos retienen el lubricante y ayudan a evitar que entre polvo o virutas al bloque. Su contacto con el carril crea una resistencia relativamente fija que no aumenta en proporción directa a la carga externa.
Los sellos dobles, los raspadores metálicos y las opciones especiales de protección contra la contaminación pueden aumentar aún más la resistencia. Esta compensación puede valer la pena en entornos polvorientos o de mecanizado donde la protección es más importante que la fuerza motriz mínima.
4. Tipo y cantidad de lubricante
La consistencia de la grasa, la viscosidad del aceite base, la temperatura y la cantidad de llenado afectan la fuerza necesaria para hacer circular el lubricante a través del bloque. La grasa fría o excesiva puede aumentar temporalmente la resistencia, especialmente durante el arranque.
Una lubricación insuficiente también puede aumentar la resistencia al reducir la película protectora entre las superficies de contacto. El objetivo correcto es una lubricación estable, no simplemente la menor cantidad de lubricante posible.
5. Velocidad y temperatura
La viscosidad del lubricante cambia con la temperatura y la velocidad. La resistencia puede ser mayor durante el arranque en frío y disminuir a medida que el lubricante se calienta. A mayor velocidad, el comportamiento del sello, la circulación del lubricante y los efectos dinámicos internos pueden cambiar la fuerza medida.
Por lo tanto, la fricción debe evaluarse a la velocidad de funcionamiento real y a la temperatura estabilizada cuando se requieren datos precisos sobre la fuerza motriz.
6. Alineación de rieles y precisión de montaje
El error de paralelismo en un sistema de dos rieles fuerza a los bloques hacia los lados a medida que avanza la mesa. Las superficies de montaje desiguales, las diferencias en la altura de los rieles y el apriete incorrecto de los pernos también pueden crear una carga interna que no aparece en el cálculo de la fricción teórica.
Si la resistencia cambia en diferentes posiciones, inspeccione la alineación y la precisión del montaje antes de cambiar el lubricante o reemplazar los bloques.
7. Dirección y momento de carga
La carga de un carro no siempre se comparte equitativamente entre todos los bloques. Un centro de gravedad desplazado o una fuerza de proceso crea momentos de cabeceo, guiñada o balanceo y puede cargar pesadamente un bloque mientras se descarga otro.
La carga equivalente en cada bloque debe calcularse a partir del espaciamiento real entre rieles, el espaciamiento entre bloques y la posición de la carga.
8. Contaminación y Desgaste
Las virutas de metal, el polvo, la grasa seca, la corrosión o los daños en las pistas de rodadura pueden aumentar la resistencia y provocar puntos de estanqueidad locales. La resistencia relacionada con la contaminación es una condición de falla y no debe incluirse como un coeficiente de fricción normal.
¿Cómo se puede estimar la resistencia a la conducción en vías lineales?
Una estimación simplificada para la porción de guía de un eje horizontal se puede escribir como:
Dónde:
- Fguía= resistencia total estimada de la vía
- µ= coeficiente de fricción de rodadura de referencia
- PAG= carga equivalente que actúa sobre los bloques
- Fsellos= resistencia total al sellado y al raspador para todos los bloques
Esta estimación todavía no representa la fuerza motriz completa. Es posible que el cálculo del eje también deba incluir:
- Fuerza de aceleración de la masa en movimiento.
- Componente de gravedad en un eje vertical o inclinado.
- Resistencia de husillo de bolas, correa, cremallera o cilindro
- Pérdidas en rodamientos y acoplamientos.
- Resistencia del portacables y mangueras
- Resistencia de fuelle y cubierta protectora
- Fuerza de corte, fuerza de prensado u otras cargas de proceso externas
¿Cómo se mide la resistencia al funcionamiento de una guía lineal?
La resistencia a la carrera se puede medir con un dinamómetro o una celda de carga conectada en línea con el movimiento del carro. Una prueba útil separa la fuerza de arranque de la fuerza de marcha constante.
- Prepare la guía instalada.
Confirme que los rieles estén alineados, que los pernos de montaje estén apretados correctamente y que los bloques contengan el lubricante especificado. - Elimine la resistencia no relacionada cuando sea posible.
Desconecte el husillo de bolas, la correa, el transportador de cables u otros componentes de transmisión si el objetivo es probar solo la guía. - Aplique fuerza paralela a la dirección de desplazamiento.
Tirar en ángulo introduce una carga lateral y cambia el resultado. - Fuerza de ruptura récord.
Mida la fuerza máxima requerida para comenzar el movimiento después de que el carro haya estado estacionario. - Registre una fuerza de carrera constante.
Muévase a una velocidad constante controlada y excluya las regiones de aceleración y desaceleración. - Mida en ambas direcciones.
Una gran diferencia direccional puede indicar problemas de alineación, sellado o distribución de carga. - Compare la resistencia durante todo el recorrido.
Los picos locales pueden indicar daños en el riel, error de montaje o contaminación.
El informe de la prueba debe incluir el modelo del bloque, la cantidad, la precarga, los sellos, el lubricante, la carga aplicada, la velocidad, la temperatura, la posición de desplazamiento y si la guía se probó sola o como parte del eje completo.
¿Cómo se puede identificar una resistencia anormal al correr?
| Condición observada | Posible causa | Cheque recomendado |
|---|---|---|
| Alta resistencia en todo el recorrido. | Precarga alta, grasa excesiva, desalineación del riel o distorsión de la mesa | Comprobar precarga, lubricación y geometría de instalación. |
| Pico de resistencia en una posición. | Daños en el riel local, residuos o error en la superficie de montaje | Inspeccione el riel correspondiente y el área de montaje. |
| Alta fuerza de arranque pero menor fuerza de funcionamiento | Adherencia del sello, grasa fría o período estacionario prolongado | Compare las condiciones de funcionamiento en frío y estabilizadas |
| La resistencia aumenta tras apretar la mesa | Las superficies de montaje de bloques o rieles no son coplanares | Verifique la planitud de la mesa y la secuencia de apriete de los pernos. |
| La resistencia aumenta con el ruido o la vibración. | Contaminación, lubricación insuficiente o daños en la pista de rodadura | Deténgase e inspeccione el riel, los bloques, los sellos y el lubricante. |
| Fuerza diferente en direcciones opuestas | Eje inclinado, arrastre de cable, condición del sello o error de alineación | Separe la gravedad y los componentes externos de la resistencia de la guía. |
La fricción anormal también puede aparecer como vibración, aumento de temperatura o corriente inestable del motor. Para diagnóstico relacionado, ver¿Por qué vibra una guía lineal durante el funcionamiento?
DLY suministra bombas de bolas y de rodillos.guías linealespara diferentes requisitos de carga, rigidez, altura de instalación y movimiento. La precarga del bloque, la disposición del sello, el grado de precisión y la lubricación deben confirmarse de acuerdo con las condiciones completas de la máquina.
Para aplicaciones pesadas guiadas por bolas, el DLYGuía cuadrada HDUtiliza una estructura de bolas de recirculación de cuatro filas. La resistencia de funcionamiento real depende del tamaño del bloque, la precarga, los sellos, el lubricante, la carga y las condiciones de instalación, más que solo del nombre de la serie.
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