La resistencia al funcionamiento de una guía lineal es la fuerza necesaria para mantener un bloque guía o una mesa móvil desplazándose a lo largo de su riel después de que ha comenzado el movimiento.
No está determinado únicamente por el coeficiente de fricción de rodadura. La fuerza medida también incluye la resistencia de la precarga, los sellos, el lubricante, la circulación de bolas o rodillos, el error de montaje, la contaminación, la temperatura y otros componentes conectados a la mesa móvil.
Por lo tanto, una guía lineal puede tener una fuerza teórica de fricción de rodadura muy baja, pero aun así requiere una fuerza de tracción notablemente mayor en la máquina montada. Para juzgar si la resistencia es normal, se debe conocer el tipo de guía, la cantidad de bloques, la precarga, la disposición del sellado, la condición de lubricación y la estructura de instalación.
¿Qué se incluye en la resistencia de rodadura de guías lineales?
El término "resistencia a la marcha" se utiliza a veces como si fuera idéntico al coeficiente de fricción. Están relacionados, pero no son el mismo parámetro.
| Término | Significado | Unidad típica |
|---|---|---|
| Coeficiente de fricción μ | Una referencia adimensional que describe la relación de fricción de rodadura dependiente de la carga. | Sin unidad |
| Resistencia inicial | Fuerza máxima requerida para comenzar a mover el bloque o la mesa desde el reposo | N o kgf |
| Resistencia al correr | Fuerza requerida para mantener el movimiento a una velocidad constante definida | N o kgf |
| Fluctuación de resistencia | Diferencia entre la fuerza máxima y mínima medida a lo largo del recorrido | N o porcentaje |
| Resistencia del eje completo | Resistencia total de bloques guía, sellos, sistema de transmisión, cadena portacables, cubiertas y otros componentes móviles. | N, par motor o corriente del motor |
La resistencia inicial y la resistencia en marcha constante deben registrarse por separado. Un bloque puede requerir una fuerza mayor para comenzar a moverse porque la grasa y los sellos han permanecido estacionarios, pero su fuerza puede disminuir después de que comienza el movimiento.
La fluctuación de la resistencia suele ser más útil que un valor medio. Una guía que requiere una fuerza constante a lo largo de toda la carrera puede ser normal por su precarga y disposición de sellado. Es más probable que un pico de fuerza brusco en una posición indique un problema de instalación o daño local.
La fuerza de tracción medida de un bloque guía incluye contacto rodante, precarga, lubricante, circulación interna y resistencia del sello.
Cómo estimar la resistencia al funcionamiento de una vía lineal
Un cálculo preliminar comúnmente utilizado es:
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| F | Resistencia total estimada en carrera | N o kN |
| µ | Coeficiente de referencia de fricción de rodadura | Sin unidad |
| EN | Carga normal soportada por el bloque guía o sistema de guía | N o kN |
| S | Resistencia adicional de las juntas, el lubricante, la circulación de los elementos rodantes y otros efectos aproximadamente independientes de la carga | N o kN |
Como referencia preliminar, las guías lineales de perfil tipo bola a menudo se calculan utilizando un coeficiente de fricción de rodadura de aproximadamente0.004, mientras que las guías de rodillos pueden utilizar aproximadamente0.003.
Ejemplo: componente de fricción rodante de una mesa de 100 kg
Considere una mesa móvil horizontal con una masa total de 100 kg sostenida por guías lineales tipo bola.
La carga normal aproximada es:
Usando μ = 0,004, la componente rodante dependiente de la carga es:
Esto no significa que la mesa completa deba requerir sólo 3,9 N para moverse. Aún hay que sumar los sellos, la grasa, la precarga y la resistencia a la circulación del bloque.
En un sistema de guía con carga ligera, estos componentes adicionales pueden representar una proporción mayor de la fuerza de tracción medida que la fricción de rodadura dependiente de la carga.
Resistencia total con múltiples bloques guía
Si una mesa utiliza varios bloques guía, la resistencia de todos los bloques contribuye a la fuerza de tracción total.
Si cuatro bloques sostienen una mesa equilibrada, la carga normal total se distribuye entre los cuatro bloques. El término dependiente de la carga permanece relacionado con la carga total soportada, pero el sello y la resistencia interna de cuatro bloques separados se suman.
Agregar más bloques puede mejorar la distribución de la carga y la rigidez del momento, pero no reduce automáticamente la resistencia total a la marcha. Puede aumentar la resistencia total del sellado y hacer que el sistema sea más sensible a la alineación del riel y la planitud de la mesa.
En un sistema de bloques múltiples, la carga se comparte, pero el sellado y la resistencia interna de cada bloque contribuyen a la fuerza de tracción total.
Por qué una carga baja no siempre significa una resistencia muy baja
Cuando la carga externa es pequeña en relación con la capacidad de carga estática de la guía, la porción μW de la ecuación también es pequeña. La resistencia medida puede entonces estar dominada por la viscosidad de la grasa, los sellos y la circulación de los elementos rodantes.
Esto explica por qué un bloque guía grande que lleva una mesa muy liviana puede parecer más apretado de lo esperado. La guía se ha seleccionado muy por encima de la carga requerida, pero sus sellos más grandes, su mayor volumen de lubricante y su precarga seleccionada aún crean resistencia.
| Condición de funcionamiento | Fuente principal de resistencia | Implicación de selección |
|---|---|---|
| Carga ligera con bloques de gran tamaño. | Los sellos, la grasa y la precarga pueden dominar | No seleccione el tamaño de la guía únicamente según la capacidad de carga |
| Mayor carga externa | La fuerza de contacto rodante se convierte en una parte mayor de la resistencia total. | Calcule la carga real del bloque y la vida útil requerida |
| Alta precarga con carga ligera | La precarga interna puede exceder el efecto de carga externa útil | Seleccione la precarga según los requisitos de rigidez en lugar de asumir que cuanto más alto, mejor |
| Configuración a prueba de polvo o de doble sello | Contacto adicional entre los labios del sello y las superficies del riel | Protección contra la contaminación del equilibrio frente a la fuerza motriz permitida |
Principales factores que cambian la resistencia al funcionamiento de las vías guía lineales
1. Precarga
La precarga aplica una fuerza interna entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura antes de que la guía soporte la carga externa de la máquina.
El aumento de la precarga puede reducir la holgura, aumentar la rigidez y mejorar la resistencia a la vibración o al desplazamiento elástico. También aumenta la fuerza de contacto y, en general, aumenta la resistencia al funcionamiento, el par motor y la generación de calor.
Un eje de automatización ligero y rápido no debería utilizar automáticamente una precarga pesada. Un eje de máquina herramienta expuesto a una fuerza de corte puede aceptar una mayor resistencia porque la rigidez es más importante.
Para la selección de precarga, consulte¿Qué es la precarga de guía lineal y cómo se debe seleccionar?
2. Tipo y cantidad de sello
Los sellos de extremo, los sellos inferiores, los sellos dobles y los raspadores ayudan a evitar que entre polvo, virutas y refrigerante en el bloque. Estos accesorios normalmente entran en contacto con el riel y crean una resistencia adicional.
No se debe esperar que un bloque equipado con sellos dobles y un rascador tenga la misma fuerza de tracción que el mismo bloque con sellado estándar.
La resistencia del sello también puede cambiar cuando el sello está seco, dañado, ensamblado incorrectamente, hinchado por un químico incompatible o presionado de manera desigual contra el riel.
3. Tipo y cantidad de lubricante
La viscosidad de la grasa, el aceite base, la consistencia y el sistema de aditivos afectan la resistencia al funcionamiento. Un lubricante diseñado para cargas pesadas puede crear una fuerza diferente a la de uno diseñado para operaciones de alta velocidad o baja temperatura.
Una cantidad insuficiente de lubricante puede aumentar el contacto entre metales, el ruido y el desgaste. El exceso de grasa también puede aumentar la resistencia porque los elementos rodantes deben empujar y cortar repetidamente el exceso de lubricante dentro del recorrido de circulación.
Un bloque recién lubricado puede sentirse inicialmente más apretado. La fuerza debe evaluarse después de que varias carreras completas hayan distribuido el lubricante y no inmediatamente después de que se haya inyectado una gran cantidad de grasa.
4. Temperatura
A temperaturas más bajas, la grasa y el aceite se vuelven más viscosos y pueden aumentar la resistencia al funcionamiento. A medida que la guía se calienta, el lubricante puede fluir más fácilmente y la fuerza medida puede disminuir.
Sin embargo, la resistencia que continúa aumentando a medida que la máquina se calienta puede indicar desalineación térmica, precarga excesiva, deformación de la mesa, problemas de rodamientos o holgura térmica insuficiente en otras partes del eje.
5. Velocidad
La resistencia al funcionamiento debe medirse a una velocidad definida porque el corte del lubricante, el comportamiento del sello y las condiciones de circulación pueden cambiar con la velocidad.
Una prueba de tracción manual es útil para detectar puntos estrechos, pero no puede predecir completamente la resistencia o temperatura de un eje de alta velocidad que funciona continuamente.
6. Precisión de montaje
El paralelismo incorrecto del riel, las superficies de montaje desiguales, las rebabas, los residuos debajo del riel y el apriete inadecuado de los pernos pueden obligar a los bloques a operar con una carga lateral no deseada.
En un sistema de doble riel, incluso si cada riel y bloque individual cumple con sus especificaciones de fabricación, la mesa ensamblada puede quedar apretada cuando los dos rieles no están alineados entre sí.
Las guías con mayor precarga son menos capaces de absorber errores de montaje. Por lo tanto, la precisión de la instalación debe adaptarse a la precarga seleccionada.
Para conocer el procedimiento de instalación completo, consulteCómo instalar guías de movimiento lineal.
7. Rigidez de la mesa de trabajo
Apretar una mesa de trabajo delgada o deformada sobre cuatro bloques guía puede desviar los bloques de su alineación natural.
Si los bloques se mueven suavemente antes de apretar la placa de la mesa pero se vuelven rígidos después, el problema puede provenir de la superficie de montaje de la mesa, la variación de la altura del bloque o la secuencia de ajuste en lugar del riel en sí.
8. Contaminación y Daños
El polvo, las virutas de metal, el refrigerante seco o las pistas de rodadura dañadas pueden crear picos locales de resistencia. La contaminación mezclada con grasa también puede producir un aumento gradual a lo largo de todo el recorrido.
Agregar grasa nueva encima del lubricante contaminado puede ocultar el síntoma temporalmente sin eliminar las partículas abrasivas.
Guía de bolas versus guía de rodillos: ¿cuál tiene menor resistencia al correr?
Una guía de rodillos puede utilizar un coeficiente de fricción de rodadura de referencia ligeramente más bajo que una guía de bolas. Esto no significa que cada guía de rodillos tenga una fuerza de tracción medida menor.
| Característica | Guía tipo bola | Guía tipo rodillo |
|---|---|---|
| elemento rodante | bolas de acero | Rodillos cilíndricos |
| Coeficiente de fricción de referencia | Aproximadamente 0,004 | Aproximadamente 0,003 |
| Ventaja principal | Movimiento suave, rendimiento versátil e idoneidad para la automatización de alta velocidad | Mayor rigidez y menor deformación elástica bajo carga pesada. |
| Fuerza de tracción real | Depende del tamaño, precarga, sellos, grasa y montaje. | También depende del tamaño, precarga, sellos, grasa y montaje. |
| Prioridad de selección | Carga equilibrada, velocidad, suavidad, tamaño y coste. | Requisitos de carga pesada, alto momento y alta rigidez. |
Cómo medir la resistencia al funcionamiento de una guía lineal
Una prueba de fuerza de tracción es más confiable que juzgar el bloque únicamente con la sensación de la mano. El procedimiento de prueba debe controlarse para que los resultados puedan compararse antes y después de la instalación o el mantenimiento.
Equipo requerido
- Medidor de fuerza digital, medidor de fuerza de tracción o celda de carga
- Cable, varilla o dispositivo de tracción rígido alineado con la dirección de desplazamiento
- Conducción controlada de baja velocidad donde se requiere una prueba de velocidad constante
- Dispositivo de medición de temperatura
- Registrador de datos o hoja de inspección de fuerza y posición.
Paso 1: definir lo que se está midiendo
Decida si la prueba está destinada a medir:
- Un bloque en un carril
- Un carril completo con múltiples bloques.
- Una mesa móvil de doble carril
- El eje completo de la máquina, incluida la transmisión y la cadena portacables.
Estos resultados no se pueden comparar directamente. Una prueba de tracción solo con guía y una prueba de corriente del motor de todo el eje miden diferentes combinaciones de resistencia.
Paso 2: aislar el sistema de guía cuando sea posible
Desconecte el husillo de bolas, la correa, el acoplamiento, el cilindro u otro componente impulsor si el objetivo es medir solo el sistema de guía.
Si el variador no se puede desconectar, registre el resultado como resistencia de eje completo en lugar de resistencia de guía lineal.
Paso 3: Estabilizar la condición de lubricación
Confirme que la guía contenga el lubricante especificado y que no se haya agregado una gran cantidad de exceso de grasa.
Después de la relubricación, mueva los bloques a través de varias carreras completas para distribuir la grasa antes de registrar el valor final de resistencia de funcionamiento.
Paso 4: alinear la fuerza de tracción
El dinamómetro debe tirar paralelo al riel guía y lo más cerca posible de la línea de fuerza motriz prevista.
Tirar hacia arriba, hacia abajo o desde un lado introduce un momento adicional y puede hacer que la fuerza medida sea mayor o menos estable.
Paso 5: Registre la fuerza de arranque y de carrera por separado
Aumente la fuerza gradualmente hasta que el bloque o la mesa comience a moverse. Registre este pico como la resistencia inicial.
Continúe moviéndose a una velocidad controlada y aproximadamente constante. Registre la fuerza constante a lo largo de la carrera utilizable como resistencia de carrera.
Paso 6: Pruebe ambas direcciones
Mida la fuerza de izquierda a derecha y luego de derecha a izquierda. Una diferencia direccional sustancial puede indicar:
- Contacto de sello desigual
- Fuerza de la cadena portacables
- Inclinación del carril
- Desalineación de la transmisión o del acoplamiento
- Una carga externa asimétrica o deformación de la mesa.
Paso 7: registrar la fuerza por posición
No registre solo una fuerza en el centro del riel. Mida o registre continuamente la fuerza durante toda la carrera utilizable.
El registro de inspección debe incluir:
- Fuerza de arranque máxima
- Fuerza de carrera constante promedio
- Fuerza máxima de carrera
- Fuerza mínima de carrera
- Ubicaciones de cualquier pico de fuerza.
- dirección del movimiento
- Velocidad de prueba
- Guía y temperatura ambiente.
- Lubricante y fecha de lubricación.
- Modelo de bloque, cantidad, precarga y configuración de sellado.
Cómo interpretar el patrón de fuerza de tracción
La forma y ubicación del cambio de resistencia a menudo proporcionan más información de diagnóstico que la fuerza promedio por sí sola.
| Patrón de resistencia | Posible causa | Primer cheque |
|---|---|---|
| Uniformemente alto a lo largo de toda la carrera | Precarga alta, sellos fuertes, exceso de grasa o bloques sobredimensionados | Modelo, precarga, código de sello y cantidad de lubricación. |
| Pico agudo en la posición de un riel | Rebabas locales, abolladuras en el riel, pista de rodadura dañada, residuos o apriete desigual de pernos | Riel y superficie de montaje cerca de la posición máxima |
| La resistencia aumenta gradualmente hacia un extremo. | Error de paralelismo de doble carril, error de rectitud de carril o distorsión de la mesa | Distancia entre carriles y paralelismo a lo largo de todo el recorrido. |
| Alto sólo inmediatamente después de engrasar | Grasa excesiva o no distribuida | Cantidad de grasa y fuerza después de varias carreras completas |
| Baje después de que la guía se caliente. | La viscosidad del lubricante disminuye con la temperatura. | Temperaturas de funcionamiento frías y estabilizadas. |
| Más alto después de que la máquina se calienta | Desalineación térmica, expansión estructural, precarga excesiva o calor en los rodamientos | Alineación de carriles, temperatura base y estructura completa de ejes. |
| Diferente en direcciones opuestas | Orientación del sello, pendiente, fuerza de la cadena portacables o carga asimétrica | Configuración de prueba y componentes externos conectados a la mesa. |
| Aumento repentino después del funcionamiento normal | Contaminación, daño al sello, falla de lubricación o daño interno | Deténgase e inspeccione antes de continuar con la operación a alta velocidad. |
Cómo afecta la resistencia de marcha a la selección del motor
La resistencia de la guía lineal es una parte de la fuerza que debe superar el motor. Debe sumarse a la fuerza de aceleración, la fuerza del proceso, la gravedad en un eje vertical y la resistencia de otros componentes en movimiento.
Par de accionamiento del husillo de bolas
El par de torsión necesario únicamente para superar la resistencia al funcionamiento de la guía a través de un husillo de bolas se puede estimar como:
- t= par de accionamiento en N·m
- F= resistencia lineal en N
- pag= avance del husillo de bolas en metros por revolución
- η= eficiencia de transmisión
Por ejemplo, si la resistencia lineal medida es 80 N, el avance del husillo de bolas es de 10 mm y la eficiencia de transmisión es 0,90:
Este es sólo el par necesario para superar la resistencia de funcionamiento medida. La aceleración, la fuerza de corte, la gravedad, la resistencia al rodamiento y el margen de seguridad deben incluirse en el cálculo completo del motor.
Potencia motriz
La potencia mecánica utilizada para superar la resistencia a la marcha es:
Donde P es la potencia en vatios, F es la resistencia en newtons y v es la velocidad lineal en metros por segundo.
Una resistencia de 100 N a 1 m/s requiere 100 W de potencia mecánica antes de que se agreguen otras cargas de la máquina y pérdidas de accionamiento.
¿Existe un valor normal de resistencia en carrera?
No existe un valor de fuerza de tracción normal único que se aplique a todas las guías lineales.
Un límite de aceptación válido debe especificar:
- Serie y tamaño de guías
- Longitud y cantidad de bloques
- Grado de precarga
- Configuración de sello y raspador
- Tipo y cantidad de lubricante
- Carga aplicada
- Velocidad de prueba
- Temperatura
- Orientación de montaje
- Si la prueba cubre un bloque, un carril o el eje completo
Para los equipos de producción, el método más útil suele ser establecer una línea de base después de una instalación y puesta en marcha correctas. Luego se pueden comparar pruebas posteriores bajo la misma carga, velocidad, temperatura y condición de lubricación.
Una fuerza estable ligeramente superior a la esperada puede ser aceptable para una guía precargada y bien sellada. Es más probable que sea necesario inspeccionar un nuevo pico localizado, una diferencia direccional creciente o una tendencia ascendente continua.
Selección de guía lineal DLY por resistencia y rigidez
| Serie DLY | Tipo de guía | Dirección de selección |
|---|---|---|
| Serie HD | Guía de bolas para cargas pesadas | CNC general y ejes de automatización que requieren capacidad de carga equilibrada, rigidez, velocidad y movimiento suave. |
| Serie ED | Guía de bolas de perfil bajo | Equipos compactos y de alta velocidad donde son importantes una altura de montaje reducida y una estructura móvil más baja. |
| Serie RD | Guía de rodillos de alta rigidez | Máquinas herramienta de carga pesada, cargas de momento elevado y aplicaciones donde la deformación elástica baja es más importante que la fuerza de tracción mínima |
| Serie MD | Guía de bolas en miniatura | Instrumentos compactos y mecanismos móviles ligeros donde el tamaño y la masa en movimiento son limitados. |
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Información necesaria para evaluar la resistencia al correr
Si una aplicación tiene requisitos estrictos de fuerza de tracción, corriente del motor o suavidad a baja velocidad, proporcione las condiciones completas de funcionamiento y montaje en lugar de solo el tamaño del riel.
- Serie y modelo de guía lineal.
- Longitud del carril
- Tipo de bloque y cantidad
- Grado de precarga
- Grado de precisión
- Requisito de sello, doble sello o raspador
- tipo de lubricante
- Masa en movimiento y carga externa.
- Disposición de rieles y bloques.
- Montaje horizontal, vertical, lateral o invertido
- Velocidad y aceleración requeridas.
- Temperatura ambiente y de funcionamiento
- Condiciones de polvo, astillas, refrigerante o sala limpia
- Fuerza de tracción máxima permitida o límite de corriente del motor
Preguntas frecuentes
¿Una guía lineal más grande siempre tiene menor resistencia?
No. Una guía más grande puede transportar la misma carga con una relación de carga más baja, pero también tiene elementos rodantes, sellos y volumen de lubricante más grandes. En una aplicación con carga ligera, estas fuentes de resistencia adicionales pueden dominar.
¿Una mayor precarga mejora la suavidad de marcha?
Una precarga adecuada puede mejorar la rigidez y la estabilidad del movimiento bajo carga. Una precarga excesiva aumenta la resistencia y la sensibilidad de la instalación y puede hacer que el movimiento a baja velocidad se sienta más tenso en lugar de suave.
¿Por qué es difícil mover un bloque guía nuevo con la mano?
El bloque puede tener precarga, sellos nuevos y grasa concentrada que aún no ha sido distribuida por el camino de circulación. Muévalo realizando varias pasadas completas y compare la fuerza nuevamente. Aún así se debe inspeccionar la estanqueidad local persistente.
¿Se puede utilizar la corriente del motor para medir la resistencia de la guía?
La corriente del motor es útil para monitorear tendencias, pero representa la resistencia de todo el eje accionado. Se incluyen rodamientos de soporte, transmisión por correa o husillo de bolas, acoplamiento, cadena portacables y características del motor. Un dinamómetro es más adecuado cuando se debe aislar la resistencia de la guía únicamente.
¿Por qué aumenta la resistencia después de instalar la mesa de trabajo?
La mesa puede estar desalineando los bloques debido a un error en la superficie de montaje, una variación de la altura del bloque, una secuencia de apriete incorrecta o una rigidez insuficiente de la mesa. Compruebe si los bloques se mueven suavemente antes y después de apretar los pernos de la mesa.
¿Es siempre más fácil mover un carril-guía de rodillos que uno de bolas?
No. Las guías de rodillos pueden tener un coeficiente de fricción de rodadura de referencia más bajo, pero su fuerza de tracción real depende de la precarga, el tamaño del bloque, los sellos, el lubricante y la instalación. Se seleccionan principalmente por su capacidad de carga y rigidez.
Contacto DLY
Envíe a DLY su modelo de guía lineal, longitud del riel, cantidad de bloques, precarga, estructura del sello, carga móvil, velocidad, orientación de montaje y fuerza motriz permitida. Podemos ayudar a revisar la estructura de guía HD, ED, RD o MD adecuada e identificar las condiciones de operación que pueden afectar la resistencia de carrera.
Correo electrónico: export@dlybearing.com
