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Come ridurre gli effetti della stiction (stick-slip) nelle guide lineari

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Che cosa causa la reticenza? Come ridurle.

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A meno che non si stia suonando il violino, lo stiction, o lo stick-slip, è una condizione indesiderata causata dalla differenza tra l'attrito statico e dinamico tra le due superfici. Quando lo stiction si verifica nelle guide lineari, può portare a vibrazioni (movimento "a scatti"), movimento grippato, requisiti di coppia fluttuanti, o una perdita di precisione sotto forma di superamento.

Che cosa causa la scossa?

Il coefficiente di attrito statico (μs) fra due superfici è quasi sempre superiore al coefficiente di attrito dinamico (cinetico) (μk), e questa variazione di attrito è la causa sottostante dello stick-slip.

Tutte le superfici hanno una certa rugosità. Anche le superfici altamente rifinite e lucidate non sono perfettamente lisce - hanno picchi (chiamati "asperità") e valli che riducono l'effettiva area di contatto delle superfici. In altre parole, in alcuni punti, solo i picchi delle due superfici sono in contatto, mentre in altri i picchi di una superficie si depositano nelle valli dell'altra superficie. E in alcuni luoghi, non c'è contatto tra le superfici.

Poiché le singole aree di contatto sono molto piccole, la pressione tra le superfici è estremamente elevata (pressione = forza ÷ area), e l'adesione avviene in questi punti attraverso un processo noto come saldatura a freddo.

Prima che le superfici possano muoversi, i legami che causano questa adesione devono essere rotti. Allo stesso modo, dove le superfici si incastrano (i picchi di una superficie si depositano nelle valli dell'altra superficie), devono verificarsi abrasioni, o deformazioni plastiche, per rompere queste aree incastrate e permettere alle superfici di muoversi.

Una volta che la forza motrice è abbastanza alta da rompere questi legami tra le superfici - e superare l'attrito statico - inizia il movimento. Ma anche durante il movimento, si verifica ancora qualche abrasione perché le superfici non sono ancora perfettamente lisce. La resistenza al movimento dovuta alla rimanente rugosità della superficie viene definita come attrito dinamico, o cinetico.

Come ridurre l'attrito

Per le guide lineari che utilizzano la lubrificazione (praticamente tutti i cuscinetti a ricircolo e alcuni cuscinetti a strisciamento), il movimento tra le superfici del cuscinetto attira la lubrificazione negli spazi microscopici tra le superfici. Con l'aumento della velocità relativa delle superfici, il film di lubrificazione diventa più spesso e il contatto superficie-superficie si riduce, quindi l'attrito tra le superfici diminuisce.

Ma le guide lineari percorrono una distanza finita e poi ritornano nella direzione opposta (al contrario dei cuscinetti radiali, che possono ruotare nella stessa direzione all'infinito), quindi passano un buon periodo di tempo nella cosiddetta lubrificazione mista, dove l'attrito è determinato sia dalle proprietà delle superfici che dalle proprietà del lubrificante. Pertanto, una corretta lubrificazione è il modo migliore per controllare o ridurre gli effetti della sticità nei cuscinetti a ricircolo (e in alcuni cuscinetti a strisciamento).

Lo stick-slip, o stiction, è spesso più problematico nei cuscinetti a strisciamento che nei cuscinetti a ricircolo. Questo perché i cuscinetti a strisciamento presentano una maggiore differenza fra i coefficienti di attrito statico e dinamico. E il coefficiente di attrito di un cuscinetto a strisciamento può variare, a seconda del carico applicato, dell'usura e dei fattori ambientali.

Per i cuscinetti a strisciamento che viaggiano su alberi rotondi, un modo per contrastare gli effetti dello stick-slip è quello di scegliere alberi con la più alta finitura superficiale (minima rugosità superficiale) che sia pratica. E seguendo il rapporto 2:1 (chiamato anche regola 2:1 o rapporto di legame) - che specifica che la distanza del braccio del momento non dovrebbe essere più del doppio della lunghezza del cuscinetto - è molto spesso necessario per prevenire lo stick-slip nelle applicazioni con cuscinetti a strisciamento.

Un'altra opzione per ridurre al minimo, o addirittura prevenire, lo stick-slip è l'utilizzo di guide per cuscinetti ad aria. Per i cuscinetti ad aria, l'attrito è esclusivamente una funzione di taglio ad aria da moto. Pertanto, la differenza tra l'attrito statico e cinetico in un gruppo di cuscinetti ad aria è essenzialmente zero, quindi il problema dello stick-slip è praticamente eliminato.