Designer und Ingenieure versuchen normalerweise, Reibung in linearen Bewegungssystemen zu vermeiden oder zu mildern. Obwohl die Reibung nicht immer schlecht ist - in einigen Anwendungen kann sie einen Dämpfungseffekt liefern und zur Verbesserung der Servoabstimmung beitragen -, wenn es um lineare Bewegungssysteme geht, erhöht sie die Menge an Kraft, die erforderlich ist, um eine Last zu bewegen, erzeugt Wärme, erhöht den Verschleiß und verringert die Lebensdauer.
Lineare Bewegungssysteme haben Reibung aus einer Reihe von Quellen, von denen einige durch Design und ordnungsgemäße Wartung gemindert werden können. Hier werden wir Faktoren untersuchen, die zur Reibung in linearen Bewegungssystemen beitragen und Möglichkeiten zur Verringerung der Reibung durch Komponentenauswahl und Systemdesign diskutieren.

Rutschen gegen Rolling -Kontakt
Eine der Hauptmethoden, um die Reibung in linearen Bewegungssystemen zu verringern, besteht darin, Komponenten mit Rollen zu verwenden, anstatt sie zu gleiten, Kontakt. Beispielsweise haben Bleischristen und einfache Lagerführer, die sich auf die Bewegung der Schiebung verlassen-aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen den tragenden Oberflächen natürlich höhere Reibung als rollende Elemente.
Lager mit gleitendem Kontakt haben auch einen größeren Unterschied zwischen statischer (Startup) und dynamischer (kinetischer) Reibung, was zu einem Effekt führt, der als Stick-Slip oder Stiction bekannt ist. Stick-Slip kann dazu führen, dass ein System seine Zielposition zu Beginn der Bewegung aufgrund des Übergangs von (höherer) statischer Reibung zu (niedrigerer) dynamischer Reibung überschreitet.
Raceway -Geometrie

Obwohl Rolling-Element-Lager viel geringerer Reibung als Gleitarten aufweist, sind sie nicht völlig reibungsfrei. Eine Reihe von Faktoren - viele von ihnen, die dem Lagerdesign innewohnt, tragen zur Reibung in einem rollenden Element bei. Ein Faktor ist die Raceway -Geometrie oder die Art und der Kontaktbereich zwischen dem Rolling -Element und dem Raceway.
Rolllager verwenden typischerweise eine von zwei Raceway-Geometrien: Geometrie mit zwei Punkten kreisförmiger Bogen oder Gothic-Bogengeometrie mit vier Punkten (obwohl einige Variationen dieser beiden Designs vorhanden sind). Für Anwendungen mit niedrigem Rang wird die Zweipunkt-Kreisbogengeometrie in der Regel bevorzugt, da sie weniger unterschiedliche Ausrutscher und damit eine geringere Reibung als das Vier-Punkte-Gothic-Bogen-Design erfährt.

Rezirkulation

Bei den Umwälzkugel- und Rollenlagern schwankt die Anzahl der Elemente, die die Last kontinuierlich tragen, während die Rollelemente in die Lastzone und aus der Lastzone übergehen. Dies führt zu Variationen der Reibungskraft, die sich für hochempfindliche Anwendungen wie Mikromachination und Metrologie schädigen lassen. Um diese Reibungsschwankungen zu verringern, haben Hersteller von recirculation linearen Führern (und Kugelschrauben) erhebliche Forschungs- und Entwicklungsbemühungen in die Optimierung der Umwändungskomponenten und des Prozesses eingesetzt. Im Allgemeinen haben die Lager in höheren Genauigkeitsklassen glattere, konsequentere Reibungsprofile.

Vorspannung

Die Vorspannung beseitigt den Abstand zwischen Lager und Führung (oder Mut und Schraube), indem die Kontaktfläche zwischen den Komponenten erhöht wird. Dies verleiht dem Lager eine höhere Steifheit und verringert die Ablenkung, führt aber auch zu einer höheren Reibung. Aus diesem Grund ist es ratsam, die niedrigste Vorspannung zu verwenden, die die erforderliche Steifheit und Genauigkeit liefern kann.

Siegel

Von allen Design- und Betriebsmerkmalen linearer Führer und Schrauben, die häufig die größte Reibung beiträgt, ist die Verwendung von Dichtungen. In den meisten Anwendungen erfordern lineare Lager, die auf Kugeln oder Walzen (unabhängig davon, ob rezirkulieren oder nicht) angewiesen sind, Dichtungen, um die Schmierung einzuhalten und Verunreinigungen fernzuhalten. In stark kontaminierten Umgebungen sind in der Regel beide Seiten (laterale) Dichtungen und Enddichtungen erforderlich.
Während die Hersteller eine Vielzahl von Versiegelungsmaterialien und -typen anbieten-von Dichtungen mit leichter Freigabe bis hin zu doppelseitigen, vollständigen Kontaktprofilen-sind die effektivsten Dichtungen natürlich diejenigen, die den größten Kontakt mit der Führung oder der Schraubenkomponente aufnehmen. Aber mehr Kontakt bedeutet mehr Reibung. Verwenden Sie wie bei der Vorspannung bei der Versiegelung die Optionen, die für Anwendung und Umgebung geeignet sind, aber nicht über Bord gehen.

Schmierung

Eine der wichtigsten Funktionen der Schmierung ist die Verringerung der Reibung zwischen Rollen- oder Schiebelemente. Die Verwendung von zu viel Schmierung oder die Verwendung eines Schmiermittels mit hoher Viskosität kann jedoch die Reibung erhöhen. Daher ist es wichtig, den Anweisungen des Herstellers zu befolgen und sowohl den richtigen Typ als auch die richtige Menge des Schmiermittels zu verwenden.

Radiale Lager

In praktisch allen linearen Bewegungssystemen sind radiale Lager vorhanden, wodurch rotierende Komponenten wie Kugel- oder Bleischrittwellen oder die Riemenscheiben in Riemenantriebssystemen verwendet werden. Obwohl im Vergleich zu einer linearen Führung oder Schraube relativ klein, führen diese radialen Lager auch eine Reibung ein, die während des Systemdesigns und der Größe berücksichtigt werden sollte.