Les concepteurs et les ingénieurs tentent généralement d'éviter ou d'atténuer la friction dans les systèmes à mouvement linéaire. Bien que la friction ne soit pas toujours mauvaise (dans certaines applications, elle peut produire un effet d'amortissement et aider à améliorer le réglage des servos), lorsqu'il s'agit de systèmes à mouvement linéaire, elle augmente la quantité de force requise pour déplacer une charge, crée de la chaleur, augmente l'usure, et réduit la vie.
Les systèmes à mouvement linéaire subissent des frictions provenant d'un certain nombre de sources, dont certaines peuvent être atténuées grâce à une conception et une maintenance appropriée. Ici, nous examinerons les facteurs qui contribuent au frottement dans les systèmes à mouvement linéaire et discuterons des moyens de réduire le frottement grâce à la sélection des composants et à la conception du système.

Contact glissant ou roulant
L’un des principaux moyens de réduire la friction dans les systèmes à mouvement linéaire consiste à utiliser des composants avec un contact roulant plutôt que coulissant. Par exemple, les vis-mères et les guides à paliers lisses, qui reposent sur un mouvement de glissement, subissent naturellement une friction plus élevée que les éléments roulants, en raison de la plus grande surface de contact entre les surfaces portantes.
Les roulements à contact glissant subissent également une plus grande différence entre le frottement statique (démarrage) et dynamique (cinétique), ce qui conduit à un effet connu sous le nom de stick-slip, ou frottement. Le stick-slip peut amener un système à dépasser sa position cible au début du mouvement, en raison de la transition d'un frottement statique (supérieur) à un frottement dynamique (inférieur).
Géométrie du chemin de roulement

Bien que les roulements à éléments roulants aient une friction beaucoup plus faible que les types coulissants, ils ne sont pas totalement exempts de friction. Un certain nombre de facteurs, dont beaucoup sont inhérents à la conception du roulement, contribuent au frottement dans un roulement. Un facteur est la géométrie du chemin de roulement, ou le type et la zone de contact entre l'élément roulant et le chemin de roulement.
Les roulements utilisent généralement l'une des deux géométries de chemin de roulement : géométrie en arc de cercle à deux points ou géométrie en arc gothique à quatre points (bien que certaines variantes de ces deux conceptions existent). Pour les applications à faible frottement, la géométrie en arc de cercle à deux points est généralement préférée, car elle subit moins de glissement différentiel, et donc un frottement plus faible, que la conception en arc gothique à quatre points.

Recirculation

Dans les roulements à recirculation de billes et de rouleaux, le nombre d'éléments supportant la charge fluctue continuellement à mesure que les éléments roulants entrent et sortent de la zone de charge. Cela provoque des variations de force de frottement, qui peuvent être préjudiciables aux applications très sensibles telles que le micro-usinage et la métrologie. Pour réduire ces variations de frottement, les fabricants de guides linéaires à recirculation (et de vis à billes) ont déployé d'importants efforts de recherche et développement pour optimiser les composants et le processus de recirculation. En général, les roulements des classes de précision supérieures ont des profils de friction plus lisses et plus cohérents.

Préchargement

La précharge élimine le jeu entre le roulement et le guide (ou l'écrou et la vis) en augmentant la zone de contact entre les composants. Cela confère au roulement une plus grande rigidité et réduit la déflexion, mais cela conduit également à un frottement plus élevé. C'est pourquoi il est conseillé d'utiliser le niveau de précharge le plus bas pouvant fournir la rigidité et la précision requises.

Scellés

Parmi toutes les caractéristiques de conception et de fonctionnement des guides linéaires et des vis, celle qui contribue souvent le plus au frottement est l'utilisation de joints. Dans la plupart des applications, les roulements linéaires qui reposent sur des billes ou des rouleaux (qu'ils soient à recirculation ou non) nécessitent des joints pour conserver la lubrification et empêcher les contaminants d'entrer. Et dans les environnements hautement contaminés, des joints latéraux (latéraux) et des joints d'extrémité sont généralement nécessaires.
Alors que les fabricants proposent une variété de matériaux et de types de joints, allant des joints avec un léger jeu à ceux avec des profils double face à contact complet, les joints les plus efficaces sont, bien entendu, ceux qui entrent le plus en contact avec le guide ou le composant de vis. Mais plus de contact signifie plus de friction. Comme pour la précharge, en matière d'étanchéité, utilisez les options adaptées à l'application et à l'environnement, mais n'allez pas trop loin.

Lubrification

L’une des fonctions clés de la lubrification est de réduire la friction entre les éléments roulants ou coulissants. Mais utiliser trop de lubrification ou utiliser un lubrifiant à haute viscosité peut en fait augmenter la friction. Il est donc important de suivre les instructions du fabricant et d'utiliser le bon type et la bonne quantité de lubrifiant.

Roulements radiaux

Les roulements radiaux sont présents dans pratiquement tous les systèmes de mouvement linéaire, supportant les composants rotatifs tels que les arbres à billes ou à vis mère ou les poulies dans les systèmes d'entraînement par courroie. Bien que relativement petits par rapport à un guide linéaire ou à une vis, ces roulements radiaux introduisent également un frottement qui doit être pris en compte lors de la conception et du dimensionnement du système.