Les concepteurs et les ingénieurs s'efforcent généralement d'éviter ou de réduire les frottements dans les systèmes de mouvement linéaire. Bien que les frottements ne soient pas toujours néfastes — dans certaines applications, ils peuvent amortir les chocs et améliorer le réglage des servomoteurs —, dans les systèmes de mouvement linéaire, ils augmentent la force nécessaire au déplacement d'une charge, génèrent de la chaleur, accélèrent l'usure et réduisent la durée de vie.
Les systèmes de mouvement linéaire subissent des frottements provenant de diverses sources, dont certains peuvent être atténués par une conception et une maintenance appropriées. Nous examinerons ici les facteurs contribuant aux frottements dans les systèmes de mouvement linéaire et discuterons des moyens de les réduire grâce au choix des composants et à la conception du système.

Contact glissant vs contact roulant
L'un des principaux moyens de réduire le frottement dans les systèmes de mouvement linéaire consiste à utiliser des composants à contact de roulement plutôt que de glissement. Par exemple, les vis-mères et les guides à paliers lisses, qui fonctionnent par glissement, subissent naturellement un frottement plus élevé que les éléments à roulement, en raison d'une surface de contact plus importante entre les surfaces porteuses.
Les paliers à contact glissant subissent une différence plus marquée entre le frottement statique (au démarrage) et le frottement dynamique (cinétique), ce qui engendre un phénomène appelé stick-slip ou adhérence. Le stick-slip peut provoquer un dépassement de la position cible par le système au début du mouvement, en raison de la transition entre le frottement statique (plus élevé) et le frottement dynamique (plus faible).
Géométrie des chemins de roulement

Bien que les roulements à billes présentent un coefficient de frottement bien inférieur à celui des roulements à glissement, ils ne sont pas totalement exempts de frottement. Plusieurs facteurs, dont beaucoup sont inhérents à la conception même du roulement, contribuent au frottement. Parmi ces facteurs figure la géométrie de la piste de roulement, c'est-à-dire le type et la surface de contact entre l'élément roulant et la piste.
Les roulements utilisent généralement l'une des deux géométries de chemin de roulement suivantes : l'arc de cercle à deux points ou l'arche gothique à quatre points (bien qu'il existe quelques variantes de ces deux conceptions). Pour les applications à faible frottement, la géométrie en arc de cercle à deux points est généralement privilégiée, car elle présente un glissement différentiel moindre et, par conséquent, un frottement plus faible que la géométrie en arche gothique à quatre points.

Recirculation

Dans les roulements à billes et à rouleaux à recirculation, le nombre d'éléments supportant la charge fluctue continuellement lors des transitions entre la zone de charge et la zone de roulement. Ceci engendre des variations de la force de frottement, susceptibles de nuire aux applications de haute précision telles que la micro-usinage et la métrologie. Afin de réduire ces variations de frottement, les fabricants de guidages linéaires (et de vis à billes) à recirculation ont investi massivement dans la recherche et le développement pour optimiser les composants et le processus de recirculation. De manière générale, les roulements de classes de précision supérieures présentent des profils de frottement plus réguliers et constants.

Préchargement

La précharge élimine le jeu entre le roulement et le guide (ou entre l'écrou et la vis) en augmentant la surface de contact entre les composants. Ceci confère au roulement une plus grande rigidité et réduit sa déformation, mais engendre également un frottement accru. C'est pourquoi il est conseillé d'utiliser le niveau de précharge le plus faible permettant d'obtenir la rigidité et la précision requises.

Scellés

Parmi les caractéristiques de conception et de fonctionnement des guidages linéaires et des vis, l'utilisation de joints d'étanchéité est souvent la principale source de frottement. Dans la plupart des applications, les paliers linéaires à billes ou à rouleaux (à recirculation ou non) nécessitent des joints d'étanchéité pour assurer la lubrification et empêcher la pénétration de contaminants. Dans les environnements fortement contaminés, des joints latéraux et des joints d'extrémité sont généralement nécessaires.
Bien que les fabricants proposent une variété de matériaux et de types de joints — allant des joints à faible jeu à ceux à double face et à contact total —, les joints les plus efficaces sont, bien entendu, ceux qui offrent la plus grande surface de contact avec le guide ou la vis. Cependant, un contact plus important engendre davantage de friction. Comme pour la précharge, en matière d'étanchéité, il convient d'utiliser les options appropriées à l'application et à l'environnement, sans excès.

Lubrification

L'une des principales fonctions de la lubrification est de réduire le frottement entre les éléments en mouvement de roulement ou de glissement. Cependant, un excès de lubrifiant ou l'utilisation d'un lubrifiant à viscosité élevée peut paradoxalement accroître ce frottement. Il est donc essentiel de suivre les instructions du fabricant et d'utiliser le type et la quantité de lubrifiant appropriés.

Roulements radiaux

Les paliers radiaux sont présents dans la quasi-totalité des systèmes de mouvement linéaire, supportant des composants rotatifs tels que les arbres à billes ou à vis sans fin, ou encore les poulies des systèmes d'entraînement par courroie. Bien que relativement petits comparés à un guide linéaire ou à une vis, ces paliers radiaux génèrent également des frottements dont il faut tenir compte lors de la conception et du dimensionnement du système.