Progettisti e ingegneri cercano in genere di evitare o mitigare l'attrito nei sistemi di movimento lineare. Sebbene l'attrito non sia sempre negativo (in alcune applicazioni può fornire un effetto di smorzamento e contribuire a migliorare la messa a punto del servomotore), nei sistemi di movimento lineare aumenta la forza necessaria per spostare un carico, genera calore, aumenta l'usura e ne riduce la durata.
I sistemi di movimento lineare sono soggetti ad attrito da diverse fonti, alcune delle quali possono essere mitigate attraverso una progettazione e una manutenzione adeguata. In questo articolo, analizzeremo i fattori che contribuiscono all'attrito nei sistemi di movimento lineare e discuteremo come ridurlo attraverso la selezione dei componenti e la progettazione del sistema.

Contatto scorrevole vs. contatto volvente
Uno dei modi principali per ridurre l'attrito nei sistemi di movimento lineare è utilizzare componenti con contatto volvente, anziché strisciante. Ad esempio, le viti di comando e le guide a strisciamento, che si basano sul movimento strisciante, subiscono naturalmente un attrito maggiore rispetto agli elementi volventi, a causa della maggiore area di contatto tra le superfici portanti.
I cuscinetti con contatto strisciante subiscono inoltre una maggiore differenza tra attrito statico (avvio) e dinamico (cinetico), che porta a un effetto noto come stick-slip, o attrito statico. Lo stick-slip può causare il superamento della posizione target di un sistema all'inizio del movimento, a causa della transizione da un attrito statico (maggiore) a un attrito dinamico (minore).
Geometria della pista

Sebbene i cuscinetti volventi abbiano un attrito molto inferiore rispetto ai tipi a strisciamento, non sono completamente privi di attrito. Diversi fattori, molti dei quali inerenti alla progettazione del cuscinetto, contribuiscono all'attrito in un cuscinetto volvente. Un fattore è la geometria della pista di rotolamento, ovvero il tipo e l'area di contatto tra il corpo volvente e la pista.
I cuscinetti volventi utilizzano in genere una delle due geometrie delle piste di rotolamento: la geometria ad arco circolare a due punti o la geometria ad arco gotico a quattro punti (sebbene esistano alcune varianti di queste due configurazioni). Per applicazioni a basso attrito, la geometria ad arco circolare a due punti è generalmente preferita, poiché presenta uno slittamento differenziale inferiore e, di conseguenza, un attrito inferiore rispetto alla geometria ad arco gotico a quattro punti.

Ricircolo

Nei cuscinetti a ricircolo di sfere e rulli, il numero di elementi che sopportano il carico varia continuamente man mano che i corpi volventi entrano ed escono dalla zona di carico. Ciò causa variazioni nella forza di attrito, che possono essere dannose per applicazioni altamente sensibili come la microlavorazione e la metrologia. Per ridurre queste variazioni di attrito, i produttori di guide lineari a ricircolo (e viti a sfere) hanno investito notevoli risorse in ricerca e sviluppo per ottimizzare i componenti e il processo di ricircolo. In generale, i cuscinetti con classi di precisione più elevate presentano profili di attrito più uniformi e uniformi.

Precarico

Il precarico elimina il gioco tra cuscinetto e guida (o tra madrevite e vite) aumentando l'area di contatto tra i componenti. Ciò conferisce al cuscinetto una maggiore rigidità e riduce la flessione, ma comporta anche un maggiore attrito. Per questo motivo, è consigliabile utilizzare il livello di precarico più basso, in grado di fornire la rigidità e la precisione richieste.

Foche

Tra tutte le caratteristiche progettuali e operative delle guide lineari e delle viti, quella che spesso contribuisce maggiormente all'attrito è l'utilizzo di guarnizioni. Nella maggior parte delle applicazioni, i cuscinetti lineari a sfere o rulli (a ricircolo o meno) richiedono guarnizioni per mantenere la lubrificazione e impedire l'ingresso di contaminanti. In ambienti altamente contaminati, sono in genere necessarie guarnizioni sia laterali che frontali.
Sebbene i produttori offrano una varietà di materiali e tipologie di guarnizioni, da quelle con gioco ridotto a quelle con profili a contatto completo su entrambi i lati, le guarnizioni più efficaci sono, ovviamente, quelle che creano il contatto maggiore con la guida o il componente a vite. Ma un maggiore contatto significa maggiore attrito. Come per il precarico, anche per quanto riguarda la tenuta, è opportuno utilizzare le opzioni appropriate per l'applicazione e l'ambiente, ma senza esagerare.

Lubrificazione

Una delle funzioni principali della lubrificazione è quella di ridurre l'attrito tra elementi volventi o striscianti. Tuttavia, un eccesso di lubrificazione, o l'utilizzo di un lubrificante ad alta viscosità, può effettivamente aumentare l'attrito. È quindi importante seguire le istruzioni del produttore e utilizzare il tipo e la quantità di lubrificante corretti.

cuscinetti radiali

I cuscinetti radiali sono presenti praticamente in tutti i sistemi di movimento lineare, a supporto di componenti rotanti come alberi a ricircolo di sfere o viti madri o pulegge nei sistemi di trasmissione a cinghia. Sebbene relativamente piccoli rispetto a una guida lineare o a una vite, questi cuscinetti radiali introducono anche attrito, di cui è necessario tenere conto in fase di progettazione e dimensionamento del sistema.