I progettisti e gli ingegneri in genere cercano 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 servo), quando si tratta di sistemi di movimento lineare, aumenta la quantità di forza richiesta per spostare un carico, crea calore, aumenta l'usura, e riduce la vita.
I sistemi di movimento lineare subiscono attriti provenienti da diverse fonti, alcune delle quali possono essere mitigate attraverso la progettazione e una corretta manutenzione. Qui esamineremo i fattori che contribuiscono all'attrito nei sistemi di movimento lineare e discuteremo i modi per ridurre l'attrito attraverso la selezione dei componenti e la progettazione del sistema.

Contatto strisciante e contatto rotolante
Uno dei modi principali per ridurre l'attrito nei sistemi di movimento lineare è utilizzare componenti con contatto volvente, anziché scorrevole. Ad esempio, le viti e le guide con cuscinetti a strisciamento, che si basano sul movimento di scorrimento, 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 sperimentano anche una maggiore differenza tra attrito statico (avvio) e dinamico (cinetico), che porta a un effetto noto come stick-slip o attrito. Lo stick-slip può far sì che un sistema superi la sua posizione target all'inizio del movimento, a causa della transizione dall'attrito statico (maggiore) all'attrito dinamico (minore).
Geometria delle piste

Sebbene i cuscinetti volventi abbiano un attrito molto inferiore rispetto a quelli scorrevoli, non sono completamente privi di attrito. Numerosi fattori, molti dei quali inerenti alla progettazione del cuscinetto, contribuiscono all’attrito in un cuscinetto volvente. Un fattore è la geometria della pista, ovvero il tipo e l'area di contatto tra l'elemento volvente e la pista.
I cuscinetti volventi utilizzano tipicamente una delle due geometrie delle piste: geometria ad arco circolare a due punti o geometria ad arco gotico a quattro punti (sebbene esistano alcune varianti di questi due modelli). Per le applicazioni a basso attrito, la geometria dell'arco circolare a due punti è generalmente preferita, perché presenta un minore slittamento differenziale e, quindi, un attrito inferiore rispetto al design dell'arco gotico a quattro punti.

Ricircolo

Nei cuscinetti a ricircolo di sfere e rulli, il numero di elementi che trasportano il carico fluttua continuamente man mano che gli elementi volventi entrano ed escono dalla zona di carico. Ciò provoca 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 ricircolo di sfere) hanno compiuto notevoli sforzi di ricerca e sviluppo per ottimizzare i componenti e il processo di ricircolo. In generale, i cuscinetti delle classi di precisione più elevate presentano profili di attrito più uniformi e uniformi.

Precarica

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

Sigilli

Di tutte le caratteristiche di progettazione e funzionamento delle guide lineari e delle viti, quella che spesso contribuisce maggiormente all'attrito è l'uso delle guarnizioni. Nella maggior parte delle applicazioni, i cuscinetti lineari che si basano su sfere o rulli (a ricircolo o meno) richiedono guarnizioni per mantenere la lubrificazione e impedire l'ingresso di contaminanti. Inoltre, in ambienti altamente contaminati, sono generalmente necessarie sia le tenute laterali (laterali) che quelle terminali.
Sebbene i produttori offrano una varietà di materiali e tipi di guarnizioni, che vanno dalle guarnizioni con leggero gioco a quelle con profili a contatto completo su entrambi i lati, le guarnizioni più efficaci sono, ovviamente, quelle che creano il maggior contatto con la guida o il componente della vite. Ma più contatto significa più attrito. Come per il precarico, quando si tratta di sigillatura, utilizzare le opzioni appropriate per l'applicazione e l'ambiente, ma senza esagerare.

Lubrificazione

Una delle funzioni chiave della lubrificazione è ridurre l'attrito tra gli elementi volventi o scorrevoli. Ma usare troppa lubrificazione, o usare un lubrificante ad alta viscosità, può effettivamente aumentare l’attrito. Quindi è importante seguire le istruzioni del produttore e utilizzare sia il giusto tipo che la giusta quantità di lubrificante.

Cuscinetti radiali

I cuscinetti radiali sono presenti praticamente in tutti i sistemi di movimento lineare e supportano componenti rotanti come alberi a ricircolo di sfere o viti di comando o pulegge nei sistemi di trasmissione a cinghia. Sebbene siano relativamente piccoli se paragonati a una guida lineare o a una vite, questi cuscinetti radiali introducono anche un attrito di cui è necessario tenere conto durante la progettazione e il dimensionamento del sistema.