설계자와 엔지니어는 일반적으로 선형 운동 시스템에서 마찰을 피하거나 완화하려고 노력합니다. 마찰이 항상 나쁜 것은 아니지만(일부 응용 분야에서는 감쇠 효과를 제공하고 서보 튜닝을 개선하는 데 도움이 될 수 있음), 선형 운동 시스템에서는 하중을 이동하는 데 필요한 힘의 양을 증가시키고, 열을 발생시키고, 마모를 증가시키고, 수명을 단축시킵니다.
선형 운동 시스템은 여러 원인으로 인해 마찰을 경험하며, 그중 일부는 설계 및 적절한 유지 관리를 통해 완화할 수 있습니다. 본 논문에서는 선형 운동 시스템의 마찰에 기여하는 요인들을 살펴보고, 부품 선정 및 시스템 설계를 통해 마찰을 줄이는 방법을 논의합니다.

슬라이딩 접촉과 롤링 접촉
선형 운동 시스템에서 마찰을 줄이는 주요 방법 중 하나는 미끄럼 접촉이 아닌 구름 접촉을 하는 부품을 사용하는 것입니다. 예를 들어, 미끄럼 운동에 의존하는 리드 스크류와 플레인 베어링 가이드는 하중 지지면 사이의 접촉 면적이 더 크기 때문에 구름 접촉 부품보다 자연적으로 더 높은 마찰을 경험합니다.
슬라이딩 접촉 베어링은 정지 마찰(시동)과 동적 마찰(운동) 간의 차이가 더 커지며, 이로 인해 스틱 슬립(stick-slip) 또는 스틱션(stiction)이라는 현상이 발생합니다. 스틱 슬립은 (높은) 정지 마찰에서 (낮은) 동적 마찰로의 전환으로 인해 시스템이 운동 시작 시 목표 위치를 초과하는 현상을 유발할 수 있습니다.
레이스웨이 기하학

구름 베어링은 슬라이딩 베어링보다 마찰이 훨씬 적지만, 마찰이 완전히 없는 것은 아닙니다. 구름 베어링의 마찰에는 여러 요인이 작용하며, 그중 상당수는 베어링 설계 자체에 내재되어 있습니다. 그중 하나는 궤도면의 형상, 즉 구름 베어링과 궤도면 사이의 접촉 유형과 면적입니다.
롤링 베어링은 일반적으로 두 가지 궤도 형상 중 하나를 사용합니다. 2점 원호 형상 또는 4점 고딕 아치 형상입니다(이 두 가지 설계의 일부 변형도 존재합니다). 마찰이 적은 용도에서는 일반적으로 2점 원호 형상이 선호되는데, 이는 4점 고딕 아치 설계보다 차동 슬립이 적어 마찰이 적기 때문입니다.

재순환

재순환 볼 및 롤러 베어링에서, 구름 요소가 하중 영역으로 이동하고 하중 영역에서 벗어날 때 하중을 지지하는 요소의 수는 지속적으로 변동합니다. 이로 인해 마찰력 변화가 발생하여 미세 가공 및 계측과 같은 매우 민감한 응용 분야에 악영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 마찰 변화를 줄이기 위해 재순환 리니어 가이드(및 볼 스크류) 제조업체는 재순환 구성 요소 및 공정 최적화에 상당한 연구 개발 노력을 기울여 왔습니다. 일반적으로 정확도가 높은 베어링은 더 매끄럽고 일관된 마찰 프로파일을 갖습니다.

예압

예압은 베어링과 가이드(또는 너트와 나사) 사이의 접촉 면적을 늘려 간극을 없애줍니다. 이는 베어링의 강성을 높이고 처짐을 줄이지만, 마찰력도 증가시킵니다. 따라서 필요한 강성과 정확도를 제공할 수 있는 가장 낮은 예압 수준을 사용하는 것이 좋습니다.

물개

리니어 가이드와 스크류의 모든 설계 및 작동 방식 중에서 마찰에 가장 큰 영향을 미치는 것은 씰입니다. 대부분의 경우, 볼이나 롤러(재순환 여부와 관계없이)에 의존하는 리니어 베어링은 윤활을 유지하고 오염 물질을 차단하기 위해 씰이 필요합니다. 또한, 오염이 심한 환경에서는 일반적으로 측면 씰과 엔드 씰이 모두 필요합니다.
제조업체는 약간의 틈새가 있는 씰부터 양면 완전 접촉 프로파일을 가진 씰까지 다양한 재질과 유형의 씰을 제공하지만, 가장 효과적인 씰은 가이드 또는 나사 부품과 가장 많이 접촉하는 씰입니다. 하지만 접촉이 많을수록 마찰력도 커집니다. 예압과 마찬가지로, 씰링 시에도 적용 분야와 환경에 적합한 옵션을 사용하되, 과하게 사용하지 마십시오.

매끄럽게 하기

윤활의 주요 기능 중 하나는 구름 또는 미끄러짐 요소 사이의 마찰을 줄이는 것입니다. 하지만 윤활제를 너무 많이 사용하거나 점도가 높은 윤활제를 사용하면 오히려 마찰이 증가할 수 있습니다. 따라서 제조업체의 지침을 따르고 적절한 종류와 양의 윤활제를 사용하는 것이 중요합니다.

레이디얼 베어링

레이디얼 베어링은 거의 모든 선형 운동 시스템에 사용되며, 볼 또는 리드 스크류 샤프트나 벨트 구동 시스템의 풀리와 같은 회전 부품을 지지합니다. 리니어 가이드나 스크류에 비해 상대적으로 작지만, 이러한 레이디얼 베어링은 마찰을 유발하므로 시스템 설계 및 크기 조정 시 이를 고려해야 합니다.