Конструкторы и инженеры обычно пытаются избегать или смягчать трение в системах линейного движения. Хотя трение не всегда плохо — в некоторых приложениях оно может обеспечивать демпфирующий эффект и помогать улучшать настройку сервопривода — когда речь идет о системах линейного движения, оно увеличивает количество силы, необходимой для перемещения груза, создает тепло, увеличивает износ и сокращает срок службы.
Системы линейного движения испытывают трение из ряда источников, некоторые из которых можно смягчить с помощью конструкции и надлежащего обслуживания. Здесь мы рассмотрим факторы, которые способствуют трению в системах линейного движения, и обсудим способы уменьшения трения с помощью выбора компонентов и проектирования системы.

Скользящий и катящийся контакт
Одним из основных способов снижения трения в системах линейного движения является использование компонентов с контактом качения, а не скольжения. Например, ходовые винты и направляющие подшипников скольжения, которые основаны на скользящем движении, естественно испытывают более высокое трение, чем элементы качения, из-за большей площади контакта между несущими нагрузку поверхностями.
Подшипники со скользящим контактом также испытывают большую разницу между статическим (пусковым) и динамическим (кинетическим) трением, что приводит к эффекту, известному как скачкообразное движение или прилипание. Скачкообразное движение может привести к тому, что система перескочит целевое положение в начале движения из-за перехода от (более высокого) статического трения к (более низкому) динамическому трению.
Геометрия дорожки качения

Хотя подшипники качения имеют гораздо меньшее трение, чем подшипники скольжения, они не полностью свободны от трения. Ряд факторов — многие из которых присущи конструкции подшипника — способствуют трению в подшипнике качения. Одним из факторов является геометрия дорожки качения или тип и площадь контакта между элементом качения и дорожкой качения.
Подшипники качения обычно используют одну из двух геометрий дорожек качения: двухточечную геометрию круговой дуги или четырехточечную геометрию готической арки (хотя существуют некоторые вариации этих двух конструкций). Для приложений с низким трением обычно предпочтительнее двухточечная геометрия круговой дуги, поскольку она испытывает меньшее дифференциальное скольжение и, следовательно, меньшее трение, чем четырехточечная конструкция готической арки.

Рециркуляция

В рециркуляционных шариковых и роликовых подшипниках количество элементов, несущих нагрузку, постоянно колеблется, поскольку элементы качения переходят в зону нагрузки и из нее. Это вызывает изменения силы трения, которые могут быть пагубными для высокочувствительных приложений, таких как микрообработка и метрология. Чтобы уменьшить эти изменения трения, производители рециркуляционных линейных направляющих (и шариковых винтов) приложили значительные усилия по исследованиям и разработкам для оптимизации компонентов и процесса рециркуляции. В целом, подшипники более высоких классов точности имеют более гладкие, более стабильные профили трения.

Предварительная загрузка

Предварительный натяг устраняет зазор между подшипником и направляющей (или гайкой и винтом) за счет увеличения площади контакта между компонентами. Это обеспечивает подшипнику большую жесткость и уменьшает прогиб, но также приводит к большему трению. Вот почему рекомендуется использовать наименьший уровень предварительного натяга, который может обеспечить требуемую жесткость и точность.

Уплотнения

Из всех конструктивных и эксплуатационных особенностей линейных направляющих и винтов, наиболее часто вносящим трение является использование уплотнений. В большинстве случаев линейные подшипники, которые полагаются на шарики или ролики (рециркуляционные или нет), требуют уплотнений для удержания смазки и предотвращения попадания загрязняющих веществ. А в сильно загрязненных средах обычно требуются как боковые (латеральные) уплотнения, так и торцевые уплотнения.
Хотя производители предлагают разнообразные материалы и типы уплотнений — от уплотнений с небольшим зазором до уплотнений с двухсторонними профилями полного контакта — наиболее эффективными, конечно, являются те, которые обеспечивают максимальный контакт с направляющей или винтовым компонентом. Но чем больше контакт, тем больше трение. Как и в случае с предварительной нагрузкой, когда дело касается герметизации, используйте варианты, которые подходят для области применения и среды, но не переусердствуйте.

Смазка

Одной из основных функций смазки является снижение трения между вращающимися или скользящими элементами. Однако использование слишком большого количества смазки или использование смазки с высокой вязкостью может фактически увеличить трение. Поэтому важно следовать инструкциям производителя и использовать как правильный тип, так и правильное количество смазки.

Радиальные подшипники

Радиальные подшипники присутствуют практически во всех системах линейного движения, поддерживая вращающиеся компоненты, такие как шариковые или ходовые винты или шкивы в системах ременного привода. Хотя эти радиальные подшипники относительно малы по сравнению с линейной направляющей или винтом, они также создают трение, которое следует учитывать при проектировании и выборе размера системы.