Les concepteurs et les ingénieurs cherchent généralement à éviter ou à atténuer le frottement dans les systèmes de mouvement linéaire. Bien que le frottement ne soit pas toujours néfaste – dans certaines applications, il peut procurer un effet d'amortissement et améliorer le réglage des servomoteurs –, dans les systèmes de mouvement linéaire, il augmente la force nécessaire pour déplacer une charge, génère de la chaleur, augmente l'usure et réduit 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 adéquates. Nous examinerons ici les facteurs contribuant au frottement dans les systèmes de mouvement linéaire et discuterons des moyens de le réduire grâce au choix des composants et à la conception du système.

Contact coulissant ou roulant
L'un des principaux moyens de réduire le frottement dans les systèmes de mouvement linéaire consiste à utiliser des composants à contact roulant plutôt que glissant. Par exemple, les vis-mères et les guidages à palier lisse, qui reposent sur un mouvement de glissement, subissent naturellement un frottement plus élevé que les éléments roulants, en raison de la plus grande surface de contact entre les surfaces porteuses.
Les roulements à contact glissant subissent également une différence plus importante entre frottements statique (au démarrage) et dynamique (cinétique), ce qui entraîne un effet appelé « stick-slip » ou « stiction ». Ce phénomène peut entraîner un dépassement de la position cible du système au début du mouvement, en raison du passage d'un frottement statique (plus élevé) à un frottement dynamique (plus faible).
Géométrie du chemin de roulement

Bien que les roulements à éléments roulants présentent un 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 du roulement, contribuent au frottement. L'un d'eux est la géométrie du chemin de roulement, c'est-à-dire le type et la surface de contact entre l'élément roulant et le chemin de roulement.
Les roulements utilisent généralement deux géométries de chemin de roulement : la géométrie en arc de cercle à deux points et la géométrie en arc gothique à quatre points (bien qu'il existe des 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 donc un frottement plus faible, que la conception en arc gothique à quatre points.

Recirculation

Dans les roulements à recirculation de billes et de rouleaux, le nombre d'éléments supportant la charge fluctue continuellement lorsque les éléments roulants entrent et sortent de la zone de charge. Cela entraîne des variations de la force de frottement, ce qui peut nuire aux applications très sensibles telles que le micro-usinage et la métrologie. Afin de réduire ces variations de frottement, les fabricants de guidages linéaires à recirculation (et de vis à billes) ont déployé d'importants efforts de recherche et développement pour optimiser les composants et le processus de recirculation. En général, les roulements de précision supérieure présentent des profils de frottement plus réguliers et plus constants.

Précharge

La précharge élimine le jeu entre le roulement et le guide (ou l'écrou et la vis) en augmentant la surface de contact entre les composants. Cela confère au roulement une plus grande rigidité et réduit la déflexion, mais entraîne également une augmentation des frottements. C'est pourquoi il est recommandé d'utiliser le niveau de précharge le plus faible capable d'assurer la rigidité et la précision requises.

Scellés

Parmi toutes les caractéristiques de conception et de fonctionnement des guidages linéaires et des vis, l'utilisation de joints est souvent celle qui génère le plus de frottements. Dans la plupart des applications, les roulements linéaires à billes ou à rouleaux (à recirculation ou non) nécessitent des joints pour maintenir 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 aux joints à double face à contact intégral, les joints les plus efficaces sont bien sûr ceux qui assurent un contact maximal avec le guide ou la vis. Or, plus de contact implique plus de frottement. Comme pour la précharge, en matière d'étanchéité, privilégiez les options adaptées à l'application et à l'environnement, sans exagérer.

Lubrification

L'une des fonctions clés de la lubrification est de réduire la friction entre les éléments roulants ou coulissants. Cependant, une lubrification excessive ou l'utilisation d'un lubrifiant à viscosité élevée peut augmenter la friction. Il est donc important de suivre les instructions du fabricant et d'utiliser le bon type et la bonne quantité de lubrifiant.

Roulements radiaux

Les roulements 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 les poulies des systèmes d'entraînement par courroie. Bien que relativement petits par rapport à un guide linéaire ou à une vis, ces roulements radiaux génèrent également des frottements qui doivent être pris en compte lors de la conception et du dimensionnement du système.