설계자와 엔지니어는 일반적으로 선형 운동 시스템에서 마찰을 피하거나 줄이려고 노력합니다. 마찰이 항상 나쁜 것은 아닙니다. 일부 응용 분야에서는 감쇠 효과를 제공하고 서보 튜닝을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 선형 운동 시스템의 경우 마찰은 하중을 움직이는 데 필요한 힘을 증가시키고, 열을 발생시키며, 마모를 증가시키고, 수명을 단축시킵니다.
선형 운동 시스템은 여러 원인으로 인해 마찰을 겪는데, 이러한 마찰 중 일부는 설계 및 적절한 유지 관리를 통해 완화할 수 있습니다. 여기서는 선형 운동 시스템의 마찰을 유발하는 요인들을 살펴보고, 부품 선택 및 시스템 설계를 통해 마찰을 줄이는 방법을 논의합니다.

슬라이딩 접촉 vs. 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 하중을 받는 표면 사이의 접촉 면적이 더 크기 때문에 구름 요소보다 마찰이 더 큽니다.
슬라이딩 접촉 베어링은 정지 마찰(시동 마찰)과 동적 마찰(운동 마찰) 간의 차이가 더 커서 스틱-슬립 또는 스티션이라고 알려진 현상이 발생합니다. 스틱-슬립은 정지 마찰(높음)에서 동적 마찰(낮음)로의 전환으로 인해 시스템이 운동 시작 시 목표 위치를 지나쳐 버리는 원인이 될 수 있습니다.
레이스웨이 기하학

구름 요소 베어링은 슬라이딩 베어링보다 마찰이 훨씬 적지만, 완전히 마찰이 없는 것은 아닙니다. 여러 요인, 특히 베어링 설계 자체에 내재된 요인들이 구름 요소 베어링의 마찰에 영향을 미칩니다. 그중 하나는 궤도면의 형상, 즉 구름 요소와 궤도면 사이의 접촉 유형 및 면적입니다.
구름 베어링은 일반적으로 두 가지 궤도 형상 중 하나를 사용합니다. 2점 원호형 또는 4점 고딕 아치형입니다(물론 이 두 가지 설계의 변형도 존재합니다). 마찰이 적어야 하는 용도에서는 2점 원호형이 일반적으로 선호됩니다. 이는 4점 고딕 아치형보다 차등 슬립이 적어 마찰이 낮기 때문입니다.

재순환

재순환 볼 베어링 및 롤러 베어링에서 하중을 받는 요소의 수는 구름 요소가 하중 영역으로 진입하고 이탈함에 따라 지속적으로 변동합니다. 이러한 변동은 마찰력의 변화를 야기하며, 미세 가공 및 계측과 같은 고감도 응용 분야에 악영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 마찰력 변화를 줄이기 위해 재순환 선형 가이드(및 볼 스크류) 제조업체들은 재순환 구성 요소 및 공정 최적화에 상당한 연구 개발 노력을 기울여 왔습니다. 일반적으로 정밀도가 높은 베어링일수록 마찰 프로파일이 더욱 매끄럽고 일관적입니다.

사전 로드

예압은 베어링과 가이드(또는 너트와 나사) 사이의 접촉 면적을 증가시켜 간극을 없애줍니다. 이를 통해 베어링의 강성이 향상되고 처짐이 감소하지만, 마찰력 또한 증가합니다. 따라서 필요한 강성과 정밀도를 확보할 수 있는 최소한의 예압 수준을 사용하는 것이 좋습니다.

물개

선형 가이드 및 스크류의 설계 및 작동 특성 중 마찰을 가장 많이 유발하는 요소는 바로 씰의 사용입니다. 대부분의 응용 분야에서 볼 또는 롤러를 사용하는 선형 베어링(순환식 여부와 관계없이)은 윤활유를 유지하고 오염 물질의 유입을 막기 위해 씰이 필요합니다. 특히 오염이 심한 환경에서는 측면 씰과 단부 씰 모두가 필수적인 경우가 많습니다.
제조업체들은 약간의 간극이 있는 씰부터 양면 완전 접촉형 씰까지 다양한 재질과 유형의 씰을 제공하지만, 가장 효과적인 씰은 당연히 가이드 또는 스크류 부품과 최대한 접촉하는 씰입니다. 하지만 접촉면이 넓어질수록 마찰도 커집니다. 예압과 마찬가지로 씰링에 있어서도 적용 분야와 환경에 적합한 옵션을 사용해야 하지만, 과도하게 씰링해서는 안 됩니다.

매끄럽게 하기

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

레이디얼 베어링

레이디얼 베어링은 거의 모든 선형 운동 시스템에 사용되며, 볼 스크류 또는 리드 스크류 샤프트, 벨트 구동 시스템의 풀리와 같은 회전 부품을 지지합니다. 선형 가이드나 스크류에 비해 크기는 상대적으로 작지만, 이러한 레이디얼 베어링은 시스템 설계 및 크기 산정 시 고려해야 할 마찰을 발생시킵니다.