Конструкторы и инженеры обычно стараются избегать или минимизировать трение в системах линейного перемещения. Хотя трение не всегда вредно — в некоторых приложениях оно может обеспечивать демпфирующий эффект и способствовать улучшению настройки сервопривода, — в системах линейного перемещения оно увеличивает усилие, необходимое для перемещения груза, выделяет тепло, ускоряет износ и сокращает срок службы.
Системы линейного перемещения подвержены трению, вызванному рядом причин, некоторые из которых можно снизить за счёт правильной конструкции и обслуживания. Здесь мы рассмотрим факторы, способствующие возникновению трения в системах линейного перемещения, и обсудим способы его снижения посредством выбора компонентов и проектирования системы.

Скользящий и катящийся контакт
Одним из основных способов снижения трения в системах линейного перемещения является использование компонентов с контактом качения, а не скольжения. Например, ходовые винты и направляющие с подшипниками скольжения, работающие по принципу скольжения, по своей природе 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 прерывистое скольжение. Прерывистое скольжение может привести к выходу системы за заданное положение в начале движения из-за перехода от (более высокого) статического трения к (более низкому) динамическому трению.
Геометрия дорожки качения

Хотя подшипники качения имеют значительно меньшее трение, чем подшипники скольжения, они не являются полностью бестрещинными. На трение в подшипниках качения влияет ряд факторов, многие из которых обусловлены конструкцией подшипника. Одним из них является геометрия дорожки качения, то есть тип и площадь контакта между телом качения и дорожкой качения.
Подшипники качения обычно используют одну из двух геометрий дорожек качения: двухточечную геометрию дуги окружности или четырёхточечную геометрию готической арки (хотя существуют и некоторые вариации этих двух конструкций). В условиях низкого трения обычно предпочтительнее двухточечная геометрия дуги окружности, поскольку она испытывает меньшее дифференциальное проскальзывание и, следовательно, меньшее трение, чем четырёхточечная геометрия готической арки.

Рециркуляция

В подшипниках с рециркуляцией шариков и роликов количество элементов, несущих нагрузку, непрерывно меняется по мере перемещения тел качения в зону нагрузки и из неё. Это приводит к изменению силы трения, что может негативно сказаться на работе высокочувствительных систем, таких как микрообработка и метрология. Чтобы уменьшить эти изменения трения, производители линейных направляющих с рециркуляцией (и шариковинтовых передач) вложили значительные средства в исследования и разработки, направленные на оптимизацию компонентов и процесса рециркуляции. В целом, подшипники более высоких классов точности имеют более плавные и стабильные профили трения.

Предварительная загрузка

Предварительный натяг устраняет зазор между подшипником и направляющей (или гайкой и винтом) за счёт увеличения площади контакта между компонентами. Это обеспечивает повышенную жёсткость подшипника и уменьшает прогиб, но также приводит к увеличению трения. Поэтому рекомендуется использовать минимальный предварительный натяг, обеспечивающий требуемую жёсткость и точность.

Печати

Из всех конструктивных и эксплуатационных особенностей линейных направляющих и винтовых механизмов наибольший вклад в трение вносит использование уплотнений. В большинстве случаев линейные подшипники с шариками или роликами (как с рециркуляцией, так и без неё) требуют уплотнений для удержания смазки и предотвращения попадания загрязнений. В условиях сильного загрязнения обычно требуются как боковые (латеральные), так и торцевые уплотнения.
Хотя производители предлагают разнообразные материалы и типы уплотнений — от уплотнений с небольшим зазором до уплотнений с двусторонним полным контактом, — наиболее эффективными, конечно же, являются те, которые обеспечивают максимальный контакт с направляющей или винтовым компонентом. Но чем больше контакт, тем больше трение. Как и в случае с предварительным натягом, при выборе уплотнений используйте варианты, соответствующие области применения и условиям эксплуатации, но не переусердствуйте.

Смазка

Одна из ключевых функций смазки — снижение трения между телами качения или скольжения. Однако чрезмерное использование смазки или использование смазочного материала с высокой вязкостью может привести к его увеличению. Поэтому важно следовать инструкциям производителя и использовать правильный тип и количество смазки.

Радиальные подшипники

Радиальные подшипники присутствуют практически во всех системах линейного перемещения, поддерживая вращающиеся компоненты, такие как валы шариковых или ходовых винтов, а также шкивы в системах ременного привода. Несмотря на относительно небольшие размеры по сравнению с линейными направляющими или винтами, эти радиальные подшипники также создают трение, которое следует учитывать при проектировании и выборе размера системы.