Конструкторы и инженеры обычно стараются избежать или смягчить трение в системах линейного движения.Хотя трение не всегда плохо — в некоторых приложениях оно может обеспечить эффект демпфирования и помочь улучшить настройку сервопривода — когда дело доходит до систем линейного движения, оно увеличивает величину силы, необходимой для перемещения груза, создает тепло, увеличивает износ, и сокращает жизнь.
Системы линейного движения испытывают трение, вызванное рядом источников, некоторые из которых можно смягчить за счет проектирования и надлежащего обслуживания.Здесь мы рассмотрим факторы, которые способствуют трению в системах линейного движения, и обсудим способы снижения трения за счет выбора компонентов и проектирования системы.

Скользящий и подвижный 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 поверхностями.
Подшипники со скользящим контактом также испытывают большую разницу между статическим (пусковым) и динамическим (кинетическим) трением, что приводит к эффекту, известному как прерывистое скольжение или залипание.Прерывистое скольжение может привести к тому, что система выйдет за пределы своего целевого положения 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 лишены 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 телом качения и дорожкой качения.
В подшипниках качения обычно используется одна из двух геометрий дорожек качения: геометрия двухточечной дуги окружности или геометрия готической арки с четырьмя точками (хотя существуют некоторые варианты этих двух конструкций).Для применений с низким коэффициентом трения обычно предпочтительна двухточечная геометрия дуги окружности, поскольку она испытывает меньшее дифференциальное скольжение и, следовательно, меньшее трение, чем конструкция готической арки с четырьмя точками.

Рециркуляция

В шариковых и роликовых подшипниках с рециркуляцией количество элементов, несущих нагрузку, постоянно колеблется по мере того, как тела качения входят в зону нагрузки и выходят из нее.Это вызывает изменения силы трения, что может быть вредно для высокочувствительных приложений, таких как микрообработка и метрология.Чтобы уменьшить эти изменения трения, производители линейных направляющих с рециркуляцией (и ШВП) приложили значительные усилия в области исследований и разработок для оптимизации компонентов и процесса рециркуляции.В целом подшипники более высоких классов точности имеют более гладкие и стабильные профили трения.

Предварительная загрузка

Предварительная нагрузка устраняет зазор между подшипником и направляющей (или гайкой и винтом) за счет увеличения площади контакта между компонентами.Это обеспечивает подшипнику более высокую жесткость и уменьшает прогиб, но также приводит к увеличению трения.Вот почему рекомендуется использовать самый низкий уровень предварительной нагрузки, который может обеспечить требуемую жесткость и точность.

Морские котики

Из всех конструктивных и эксплуатационных особенностей линейных направляющих и винтов наиболее часто причиной трения является использование уплотнений.В большинстве случаев линейные подшипники, в которых используются шарики или ролики (как с рециркуляцией, так и без), требуют уплотнений для удержания смазки и предотвращения попадания загрязнений.А в сильно загрязненных средах обычно требуются как боковые (боковые), так и торцевые уплотнения.
Хотя производители предлагают различные материалы и типы уплотнений — от уплотнений с небольшим зазором до уплотнений с двусторонним профилем полного контакта — наиболее эффективными уплотнениями, конечно же, являются те, которые обеспечивают наибольший контакт с направляющей или винтовым компонентом.Но больший контакт означает большее трение.Как и в случае с предварительной нагрузкой, когда дело доходит до герметизации, используйте параметры, подходящие для применения и окружающей среды, но не переусердствуйте.

Смазка

Одной из ключевых функций смазки является уменьшение трения между элементами качения или скольжения.Но использование слишком большого количества смазки или использование смазки с высокой вязкостью может фактически увеличить трение.Поэтому важно следовать инструкциям производителя и использовать правильный тип и необходимое количество смазочного материала.

Радиальные подшипники

Радиальные подшипники присутствуют практически во всех системах линейного перемещения, поддерживая вращающиеся компоненты, такие как валы с шариками или ходовыми винтами или шкивы в системах ременной передачи.Несмотря на относительно небольшие размеры по сравнению с линейной направляющей или винтом, эти радиальные подшипники также создают трение, которое следует учитывать при проектировании и определении размеров системы.