滾珠絲杠精度損失的分析
滾珠絲杠精度損失的分析
滾珠絲杠可實現旋轉運動與直線運動之間轉換，是數控機床進給系統的關鍵功能部件，一方面，滾珠絲杠的精度保持性決定了工作性能和使用壽命，也直接影響了使用滾珠絲杠的作為運動傳遞部件的機床性能。另一方面，工業對高精度滾珠絲杠的需求越來越多，促使滾珠絲杠的發展。滾珠絲杠的精度損失主要與滾珠-絲杠和滾珠-螺母接觸面上的磨損有關，而磨損也是預緊力降低的原因。雖然可以通過調整預緊結構，使滾珠絲杠的預緊力回到初始水平，然如果精度損失超過極限值，將被判定為精度失效。如果這種被判定為精度失效的滾珠絲杠被繼續使用，滾珠絲杠將失去其可靠性和安全性。因此，提出一種可以計算出滾珠絲杠精度損失、預測精度變化趨勢的計算方式非常必要的。為了研究滾珠絲杠精度損失的規律，首先分析了滾珠絲杠精度損失機理，為后續精度損失計算方法提供依據；后面再滾珠絲杠運動學特性分析的基礎上，結合滾珠絲杠的滾珠與滾道之間滑動運動、彈性變形、家畜特性及預緊力與摩擦力矩的關系，針對雙螺母預緊式滾珠絲杠的受力特點，對滾珠絲杠精度損失進行計算。
滾珠絲杠精度損失主要是由，磨損造成的，根據磨損機理的不同，磨損可分為磨粒磨損、黏著磨損、腐蝕磨損幾種方式。滾珠絲杠在運行過程中可能會出現多種磨損形式。初始階段：滾道與滾柱的接觸面比較光滑，僅存在黏著磨損，滾珠絲杠的精度損失也比較緩慢；隨著黏著磨損進行，滾珠絲杠表面有金屬顆粒脫落，出現磨粒磨損；脫落后形成新的金屬表面在潤滑介質和溫度的下可能會發生電化學反應，從而造成腐蝕磨損。到這一個階段，滾珠絲杠的磨損量已經急劇加大。另外，滾珠絲杠長期的循環接觸應力的作用下，滾道表面可能在細微裂紋滋生，造成接觸表面材料的剝落，疲勞磨損。
滾珠絲杠的精度損失是在磨損作用下的一個復雜過程，精度損失過程可能受多種磨損的影響。但是，在滾珠絲杠磨損量急劇加大前，精度損失過程可能受多種磨損形式的影響。但是，滾珠絲杠磨損量急劇加大前，精度損失主要發生在滾珠絲杠黏著磨損階段，即黏著磨損是其精度持續下降的根本原因。
黏著磨損是指由于黏著效應形成的黏著節點發生剪切斷裂，被剪切材料脫落成磨屑的一類磨損。黏著磨損從微觀角度可表述為：滾珠絲杠的接觸表面存在很多接觸峰，實際接觸面積只有表觀面積的0.01-0.1%，當滾珠在滾道中運動時，接觸峰間相互擠壓，接觸峰點的表面壓力迅速增大，并產生1000℃以上的瞬現溫度；由于摩擦的體積遠大于接觸點，一旦脫離接觸，峰點的溫度便迅速下降，一般局部高溫持續時間只有幾毫秒；摩擦表面處于這種狀態下，潤滑油膜等表面將發生破裂，使接觸峰點產生黏著，隨后滑動中黏著節點被破壞；即黏著磨損是一種黏著、破壞、再黏著的交替過程。滾珠絲杠的接觸表面在這種交替過程中，精度逐漸喪失直至超過規定的精度指標范圍。
理論認為磨損量與滑動距離和法向載荷成正比，在摩擦中軟質材料的屈服極限成反比，因此對于精度損失機床需要進行必要的溫度計算和受力分析。另外，滾珠絲杠在使用時，為了消除軸向間隙引起的空回誤差，常采用雙螺母預緊的結構。雙螺母墊片式預緊結構具有結構簡單、裝卸方便、工作可靠、剛性好等優勢，應用較為廣泛。
下一篇：滾珠絲杠使用的相關問題及解決
上一篇：滾珠絲杠溫升產生的精度影響
掃一掃，關注我們