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(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動之間轉(zhuǎn)換，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的關(guān)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(yùn)動傳遞部件的機(jī)床性能。另一方面，工業(yè)對高精度滾珠絲杠的需求越來越多，促使?jié)L珠絲杠的發(fā)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(guān)，而磨損也是預(yù)緊力降低的原因。雖然可以通過調(diào)整預(yù)緊結(jié)構(gòu)，使?jié)L珠絲杠的預(yù)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(xù)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(jì)算出滾珠絲杠精度損失、預(yù)測精度變化趨勢的計(jì)算方式非常必要的。為了研究滾珠絲杠精度損失的規(guī)律，首先分析了滾珠絲杠精度損失機(jī)理，為后續(xù)精度損失計(jì)算方法提供依據(jù)；后面再滾珠絲杠運(yùn)動學(xué)特性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合滾珠絲杠的滾珠與滾道之間滑動運(yùn)動、彈性變形、家畜特性及預(yù)緊力與摩擦力矩的關(guān)系，針對雙螺母預(yù)緊式滾珠絲杠的受力特點(diǎn)，對滾珠絲杠精度損失進(jìn)行計(jì)算。
滾珠絲杠精度損失主要是由，磨損造成的，根據(jù)磨損機(jī)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(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)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(jìn)行，滾珠絲杠表面有金屬顆粒脫落，出現(xiàn)磨粒磨損；脫落后形成新的金屬表面在潤滑介質(zhì)和溫度的下可能會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而造成腐蝕磨損。到這一個階段，滾珠絲杠的磨損量已經(jīng)急劇加大。另外，滾珠絲杠長期的循環(huán)接觸應(yīng)力的作用下，滾道表面可能在細(xì)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(fù)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(fā)生在滾珠絲杠黏著磨損階段，即黏著磨損是其精度持續(xù)下降的根本原因。
黏著磨損是指由于黏著效應(yīng)形成的黏著節(jié)點(diǎn)發(fā)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(shí)際接觸面積只有表觀面積的0.01-0.1%，當(dāng)滾珠在滾道中運(yùn)動時，接觸峰間相互擠壓，接觸峰點(diǎn)的表面壓力迅速增大，并產(chǎn)生1000℃以上的瞬現(xiàn)溫度；由于摩擦的體積遠(yuǎn)大于接觸點(diǎn)，一旦脫離接觸，峰點(diǎn)的溫度便迅速下降，一般局部高溫持續(xù)時間只有幾毫秒；摩擦表面處于這種狀態(tài)下，潤滑油膜等表面將發(fā)生破裂，使接觸峰點(diǎn)產(chǎn)生黏著，隨后滑動中黏著節(jié)點(diǎn)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(guī)定的精度指標(biāo)范圍。
理論認(rèn)為磨損量與滑動距離和法向載荷成正比，在摩擦中軟質(zhì)材料的屈服極限成反比，因此對于精度損失機(jī)床需要進(jìn)行必要的溫度計(jì)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(yù)緊的結(jié)構(gòu)。雙螺母墊片式預(yù)緊結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便、工作可靠、剛性好等優(yōu)勢，應(yīng)用較為廣泛。
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