滚珠丝杠传动系统的典型失效及措施
滚珠丝杠传动系统的典型失效及措施
滚珠丝杠传动系统是机械传动的关键部分,它以其高效率(一般>90%)高度用命节能环保等优点在机床、塑料机械、木工机械、自动化等行业得到广泛的使用。了解滚珠丝杠系统失效的典型形式和原因,对合理设计产品、提高工作寿命、降低设备故障率具有很大的帮助。
滚珠丝杠传动系统主要包括滚珠丝杠、螺母、滚珠、反向器、密封件等几部分。滚珠丝杠传动系统典型的损坏失效形式一般分为:表面损伤、严重变形和断裂失效三种。
表面损伤失效指机械零件因表面损伤而造成机械设备无法正常工作或失去精度的现象。主要包括:接触疲劳失效、磨损失效与腐蚀失效。接触疲劳失效是指零件在作滚动或滚滑复合运动时,由于承受交变接触载荷,使表面材料疲劳断裂而形成点蚀或剥落的现象。具体表现有螺母、丝杠的滚道及滚珠的工作表面产生点蚀,材料产生剥落。
产生原因:长期超负荷运行;产品缺陷:如材料、硬度、滚道表面粗糙度等;润滑问题:润滑剂粘度和用量用法不当;固体颗粒侵入,循环作用造成的疲劳损坏;未及时维修或维修不当;设备老化等。措施:选择适当的滚珠丝杠产品;优化润滑方式,选择合适的润滑剂和润滑量;安装时保证零件与环境的清洁,优化密封结构;定期进行产品维护,及时更换疲劳产品。
磨损失效是指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损使各零件逐渐损坏,并最终导致滚珠丝杠系统的精度丧失及其它相关问题。磨损失效是常见的失效形式之一,按磨损形式通常又分为磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损指滚动工作表面之间挤入外来硬质颗粒或异物或金属表面磨屑相互摩擦而引起的磨损,常在工作表面造成犁沟状的擦伤或凹痕。其具体表现为滚珠丝杠系统运行剧烈颤动,有噪声;滚珠运动阻滞,螺母卡死;丝杠、螺母的滚道工作表面有不均匀凹坑,局部剥离。
产生原因:密封不合适或损坏造成金属颗粒等异物侵入;安装或工作环境不清洁,造润滑剂不合适等。措施:选择合适的密封形式,及时更换受损的密封件;改善运输、安装与使用方法和条件;选用合适润滑剂并及时更换等。
粘着磨损指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均,在润滑条件严重恶化时,因局部摩擦生热,造成摩擦面局部变形和材料焊合现象。轻微的粘着磨损称为擦伤,严重的粘着磨损称为咬合。具体表现为滚珠或滚道变粗糙;接触面擦伤、材料卷起。
产生原因:滚珠在进入与离开承载区域时的急剧变速;润滑剂的种类与用量不合适:异物侵入,滚珠滚动受阻;有水侵入等。措施:根据工况选用合适的滚珠丝杠产品;选用合适的润滑剂和润滑量:改善密封等
摩擦副对偶表面在相对滑动过程中,表面材料与周围介质发生化学或电化学反应,并伴随机械作用而引起的材料损坏现象称为腐蚀磨损。
具体表现为滚道工作表面出现不均匀的坑状锈斑或与滚珠节距相同的锈蚀,滚珠丝杠整体生锈及腐蚀。
产生原因:存放或使用不当,水、腐蚀性物质等侵入;温差变化大,形成冷凝水;密封失效;润滑剂、防锈剂不合适等。措施:存放与使用时尽可能避免与水和腐蚀性物质接触;可以改进滚珠丝杠的密封;采用抗腐蚀能力强的润滑剂;暂时不用或停转时采取正确的防锈措施。
变形失效过量变形失效指零件在工作过程中产生超过允许值的变形量而导致整个机械设备无法正常工作,或者工作但产品质量严重下降的现象。具体表现为丝杠、螺母滚道严重变形;滚道工作面出现滚珠节距相同的压痕等。
产生原因:静载荷过高;运输或使用不当,受到大的冲击载荷;异物进入造成运转阻塞等。措施:选择合适的产品;正确运输和使用产品;改善密封等。
断裂失效指零件断裂而导致整个机械设备无法工作的现象。分为疲劳断裂和受到超过材料强度极限的外加负载或冲击载荷造成的过载断裂。具体表现为丝杠、螺母明显的部分脱落或整体裂痕;滚珠碎裂;反向器损坏等。
产生原因:滚珠丝杠载荷过大;安装不好,滚珠丝杠倾斜,挠度过大:使用不当,受到冲击振动,瞬间载荷过大;转速过高,急剧的加减速;异物污染造成滚珠丝杠运动阻塞;材料缺陷,制造不良等。措施:选择合适的产品:采用正确安装方法;查验应用条件,如载荷、运转及温度等;避免冲击、振动:选择合适的密封产品;选择适当的润滑剂与润滑量等。
造成滚珠丝杠系统失效的原因有很多,而一种损坏失效形式也可能是多重因素共同作用的结果,为了最大限度的提高产品的利用率,在选择、设计与使用滚珠丝杠传动系统时应注意以下几个因素。
1)正确的安装安装的工序和的工具;产品与安装环境应清洁;滚珠丝杠系统以及其外围设备的配合应避免过紧或过松;安装的直线度应符合标准,避免倾斜;
2)环境影响滚珠丝杠在以下环境中使用时应采取相应防护措施:过热:灰尘、污物严重;导电;潮湿;腐蚀性化学品(如冷却液)等;
3)工作运行状态外部负载是否超过额定载荷;避免冲击、振动;注意滚珠丝杠系统的临界转速,避免超速等;
4)合理的润滑方式根据工作条件和要求选用合适的润滑剂(不应含固体颗粒);确定合适的润滑方式和润滑量,避免缺润滑或过润滑等。