滚珠丝杠精度损失的分析
滚珠丝杠精度损失的分析
滚珠丝杠可实现旋转运动与直线运动之间转换，是数控机床进给系统的关键功能部件，一方面，滚珠丝杠的精度保持性决定了工作性能和使用寿命，也直接影响了使用滚珠丝杠的作为运动传递部件的机床性能。另一方面，工业对高精度滚珠丝杠的需求越来越多，促使滚珠丝杠的发展。滚珠丝杠的精度损失主要与滚珠-丝杠和滚珠-螺母接触面上的磨损有关，而磨损也是预紧力降低的原因。虽然可以通过调整预紧结构，使滚珠丝杠的预紧力回到初始水平，然如果精度损失超过极限值，将被判定为精度失效。如果这种被判定为精度失效的滚珠丝杠被继续使用，滚珠丝杠将失去其可靠性和安全性。因此，提出一种可以计算出滚珠丝杠精度损失、预测精度变化趋势的计算方式非常必要的。为了研究滚珠丝杠精度损失的规律，首先分析了滚珠丝杠精度损失机理，为后续精度损失计算方法提供依据；后面再滚珠丝杠运动学特性分析的基础上，结合滚珠丝杠的滚珠与滚道之间滑动运动、弹性变形、家畜特性及预紧力与摩擦力矩的关系，针对双螺母预紧式滚珠丝杠的受力特点，对滚珠丝杠精度损失进行计算。
滚珠丝杠精度损失主要是由，磨损造成的，根据磨损机理的不同，磨损可分为磨粒磨损、黏着磨损、腐蚀磨损几种方式。滚珠丝杠在运行过程中可能会出现多种磨损形式。初始阶段：滚道与滚柱的接触面比较光滑，仅存在黏着磨损，滚珠丝杠的精度损失也比较缓慢；随着黏着磨损进行，滚珠丝杠表面有金属颗粒脱落，出现磨粒磨损；脱落后形成新的金属表面在润滑介质和温度的下可能会发生电化学反应，从而造成腐蚀磨损。到这一个阶段，滚珠丝杠的磨损量已经急剧加大。另外，滚珠丝杠长期的循环接触应力的作用下，滚道表面可能在细微裂纹滋生，造成接触表面材料的剥落，疲劳磨损。
滚珠丝杠的精度损失是在磨损作用下的一个复杂过程，精度损失过程可能受多种磨损的影响。但是，在滚珠丝杠磨损量急剧加大前，精度损失过程可能受多种磨损形式的影响。但是，滚珠丝杠磨损量急剧加大前，精度损失主要发生在滚珠丝杠黏着磨损阶段，即黏着磨损是其精度持续下降的根本原因。
黏着磨损是指由于黏着效应形成的黏着节点发生剪切断裂，被剪切材料脱落成磨屑的一类磨损。黏着磨损从微观角度可表述为：滚珠丝杠的接触表面存在很多接触峰，实际接触面积只有表观面积的0.01-0.1%，当滚珠在滚道中运动时，接触峰间相互挤压，接触峰点的表面压力迅速增大，并产生1000℃以上的瞬现温度；由于摩擦的体积远大于接触点，一旦脱离接触，峰点的温度便迅速下降，一般局部高温持续时间只有几毫秒；摩擦表面处于这种状态下，润滑油膜等表面将发生破裂，使接触峰点产生黏着，随后滑动中黏着节点被破坏；即黏着磨损是一种黏着、破坏、再黏着的交替过程。滚珠丝杠的接触表面在这种交替过程中，精度逐渐丧失直至超过规定的精度指标范围。
理论认为磨损量与滑动距离和法向载荷成正比，在摩擦中软质材料的屈服极限成反比，因此对于精度损失机床需要进行必要的温度计算和受力分析。另外，滚珠丝杠在使用时，为了消除轴向间隙引起的空回误差，常采用双螺母预紧的结构。双螺母垫片式预紧结构具有结构简单、装卸方便、工作可靠、刚性好等优势，应用较为广泛。
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