滾珠絲杠精度失效原因分析（一）

 表面損傷失效指機(jī)械零件因表面損傷而造成機(jī)械設(shè)備無(wú)法正常工作或失去精度的現(xiàn)象。主要包括：接觸疲勞失效、磨損失效與腐蝕失效。
一、接觸疲勞
滾珠絲杠副接觸疲勞失效是指零件在作滾動(dòng)或滾滑復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于承受交變接觸載荷，使表面材料疲勞斷裂而形成點(diǎn)蝕或剝落的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)有螺母、絲杠的滾道及滾珠的工作表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕，材料產(chǎn)生剝落
滾珠絲杠副的材料均為多晶體。由于各晶粒位相不同，以及位錯(cuò)、夾雜等微觀、宏觀缺陷與第二相的存在，在多晶體中存在著各向異性和非均質(zhì)性。疲勞破壞總是由應(yīng)力應(yīng)變最高和位向最不利的薄弱晶?；驃A雜等缺陷處起始，并沿著一定的結(jié)晶面開(kāi)始擴(kuò)展。
當(dāng)滾道或滾動(dòng)體的直徑發(fā)生變化時(shí)，其接觸線上各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系(旋滾比）也會(huì)隨之發(fā)生變化。當(dāng)滾動(dòng)體直徑變大時(shí)，滾子與滾道接觸的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間線速度不等，出現(xiàn)了滑動(dòng)摩擦。在一定的負(fù)載條件下，絲杠副轉(zhuǎn)速越高，線速度差別越大，摩擦就越強(qiáng)烈，并導(dǎo)致異常溫升。
誘發(fā)滾道表面非正常磨損的另一個(gè)誤差因素是：內(nèi)外滾道母線和滾動(dòng)體母線對(duì)其中心線的傾斜角度誤差，即角度差。滾道的實(shí)際角度過(guò)大或過(guò)小，均可使載荷向絲杠副某處集中。載荷集中的區(qū)域必然是變形量和應(yīng)力最大的區(qū)域。在絲杠副旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，滾道上某一點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間呈周期性變化，由0到最大值再返回到0,如此循環(huán)往復(fù)。在這種情況下，應(yīng)力集中處的近表層會(huì)因疲勞而提前出現(xiàn)微小裂紋，這種微小裂紋在反復(fù)循環(huán)載荷下擴(kuò)展，最終擴(kuò)展到表層，剝落出肉眼可見(jiàn)的微粒，于是接觸表面出現(xiàn)了磨損麻坑，這種現(xiàn)象稱為“表面疲勞磨損”。剝落出的微粒又會(huì)參與到磨損當(dāng)中，形成磨粒磨損，使?jié)L道的磨損進(jìn)一步加劇。
原因：長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行；產(chǎn)品缺陷：如材料、硬度、滾道表面粗糙度等；潤(rùn)滑問(wèn)題：潤(rùn)滑劑粘度和用量用法不當(dāng)；固體顆粒侵入，循環(huán)作用造成的疲勞損壞；未及時(shí)維修或維修不當(dāng)；設(shè)備老化等。措施：選擇適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠產(chǎn)品；優(yōu)化潤(rùn)滑方式，選擇合適的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑量；安裝時(shí)保證零件與環(huán)境的清潔，優(yōu)化密封結(jié)構(gòu)；定期進(jìn)行產(chǎn)品維護(hù)，及時(shí)更換疲勞產(chǎn)品。

二、磨損
材料選用優(yōu)質(zhì)GCr15鋼。滾珠絲杠的傳動(dòng)功能是通過(guò)鋼球在滾道內(nèi)滾動(dòng)時(shí)帶動(dòng)螺母運(yùn)動(dòng)的。由于一般企業(yè)采用的鋼球硬度達(dá)60HRC,這就要求滾道表面的硬 必須58~63HRC,硬度太低則滾道不耐磨，硬度超過(guò)上限則會(huì)大大降低溶火硬化層的力學(xué)性能，會(huì)在滾道表面產(chǎn)生磨削裂紋，甚至造成絲杠斷裂。對(duì)于滾珠絲杠率火硬化層深度要求，是基于絲杠耐磨性和長(zhǎng)期反復(fù)運(yùn)動(dòng)的需要，為了保證其能很好地達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命。在對(duì)滾珠絲杠粹火硬化層組織的要求中，特別強(qiáng)調(diào)馬氏體組織必須控制在1~4級(jí)，即隱針狀馬氏體，不允許出現(xiàn)粗針狀馬氏體。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，類似滾珠絲杠這樣精密的滾動(dòng)軸承類產(chǎn)品，如果溶火組織過(guò)粗則有可能在后續(xù)的磨削加工中產(chǎn)生裂紋。對(duì)于滾珠絲杠表面感應(yīng)溶火徑跳的要求是基于兩方面的原因：一是絲杠精度的要求；二是大批量產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。在溶火過(guò)程中產(chǎn)生的徑跳超過(guò)要求，會(huì)影響絲杠的加工精度。而且溶火后的絲杠硬度高、脆性大，校正工作難度較大，不利于產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，因此要求粹火時(shí)對(duì)絲杠徑跳進(jìn)行嚴(yán)格控制。
滾珠絲杠副磨損是指表面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致其工作表面金屬不斷磨損而產(chǎn)生的失效。持續(xù)的磨損使各零件逐漸損壞，并最終導(dǎo)致絲杠系統(tǒng)的精度喪失及其他相關(guān)問(wèn)題。按磨損形式通常又分為磨粒磨損和粘著磨損。
(一）磨粒磨損
磨粒磨損指滾動(dòng)工作表面之間擠入外來(lái)硬質(zhì)顆粒或異物或金屬表面磨屑相互摩擦而引起的磨損，常在工作表面造成犁溝狀的擦傷或凹痕。其具體表現(xiàn)為絲杠系統(tǒng)運(yùn)行劇烈顫動(dòng)，有噪聲；滾珠運(yùn)動(dòng)阻滯，螺母卡死；絲杠、螺母的滾道工作表面有不均勻凹坑，局部剝離
產(chǎn)生因素有：密封不合適或損壞造成金屬顆粒等異物侵入；安裝或工作環(huán)境不清潔，造成污染；潤(rùn)滑劑不合適等。措施：選擇合適的密封形式，及時(shí)更換受損的密封件；改善運(yùn)輸、安裝與使用方法和條件；選用合適潤(rùn)滑劑圖6-2螺母滾道的凹坑并及時(shí)更換等。
(二）粘著磨損
粘著磨損指由于摩擦表面的顯微凸起或異物使摩擦面受力不均，在潤(rùn)滑條件嚴(yán)重惡化時(shí)，因局部摩擦生熱，造成摩擦面局部變形和材料焊合現(xiàn)象。輕微的粘著磨損稱為擦傷，嚴(yán)重的粘著磨損稱為咬合。具體表現(xiàn)為滾珠或滾道變粗糙；接觸面擦傷、材料卷起
產(chǎn)生因素有：滾珠在進(jìn)入與離開(kāi)承載區(qū)域時(shí)的急劇變速；潤(rùn)滑劑的種類與用量不合適；異物侵入，滾珠滾動(dòng)受阻；有水侵入等。措施：根據(jù)工況選用合適的絲杠產(chǎn)品；選用合適的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑量；改善密封等。

絲杠和螺母采用相同的材料和熱處理工藝，硬度基本相同。雖然螺母滾道面的工作時(shí)間比絲杠軸滾道面長(zhǎng)，但是實(shí)踐中卻發(fā)現(xiàn)，絲杠軸的磨損明顯大于螺母，致使絲杠副的有效壽命大大縮短。接觸應(yīng)力理論分析表明，雖然滾珠與絲杠滾道和螺母滾道的接觸壓力相同，但由于接觸曲率不同，其接觸應(yīng)力存在較大差異，滾珠與絲杠滾道的接觸應(yīng)力要大于滾珠與螺母滾道的接觸應(yīng)力，接觸應(yīng)力的差異導(dǎo)致二者摩擦特性不同，這是絲杠滾道磨損較快的一個(gè)重要原因。根據(jù)彈流潤(rùn)滑理論計(jì)算的最小油膜厚度值表明，滾珠與絲杠滾道和螺母滾道接觸副之間無(wú)顯著差異，但絲杠為細(xì)長(zhǎng)軸類零件，剛度較低，在磨削過(guò)程中由于振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致精磨表面的粗糙度值較高，因而其潤(rùn)滑狀態(tài)要比螺母滾道更惡劣。另外，在高溫狀態(tài)下，離心力的作用可能會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油脫離絲杠滾道，造成絲杠滾道潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)一步惡化。接觸應(yīng)力大且潤(rùn)滑狀態(tài)差，這兩者綜合作用的結(jié)果導(dǎo)致了絲杠滾道磨損過(guò)快，影響了絲杠副的有效壽命。

三、腐蝕
摩擦副對(duì)偶表面在相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中，表面材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，并伴隨機(jī)械作用而引起的材料損壞現(xiàn)象稱為腐蝕磨損。具體表現(xiàn)為滾道工作表面出現(xiàn)不均勻的坑狀銹斑或與滾珠節(jié)距相同的銹蝕，絲杠整體生銹及腐蝕（參見(jiàn)圖6-4)。
產(chǎn)生因素有：存放或使用不當(dāng)，水、腐蝕性物質(zhì)等侵入；溫差變

化大，形成冷凝水；密封失效；潤(rùn)滑劑、防銹劑不合適等。措施：存放與使用時(shí)禁止腐蝕性物質(zhì)等侵入，能避免與水和腐蝕性物質(zhì)接觸；改進(jìn)密封；采用抗腐蝕能力強(qiáng)的潤(rùn)滑劑；暫時(shí)不用或停轉(zhuǎn)時(shí)采取正確的防銹措施。