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数控轧辊磨床:Z轴滚珠丝杠副失效分析

  国产数控轧辊磨床,Z轴规格为φ80mm×8100mm,采用德国REXOTH公司的滚珠丝杠副,其螺母的轴向间隙出厂前已经调试完成。图1是滚珠丝杠传动示意简图。

图1

  将图l的滚珠丝杠传动系统进一步简化为图2,图中3为螺母副,沿丝杠轴向作往复运动。1、2、4、5为深沟球轴承,限制丝杠径向位移。A、B为推力滚子轴承组件,相当于铰支机构,限制丝杠轴向位移。丝杠支承处轴承配置如图3。

  滚珠丝杠副使用6个月后出现异常,丝杠运行中剧烈颤抖,有噪声。经检查,润滑良好,丝杠表面有毛刺状的划伤,初步判断螺母副内的珠粒可能有破损。由于该滚珠丝杠副处于保质期内,于是决定更换滚珠丝杠副,然后返厂检修。拆卸时发现,用于丝杠轴向定位的四组压力轴承有不同程度损伤。严重受损的滚子,滚珠表面金属剥落。推力轴承的座圈,一侧受损程度较轻,表面有轻微的压痕,另一侧严重受损,表面金属剥落。其余座圈受损程度界于上述两者之间。

  针对此情况判断,丝杠径向定位的深沟球轴承1、2、4、5存在安装误差。深沟球轴承1、4、5的实际位置偏离理论位置,造成丝杠径向受力不均,丝杠安装后产生挠曲。丝杠高速旋转且频繁换向时,实际挠度超出规定范围,所以丝杠剧烈颤抖,螺母内滚珠受损,丝杠表面划伤。另一方面,丝杠的挠曲,也使组合推力轴乍受力异常,高速旋转时,推力轴承的滚动体和座圈磨损严重。

  作分析简图(图4),将推力轴承的固定座圈和轴承座抽象为一个整体,旋转座圈和丝杠抽象为另一个整体。当丝杠旋转时,由于安装误差造成旋转座圈和滚动体受力不均,整个推力轴承的载荷集中到了旋转座圈上的F点位置和经过这里的滚动体上,长时间运行后,滚动体表面和座圈接触部分表面严重磨损。由于丝杠各部分产生的挠度不同,所以四组推力轴承的受损程度不同。

图4

  事后,对轴承座进行精度检验,两个深沟球轴承定位孔的同轴度误差超出允许范围,属于轴承座本身的加工误差,这是此案例滚珠丝一杠失效的主要原因。


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