高速滾珠絲杠副的磨損機(jī)理

滾珠絲杠副運(yùn)行過程中會(huì)伴隨磨損的發(fā)生，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，形成軸向間隙，致使預(yù)緊效果逐漸下降甚至消失。研究了軸向磨損量對(duì)預(yù)緊力的影響，并分析了不同滾珠絲杠轉(zhuǎn)速和接觸橢圓離心率情況下，軸向磨損量和預(yù)緊力的變化趨勢(shì)。

高速滾珠絲杠接觸磨損是復(fù)雜的微觀動(dòng)態(tài)過程，根據(jù)磨損機(jī)理可將磨損大致分為：

1)粘著磨損：當(dāng)摩擦表面的接觸峰在相互作用的各點(diǎn)處發(fā)生“冷焊”后，在相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成了粘著磨損。

2)磨粒磨損：相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體，由于外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒或硬的接觸峰尖造成表面損傷的磨損。

3)疲勞磨損：由于摩擦表面材料微體積在重復(fù)變形時(shí)疲勞破壞而引起的機(jī)械磨損。

4)機(jī)械化學(xué)磨損（腐蝕磨損）：由機(jī)械作用及材料與環(huán)境的化學(xué)作用或電化學(xué)作用共同引起的磨損。

5)流體磨粒磨損和流體侵蝕磨損（沖蝕磨損）：由流動(dòng)的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒作用引起的機(jī)械磨損。

6)微動(dòng)磨損（微動(dòng)損傷）：一種甚為隱蔽的、由粘著磨損、磨粒磨損、機(jī)械化學(xué)磨損和疲勞磨損共同形成的復(fù)合磨損形式。在相互接觸的金屬表面間由于微小的振動(dòng)，接觸面會(huì)產(chǎn)生氧化磨損微粒，難以從接觸面排除，就會(huì)發(fā)生微動(dòng)磨損。

滾珠絲杠副運(yùn)行過程中可能伴隨著多種磨損形式的作用，從而導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)精度的降低。初始階段，滾珠與滾道的接觸面比較光滑，可能只存在粘著磨損，過段時(shí)間后，隨著粘著磨損的進(jìn)行，滾珠與滾道接觸表面會(huì)有金屬顆粒脫落，造成磨料磨損的發(fā)生；同時(shí)，脫落后形成新的金屬表面在溫度與潤滑劑等作用下發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕磨損，磨損量增大，系統(tǒng)精度損失加劇。此外，滾珠絲杠副在長期的循環(huán)接觸應(yīng)力的作用下，滾道面可能會(huì)有細(xì)微裂紋產(chǎn)生，造成接觸面材料的剝落和點(diǎn)蝕，形成疲勞磨損。因此，滾珠絲杠副的磨損是一個(gè)復(fù)雜的過程，必須了解其磨損機(jī)理。

從微觀角度分析，摩擦表面存在許多微凸體，稱為粗糙峰。當(dāng)滾珠與滾道相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面處實(shí)際接觸面積比名義接觸面積小很多，往往只是接觸峰之間的摩擦。此時(shí)接觸峰處于高壓和局部高溫的狀態(tài)，將先后出現(xiàn)物理鍵與化學(xué)鍵，便會(huì)形成粘附點(diǎn)。在隨后的滑動(dòng)中，當(dāng)接觸面的粘著功大于滾珠或滾道的內(nèi)聚功時(shí)，將會(huì)發(fā)生斷裂，材料的遷移黏附點(diǎn)將會(huì)被破壞。因此，滾珠與滾道接觸表面處于粘附、破壞、再粘附的交替過程，接觸表面的材料發(fā)生遷移和剝落，從而造成滾珠絲桿副的磨損。

為了方便比較，這里引入無量綱量法向載荷法向接觸面積。滾珠與滾道法向接觸面積隨軸向載荷變化的曲線，為了接近真實(shí)的接觸情形，此處將接觸橢圓的離心率設(shè)置為0.5，墊片預(yù)緊力為1470N。絲杠側(cè)法向接觸面積始終小于螺母側(cè)法向接觸面積，左側(cè)接觸面積隨著軸向載荷的增大而不斷減小，右側(cè)接觸面積隨著軸向載荷的增大而不斷變大。由于軸向載荷小于預(yù)緊力，所以左右螺母與滾珠的接觸方向相反，當(dāng)軸向載荷不斷增大，左螺母的法向載荷不斷減小，右螺母的法向載荷隨載荷的增大而增大。無量綱法向載荷隨軸向載荷的曲線圖，其曲線變化趨勢(shì)與法向接觸面積大致相同，根據(jù)無量綱法向載荷的定義可知，當(dāng)法向接觸面積變大時(shí)，無量綱法向載荷會(huì)變小，此現(xiàn)象與圖中曲線一致。

滾珠絲杠副的磨損行為相當(dāng)復(fù)雜，影響滾珠絲杠副的磨損因素很多，而且這些因素的影響作用具有時(shí)變性和相干性的特點(diǎn)，然而滾珠絲杠副磨損牽涉的相關(guān)因素和理論比較多，因此還有許多問題值得進(jìn)一步探討和完善。

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