高速滾珠絲杠副的磨損機理

滾珠絲杠副運行過程中會伴隨磨損的發(fā)生，經(jīng)過一段時間的使用，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。

高速滾珠絲杠接觸磨損是復(fù)雜的微觀動態(tài)過程，根據(jù)磨損機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處發(fā)生“冷焊”后，在相對滑動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成了粘著磨損。

2)磨粒磨損：相對運動的兩個物體，由于外部進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)變形時疲勞破壞而引起的機械磨損。

4)機械化學(xué)磨損（腐蝕磨損）：由機械作用及材料與環(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)顆粒作用引起的機械磨損。

6)微動磨損（微動損傷）：一種甚為隱蔽的、由粘著磨損、磨粒磨損、機械化學(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，接觸面會產(chǎn)生氧化磨損微粒，難以從接觸面排除，就會發(fā)生微動磨損。

滾珠絲杠副運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，過段時間后，隨著粘著磨損的進行，滾珠與滾道接觸表面會有金屬顆粒脫落，造成磨料磨損的發(fā)生；同時，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，滾道面可能會有細微裂紋產(chǎn)生，造成接觸面材料的剝落和點蝕，形成疲勞磨損。因此，滾珠絲杠副的磨損是一個復(fù)雜的過程，必須了解其磨損機理。

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)滾珠與滾道相對運動時，接觸面處實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，便會形成粘附點。在隨后的滑動中，當(dāng)接觸面的粘著功大于滾珠或滾道的內(nèi)聚功時，將會發(fā)生斷裂，材料的遷移黏附點將會被破壞。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，無量綱法向載荷會變小，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變性和相干性的特點，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一步探討和完善。