滚珠丝杠副典型失效分析

   滚珠丝杠副在各类设备上使用时，由于负荷不同，受力大小不同，工作时常承受弯曲，扭转，疲劳和冲击，同时在滑动与转动部位承受摩擦作用。丝杠损坏形式主要是磨损和疲劳，因此其性能要求是整体必须具有较好的综合力学性能（即一定的强度 与韧性的配合）和高的尺寸稳定性，相关工作部位（滚道，轴径）要求具备高硬度，高强度和足够的耐磨性。特别是大型滚珠丝杆（直径≥80mm），由于使用时承受负荷较大，因此在强韧度、表面硬度和耐磨性的方面要求就更高了。

      第一节 表面损伤失效

      表面损伤失效是指机械零件因表面损伤而造成机械设备无法正常工作或失去精度的现象。主要包括：接触疲劳失效、磨损失效与腐蚀失效。

一、接触疲劳

      滚珠丝杆接触疲劳失效是指零件在作滚动或滑动复合运动时，由于承受交变接触载荷，使表面材料疲劳断裂而形成点蚀或剥落现象。具体表现有螺母、丝杠滚道及滚珠的工作表面产生点蚀，材料产生脱落。

滚珠丝杆副的材料均为多晶体。由于各晶粒相位不同，以及错位，夹杂等微观，宏观缺陷与第二项的存在，在多晶体中存在着各项异性和非均质性。疲劳破坏总是应力应变最高和位向最不利的薄弱晶粒或夹杂等缺陷处起始，并沿着一定的结晶面开始扩展。

      当滚道或滚动体的直径发生变化时，其接接触线上各对应点的运动关系也会随之发生变化。当滚动体直径变大时，滚子与滚道接触的对应点之间线速度不等，出现了滑动摩擦。在一定的负载条件下，丝杠的转速越高，线速度差别越大，摩擦就越强烈，并导致异常升温。

      诱发滚道表面非正常磨损的另一个误差因素是：内外滚道母线和滚动体母线对其中心线的倾斜角度误差，即角度差。滚道的实际角度过大或过小，均可使载荷向丝杠副某处集中。载荷集中的区域必然是变形量和应力最大的区域。在丝杠副的旋转过程中，滚道上的某一点的应力随时间呈周期性变化，由0到最大值再返回0.如此循环往复。在这种情况下，应力集中处的近表层会因疲劳而提前出现微小裂纹，这种微小裂纹在反复循环载荷下扩展，最终扩展到表层，剥落出肉眼可见的微粒，于是接触表面出现了磨损麻坑，这种现象称为“表面疲劳磨损”。剥落出的微粒又会参与到磨损当中，形成磨粒磨损，使滚道磨损进一步加剧。

      产生原因：长期超负荷运行；产品缺陷：如材料、硬度、滚道表面粗糙度等；润滑问题：润滑剂粘度和用量用法不当；固体颗粒侵入，循环作用造成的疲劳损坏；未及时维修或维修不当；设备老化等。措施：选着适当的滚珠丝杠产品；优化润滑方式‘选着合适的润滑剂和润滑量；安装时保证零件与环境的清洁，优化密封结构；定期进行产品维护，及时更换疲劳产品。理工精密生产各种非标定制高耐磨丝杠