滚珠丝杠常见故障分析

２ 动作 不 顺畅
（ １） 异 物 进 入 钢 球轨 道 滚 珠 丝 杠 若 未 安 装 刮 刷 器 或 防护 不 良 ， 装 配 及 加 工 过 程 中 产 生 的 碎 屑 或 灰 尘 的 堆 积 进 入 钢 球轨 道 ， 造 成 运 动 不 顺 畅 ， 精 度 降 低 及 减 少 使 用 寿命 。 （ ２） 过 行程 限 位 开 关 失 灵 、 过 冲 、 误 操 作 或 撞 车 等 因素 会 造 成 回 流 管 的 损 伤 及 凹 陷 ， 甚 至 断 裂 ， 因 而 造 成 钢 球 工 作不 顺 畅 ， 甚 至 无 法 正 常 运 转 。 （ ３） 偏心 螺 母 座 与 轴 承 座 不 同 心 会 产 生 径 向 负 荷 ， 两 者 偏心 量 太 大 时 会 造 成 丝 杠 弯 曲 ， 甚 至 偏 心 。 不 足以造成 明 显 的 丝 杠 弯 曲 时， 异 常 磨 耗 仍 持 续 不 断 发 生 ， 并 使 丝 杠 精 度 迅速 降低 。 而 螺 母 设 定 的 预 压 力 越 高
５ 结语
滚 珠 丝 杠 是影响 机 器 机 械 精 度 的 最 直 接 因 素 ， 只 有 保证 其在 结构 合理 ， 安 全 可 靠 的 条 件 下 ， 其 优 势 才 能 够 得到 最 大发 挥 ， 定 期的 维 护 保 养 对 于 长 期 保 持 其 工 作 精 度 和使用 寿命 至 关重 要 。
２ ／ ４ ０℃ 时 黏 度 指 数 范 围 为 （ ３ ２～６ ８） ×１ ０－６ ｍ ｓ（ Ｉ Ｓ Ｏ
；而 低 速 时， 建 议 使 用 的 润 滑 油 为 ４ ＶＧ３ ２～６ ８） ０℃ 时
２ ／ 黏度指数范围为９ ０×１ ０－６ｍ ｓ（ Ｉ Ｓ Ｏ ＶＧ９ ０） 以 上 。 应
４ 滚珠丝杠肩部断裂
用于高 速 且 重 负 载 ， 必 须 以 强 制 冷 却 来 降 低 温 度 ， 应 采 用中空 丝 杠 通 入 冷却 油 来达 到 冷却 效 果 。 （ ２） 预 压 力 的 影响 一 般 滚 珠 丝 杠 都 需 要 一 定 的 预 压 要求 ， 达 到 提高精 度 、 刚性 等 目 的 ， 但 施 加 预 压 力 于 螺母 上会增 加 滚 道 的 摩擦 扭 矩 和 阻 力 ， 使 工 作 时 的 温 度 升 高 ， 建 议 预 压 不 能 超 过 ８％ 的 丝 杠 动 负 荷 。 （ ３） 预 拉 的 影响 滚 珠 丝 杠 温 升 时 ， 热 应 力 效 应 会 使 丝 杠 产生 细 微伸 长 ， 因此 丝 杠 的 长 度 变 得 不 稳 定 。 其 伸 长 量 可 由下 列 公 式 求 出 ：
机床／附 件／工装 Ｍａ ／ ／ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅＴ ｏ ｏ ｌ ｓ Ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ
滚 珠 丝 杠 常 见 故 障 分析
） 白 迪 赵志国ຫໍສະໝຸດ 刘佳慧 山 东 鲁南 机 床 有限公司 （ 滕 州 ２ ７ ７ ５ ０ ０
４ ０ ２ ０ ０ ８年 第 ２ ３期 ｗｗｗｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｃ ｏｍ ｃ ｎ
冷加工
／ ／ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅＴ ｏ ｏ ｌ ｓ Ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ 机床／附 件／工装
对 偏心 精 度 的要求 越 高 。
— —丝杠总长度 Ｌ— 计 算 出 的 伸 长 量 可通过 预 拉 来 做 补 偿 ， 而 预 拉 补 偿 的 目 标值 是 事 先 给 予 负 向 补 偿 值 ， 一 般 建 议 每 １ ０ ０ ０ ｍｍ 补偿值为０ ０ ２～０ ０ ３ ｍｍ。 过 大的 预 拉 会 烧 坏 支 撑 轴承 ， 因此 ， 建 议 应 采 用 小 于 ５℃ 的 预 拉 伸 值 ， 但 若 丝 杠 直 径 超 过 ，５ ０ ｍｍ 时也不 适 合 做 预 拉 伸 。 丝 杠 直 径 大 ， 需 要 的 预 拉 力 也 大 ， 因此 会 导 致 支 撑 轴 承 过 热 而 烧 坏 ， 建 议 以 ３℃ 左右 的 温 升 作 为 补 偿 值 。 （ ４）ｄ ｎ 值 的 影 响 ｄ ｎ 值是指丝杠节圆直径与最高 ／ 转速 的 乘 积， 如 节 圆 直 径 ４ ０ ｍｍ、 最 高 转 速 ２ ０ ０ ０ ｒ ｍ ｉ ｎ， 其 ｄ ｎ值为８ ００ ０ ０。ｄ ｎ 值 对 丝 杠 的 噪 声、 工 作 温 度、循环系统及 寿 命 皆 有 较 大 的 影 响， 一 般 建 议 ｄ ｎ值 不 要高于 ７ ００ ０ ０， 可通过加 大 导 程 、 降低 转 速 来 控 制 ｄ ｎ 值，超出正常范围的ｄ ｎ 值 应 与 制 造 厂家 联 系 解 决 。
（ ） 丝 杠 肩 部 应 避免 锐 角 设计 ， 以 减少 局 部 应 力 集中 。 １ （ ２） 丝 杠 轴 颈 弯曲 轴承 承 靠 面 与 锁 紧 螺 母 轴 心 的 垂 直度 超 差 ， 或 锁 紧螺母 面 平 行 度 超 差 ， 皆 会 导 致 丝 杠 肩 部 的 弯曲 或 断裂 ， 因此在 锁 紧 螺 母 锁 紧 后 ， 丝 杠 肩 部 偏摆量不得超过０ ０ １ ｍｍ。 （ ３） 径 向 力 或 反 复 应 力 安 装 丝 杠 时 造 成 的 偏 心 会 产生 异 常的 交 变 切 应 力 会 使 滚 珠 丝 杠 过 早 损 坏 。
１ 运动间隙 过 大
（ １） 丝 杠 预 压 问题 滚 珠 丝 杠 预 压 的 目 的 是 为 了 消 除轴 向 背隙并 降低因 轴 向 力 造 成 的 弹 性 位 移 ， 提 高 丝 杠 的刚性 ， 一 般 预 压 方 式 有 双 螺 母 拉 伸 （ 或 压 缩） 预 压、 单 螺母 过 大 钢 球 预 压 、 单 螺 母 导 程 偏 移 预 压 等 形 式 。 无 预压的滚珠丝 杠 会 有 相 当 的 背 隙 存 在， 当 垂 直 放 置 时， 螺母 会 因 自 身 的 重 量 而 造 成 转 动 下 滑 ， 因 此 只 适 合 用 于 较小操 作 阻 力 的机 器 ， 对定 位 精 度 不作 要求的 场 合 。 一 般 丝 杠 生产 厂家 会 根据 图 样 或 相 关 技 术 文 件 的 要 求 进行 预 压 ， 因此 ， 订 购 滚 珠 丝 杠 前 请 详 述 预 压 要 求 及 设备的使用 状 况 ， 否 则会 产生 间 隙 过 大的 可 能 。 （ ２） 扭 转 变 形 问题 ①滚珠丝杠副某组件材质选用不当。 ② 热处 理不 当 ： 硬 化 层太 薄 、 硬 度 分 布 不 均 或 材 质 太软。一 般 钢 球、 螺 母、 丝 杠 的 标 准 硬 度 分 别 为 ６ ２～ ６ ６ ＨＲ Ｃ、５ ８～６ ２ ＨＲ Ｃ、５ ６～６ ２ ＨＲ Ｃ。 ③ 设计 不合理 ： 丝 杠 的 长 径 比 越 小 刚 性 越 高 ， 建 议 长 径 比 应在 ６ ０ 以 下，如 果 长 径 比 太 大 丝 杠 会 产 生 自 重 下垂。滚珠丝杠只有单端支承，另外一 端 自 由 悬 浮 的 结 构 刚性 较 弱 ， 应 尽 可 能 避免 。 （ ３） 轴承选 用 不 当 通 常 滚 珠 丝 杠 须 选 用 角 接 触 球 轴承 进行支 承 ， 最 好 使 用 ６ 压力角设计的丝杠专用轴 ０ ° 承。当滚珠丝杠承受轴向负载时，一般 的 深 沟 滚 珠 轴 承 会 产生一 定 量的 轴 向 背隙 ， 因 此 ， 深 沟 球 轴 承 并 不 适 用 于 滚 珠 丝 杠固 定 端 ， 除 非用于 对 定 位 精 度 要 求 不 高 的 自 由端处。 轴承 背 对 背 组 合 （ Ｄ Ｂ） 的 优 点 是作 用点 间 的 距 离 较 大 ， 刚性 较 好 ； 缺 点 则 是 较 易 受 几 何 精 度 影 响 。 轴 承 面
精 密 复杂 塑 料 模 具的 选 材 及 热处 理 汽 车 齿轮 磷 化 处 理 和 磷 化 自 动 线 设计 Ｐ Ｌ Ｃ 在 真 空 炉 改 造 中的 运 用 提高 泥浆 泵 缸 套 的 耐磨 性 关 于 调 质零件的 反 弯 问题 强 化 工艺的 正 确 认 知 与 应 用 浅 谈钢 材 的 “ 尺寸 效 应 ” 提高 模 具 寿命 的方 法 特 大 环 形 件成 形 与 制 造技术 皮带 轮 本 体 的 热 精 锻 成 形 经济 、 高效 、 实 用的 双 滚轮 弯 管 机的 研 制 高效 能 试 模 系 统 圆 顶 矩 形 底 钣 金展 开 的工艺 探讨 汽 轮 机 叶 轮 的 模锻 与 扎 制 联 合 成 形 工艺 研 究 Ｚ Ｇ ２ ０ Ｓ ｉ Ｍ ｎ 低合 金钢 的 熔炼 实 践 球 墨 铸 铁 球 化 衰 退 金相 缺 陷 分析 基 于 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ 的 铸 件 流 动 场 分析 纯铝液直供铸造厂的实践 铸件裂纹的形成原因及防止方法 锻 件 尺寸 标 注 原 则 的 研 究
对面组合 （ Ｄ Ｆ） 的 优 点 是 较 易 组 装 ， 受 几何 精 度 影响 较 小 ； 但 作 用点 间 的 距 离 较 小 ， 刚 性 较 差 。 设 计 时 应 以 实 际 加 工和使用 情况 选择 何 种 轴承组 合 形 式 。 （ ４） 轴承 安装 不 当 ① 当 轴承 与 滚 珠 丝 杠 轴 肩 处 贴 合 不 实 ， 在 承 受 轴 向 负 载 的 情况 下 会 产生 背隙 ， 这 种 情 形 可 能 是 因 丝 杠 轴 肩 过 深 、 过 浅 或 轴承 没 有安装 到 位 所 造 成的 。 ② 丝 杠 上 用于安装 轴承 定 位 轴 肩 面 与 锁 紧 螺 纹 牙 型 轴 心 的 垂 直度 超 差 ， 或 锁 紧螺 母 面 与 轴 承 承 靠 面 平 行 度 超 差 ， 会 导 致 轴承 的 倾 斜 。 因 此 ， 丝 杠 用 于 安 装 轴 承 的 锁 紧螺纹 牙 型与 轴承 定 位 轴 肩 面 必 须 同 时 加 工 ， 才 能 确 保 垂 直度 ， 如 果 以 研磨 方 式 加 工 更 好 ， 且 锁 紧 螺 母 应 选 用精 密 专用 型 。 ③ 轴承 座 内 腔 定 位 面及 压 盖 安 装 面 对 轴 承 孔 轴 心 垂 直度 超 差 也 会 引 起 轴承 倾 斜 ， 且 内 腔 定 位 面 处 难 以 加 工 和测量。 （ ５） 支 承 座 的 表 面 平行度 或 平 面 度 超 差 不 论 结 合 组 件 表 面 是 研磨 或 铲 花 ， 只 要 其 平 行 度 或 平 面 度 超 出 公 差 范 围 ， 将 会 影响 工 作 台 运 动 时 的 位 置 定 位 精 度 ， 通 常 可在 支 承 座 与 基体 件 间增 加 垫 片 来达 到 调整 的 目 的 。
３ 温升问 题
（ １） 润 滑 的 影响 润 滑 油 的 选 择 直 接 影 响 滚 珠 丝 杠 的温升，滚珠丝杠润滑不良会产生较 大 的 温 升，可 能 造 成钢球破裂或 损 坏，从 而 造 成 螺 母 或 丝 杠 珠 槽 的 损 坏。 因此 ， 设计 过 程 中 须 考虑 润 滑 油 的 及 时 补 充 ， 如 无 法 使 用自动润滑系统，必须将润滑油 （ 脂） 的 补 充 周 期 列 入 保养手册。一般 建 议 以 轴 承 润 滑 油 为 滚 珠 丝 杠 油 润 滑， 油脂则建 议 以 锂 皂 基 的 油 脂。 油 品 黏 度 选 用 依 操 作 速 度、工作温度及负荷情形来做选择。当 工 作 情 况 为 高 速 低 负 载 时最好 选 用 低 黏 度 油 品 ， 低 速 高 负 载 时 则 建 议 使 用黏度 高 油 品。 一 般 来 讲， 高 速 时 建 议 使 用 润 滑 油 为
近 几 年 ， 越 来 越 多 的 滚 珠 丝 杠被 用于 各式各样 的机 器 中 ， 以 满足 高精 度与 高性 能 的设备需求 ， 滚 珠 丝 杠 成为使 用 最 广 的 传 动 组 件 之 一 。 此 篇 文 章 主 要 讨 论 滚 珠 丝 杠 的常 见 故 障 分析及 预 防 ， 为设计和使用 者 提 供 一 些 参 考 。
（ ） 收 稿日 期 ：２ ０ ０ ８ ０ ８ １ ０
Ｌ＝ Ｔ Ｌ Δ Δ ρ
— —丝杠伸长量 式 中 Δ Ｌ— — — 热 膨胀 系数 ρ— — —丝杠的温升 Ｔ— Δ
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
《 金 属 加 工 》（ 热 加 工 ）２ ０ ０ ８ 年第 ２ ３ 期要 目