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滾珠絲桿的失效分析

2021-08-24 08:49:04

近幾年,越來越多的滾珠絲桿被用于林林總總的機器,來滿足高精度與高性能的設備需求,滾珠絲桿成為使用 最廣的傳動元件之一。在CNC的機械中,滾珠絲桿添加其定位精度及延伸其使用壽命。在傳統的機械上,滾珠絲桿 也逐步替代愛克姆絲桿。滾珠絲桿通常會調配預壓力來消除機器工作時的背隙,但若滾珠絲桿裝置不其時就無法展 現其高精度與較長的壽命。此篇文章主要討論滾珠絲桿的問題與問題的防備,臚陳一些測定程序來幫助使用者找出 發生不正常背隙的原因。

滾珠絲桿


滾珠絲桿發生問題的原因與防備:以下敘述三種滾珠絲桿發生問題的主因及其防備方法。


間隙太大


1. 無預壓或預壓缺乏 無預壓的滾珠絲桿筆直放置時,螺帽會因自身的重量而形成翻滾而下滑;無預壓的絲桿會有相當的背隙存在,因 此只能用于較小操作阻力的機器,但主要的顧忌是定位精度較不要求。 上銀于不同的應用上決定正確的預壓量,并于出貨前調好預壓;因而當您訂貨滾珠絲桿前請確實臚陳設備的操作狀況。




2. 扭轉位移太大

(1) 熱處理不妥、硬化層太薄、硬度分佈不均或原料太軟鋼 珠、螺帽、絲桿的規范硬度分別為HRC 62~66、HRC58~62、HRC 56~62。

(2) 不妥的設計:細長比(Slender ratio)太大…等絲桿的細長 比越小剛性越高,細長比的邊界有必要在60以下假如細長比太大絲桿會發生自重下 垂。


3. 軸承選用不妥

通常滾珠絲桿有必要調配斜角軸承,尤其是以高壓力角設計的軸承為較佳的選擇;當滾珠絲桿接受軸向負載時,一 般的深溝滾珠軸承會發生一定量的軸向背隙,因而深溝滾珠軸承并不適用于此。中空旋轉平臺




4. 軸承裝置不當

(1) 若軸承裝置于滾珠絲桿而兩者貼合不確實,在接受軸向負載的狀況下會導致背隙的發生,這種情形可能是因為 絲桿肩部太長或太短所形成的。

(2) 軸承承靠面與確定螺帽V形牙軸心的筆直度欠安,或兩對應方向的確定螺帽面平行度欠安,會導致軸承的歪斜; 因而絲桿肩部的確定螺帽V形牙與軸承承靠面有必要同時加工,才干確保筆直度,假如以研磨方式加工更好。

(3) 以兩個確定螺帽調配彈簧墊圈來固定軸承,以避免工作中鬆脫。




5. 螺帽座或軸承座剛性缺乏 假如螺帽座或軸承座剛性缺乏,因為元件自身的重量或機器的荷載會使其發生偏斜。此方式用 來檢測螺帽座的剛性,類似的測驗也可用來檢測軸承座的剛性。


6. 螺帽座或軸承座拼裝不妥

(1) 因為轟動或未加固定銷使得元件鬆脫。以實心銷替代彈簧銷到達定位的意圖。

(2) 因固定螺絲太長或螺帽座螺絲孔太淺使得螺帽固定螺絲無法鎖緊。




7. 支撐座的外表平行度或平面度超公役 不管結合元件外表是研磨或剷花,只需其平行度或平面度超出公役規模,床臺運動時方位的重現精度將較差;因 此一部機器中,通常在支撐座與機器本體間以薄墊片來到達調整的意圖。


8. 馬達與滾珠絲桿結合不妥

(1) 聯軸器結合不牢固或自身剛性欠安,會使絲桿與馬達間發生翻滾差(relative rotation)。

(2) 若不合適以齒輪驅動或驅動結構不是剛體,可用時規皮帶來驅動以避免發生滑動。




1. 絲桿加工工藝的問題

(1) 絲桿或螺帽珠槽外表粗糙。

(2) 鋼珠、絲桿或螺帽真圓度超出公役規模。

(3) 絲桿或螺帽的導程誤差或節圓直徑超出公役規模。

(4) 迴流管拼裝不妥。

(5) 鋼珠大小或硬度不均。 以上的問題不該在高品質的產品中發生才是。關于滾珠絲杠制造工藝能夠點擊這兒。




異物進入鋼珠軌跡

(1) 包裝資料阻止鋼珠軌跡:出貨時以許多的資料,假如在包裝或排列的時候未依恰當的 程序來執行,異物或其他的物體可能會阻止鋼珠軌跡,導致鋼珠的滑動而非正常翻滾乃至卡死。

(2) 加工碎屑進入軌跡:滾珠絲桿若未裝置刮刷器,加工碎屑或塵埃的堆積會阻止鋼珠軌跡,形成順暢度欠安、精 度下降及削減使用壽命。




3. 過行程 過行程會形成迴流管的損傷及洼陷,乃至開裂,而形成鋼珠無法正常工作;在這惡劣的工作條件下,可能形成螺 桿或螺帽珠槽外表的剝離。過行程發生的原因可能發生于機臺設定、極限開關失效或撞車,為防備形成滾珠絲桿進一步的損壞,從頭裝置滾珠絲桿須經製造商的從頭檢修。




4. 迴流管損壞:迴流管在裝置時遭到嚴峻的撞擊,迴流管可能形成洼陷及引發前述相同的問題。


5. 偏疼 假如螺帽座與軸承座不同心時會發生徑向負荷,兩者偏疼量太大時會形成絲桿彎曲,乃至偏疼的狀況,缺乏以造 成明顯的絲桿彎曲時,異常磨耗仍繼續不斷發生,并使絲桿精度迅速下降;而螺帽設定的預壓力越高偏疼精度的要求越高。


6. 螺帽與螺帽座結合不妥:螺帽裝置時歪斜或偏疼會形成異常負載,使馬達工作時發生電壓不穩。直線導軌

7. 轉移時形成滾珠絲桿的損壞。




  碎裂

1. 鋼珠決裂 鋼珠最常用的原料是鉻鉬鋼,若要使一顆直徑3.175mm(1/8吋)的鋼珠決裂,約須1400kg(3080磅)~1600kg(3520 磅)。滾珠絲桿有、無光滑于作動時溫升差異明顯,此溫升可能形成鋼珠決裂或損壞因而形成螺帽或絲桿珠槽的損壞。因而設計過程中須考慮光滑油的彌補,如無法使用主動光滑體系,有必要將光滑油的彌補計劃列入保養手冊。


2. 迴流管洼陷或開裂 螺帽過行程或迴流管遭到撞擊會形成迴流管的洼陷或開裂,因而阻止鋼珠的循環路徑,使得鋼珠變成滑動而非正 常翻滾,最終形成迴流管開裂。




3. 滾珠絲桿肩部開裂

(1) 不妥設計:絲桿肩部應避免銳角設計,以削減局部應力會集。

(2) 絲桿軸頸彎曲:軸承承靠面與確定螺帽V形牙軸心的筆直度欠安,或兩對應方向的確定螺帽面平行度欠安,皆會導致絲桿肩部的彎曲或裂;因而在確定螺帽鎖緊的前后,絲桿肩部偏擺量(圖A.3)不得超過0.01mm(0.004 時)。

(3) 徑向力或反覆應力:裝置絲桿時形成的偏疼會發生異常的交變剪應力并使滾珠絲桿提早損壞。

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