滚珠丝杆碎裂问题原因与解析

互推小编 2023-05-16

钢珠破裂

钢珠最常用的材质是铬钼钢，若要使一颗直径3.175mm(1/8吋)的钢珠破裂，约须1400kg(3080磅)~1600kg(3520磅)。滚珠丝杆作动时，当有、无润滑时温升差异明显，此温升可能造成钢珠破裂或损坏，因此造成螺帽或丝杆珠槽的损坏。因此设计过程中须考虑润滑油的补充，如无法使用自动润滑系统，必须将润滑油的补充计划列入保养手册。

回流系统凹陷或断裂

螺帽过行程或回流系统受到撞击会造成回流系统凹陷或断裂，因此阻碍钢珠的循环路径，使得钢珠变成滑动而非滚动，最后造成回流系统断裂。预防方式可在丝杆前后端加装防撞器，防止过行程时，回流系统及螺帽受损。

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滚珠丝杆肩部断裂

･不当设计：丝杆肩部应避免锐角设计，以减少局部应力集中。

･丝杆轴颈弯曲：轴承承靠面与锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳，皆会导致丝杆肩部的弯曲或断裂；因此在锁定螺帽锁紧的前后，丝杆肩部偏摆量不得超过0.01mm(0.0004吋)。

･径向力或反复应力：安装丝杆时造成偏心会产生异常的交变剪应力并使滚珠丝杆提早损坏。

･丝杆肩部尺寸的设计，应避免与丝杆截面积差异过大。

温升对滚珠丝杆的影响

滚珠丝杆运转时，温升会影响到机械传动系统精度，特别是高速且高精度的机械。以下是影响滚珠丝杆温升因素：(1)预压力 (2)润滑 (3)预拉

･预压力的影响

为避免造成机械传动系统的失位，可藉由提高螺帽刚性来达到，意指提高螺帽预压力达到一定水平。施加预压力于螺帽会增加螺牙的摩擦扭矩，并使丝杆在作动时的温升提高。推荐预压力为最大轴向负荷的1/3，且预压力最重不得超过10%的动负荷，以获得到最佳的寿命及较低的温升效应。

･预拉的影响

丝杆轴因热而伸长变形，会导致定位精度恶化。其热伸长量可藉由公式求出，此热伸长量可藉由预拉来做补偿；而预拉补偿的目标值就是图面所标示的负T值。过大的预拉会烧坏支撑轴承。因此 PMI 建议采用小于5°C的预拉值，但若丝杆直径超过50mm时也不适合做预拉；丝杆直径大就需要大的预拉力，因此导致支撑轴承过热而烧坏。PMI 建议约以2~5°C的温升做为补偿值T的基准(丝杆每1000mm约-0.02~-0.06mm)。

･润滑的影响

润滑油选择直接影响滚珠丝杆的温升。滚珠丝杆须采以油或油脂其中一项的润滑，一般建议以轴承润滑油为滚珠丝杆油润滑，油脂则建议以锂皂基的油脂。油品黏度选用是依操作速度、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40°C时黏度指数范围为32~68cSt (ISO VG 32~68)(DIN51519)；而低速时，建议使用的润滑油为40°C时黏度指数范围为90cSt(ISO VG 90)以上。应用于高速且重负载，必须以强制冷却来降低温度，且可藉由中空丝杆或冷却螺帽通入冷却油来达到冷却效果。

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