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隨著數(shù)控機床工作精度和速度等要求日益提高，高精度絲杠軸承在機床行業(yè)得到廣泛應用。軸承精度、安裝配合和溫升決定了機床驅動單元的精度從而影響著機床的加工精度。軸承失效后簡單更換并不能排除再次失效的風險需要分析失效原因并加以改進旨在主動改善軸承生命周期防止由相同原因導致的再失效。
1、絲杠軸承安裝工況
圖1為某機床廠家的絲杠軸承布置圖具體參數(shù)為:絲杠φ40 mm x 10 mm；長度800 mm；立式安裝；承載3000 N。圖中①、③處軸承均為FAG ZKLF3080；②處軸承為FAG ZKLF2575。 軸系溫升未知 預拉伸量未知。
2、軸承失效情況
據用戶反映機床在運行一段時間后軸承出現(xiàn)失效導致機床不能正常運行。經拆解發(fā)現(xiàn)，ZKLF2575軸承外圈內側滾道及內圈外側滾道均產生剝落且內圈出現(xiàn)滑動痕跡 詳細情況如圖2所示。
3、失效原因分析
根據失效絲杠參數(shù)假設溫升為5℃則因溫升產生的絲杠預拉伸力F為：F=∆lAE/l;∆l=∆Kal。式中∆l為絲杠預拉伸量；A為絲杠軸的藏面積；E為彈性模量，210 GPa；∆K為溫度變化量；a為熱膨脹系數(shù)11.7μm/（m¹·℃¹）。將已知數(shù)據代入(1)式經計算得溫升為5℃時產生的力F=15438N。
根據FAG軸承樣本中的軸承承載能力圖絲杠軸承ZKLF2575的極限承載力約為5500 N而軸系溫升產生的力達到15438 N遠大于軸承的極限承載能歷從而導致軸承早期失效。通過分析和計算，失效原因為絲杠在運轉過程中溫升過大，絲杠伸長增加了軸承的載荷，導致軸承發(fā)生失效。
4、總結：
導致絲杠軸承失效的原因是：運轉過程中溫升過高而導致。
解決方法為：當絲杠軸承出現(xiàn)預載過大的情況時，除了可以通過增加預拉伸量（0.02-0.03mm建議值）來補償外，還可以通過優(yōu)化結構，增加蝶形彈簧（類似于彈性預緊）來改善升溫對軸承的影響，其結構如圖3所示，目前該結構在很多日系機床上已成功應用。
