丝杠轴承失效案例分析

随着数控机床工作精度和速度等要求日益提高，高精度丝杠轴承在机床行业得到广泛应用。轴承精度、安装配合和温升决定了机床驱动单元的精度,从而影响着机床的加工精度。轴承失效后简单更换并不能排除再次失效的风险,需要分析失效原因并加以改进,旨在主动改善轴承生命周期,防止由相同原因导致的再失效。

1、丝杠轴承安装工况

图1为某机床厂家的丝杠轴承布置图,具体参数为:丝杠φ40 mm x 10 mm；长度800 mm；立式安装；承载3000 N。图中①、③处轴承均为FAG ZKLF3080；②处轴承为FAG ZKLF2575。 轴系温升未知, 预拉伸量未知。

2、轴承失效情况

据用户反映,机床在运行一段时间后轴承出现失效,导致机床不能正常运行。经拆解发现，ZKLF2575轴承外圈内侧滚道及内圈外侧滚道均产生剥落,且内圈出现滑动痕迹 ,详细情况如图2所示。

3、失效原因分析

根据失效丝杠参数,假设温升为5℃,则因温升产生的丝杠预拉伸力F为：F=∆lAE/l;∆l=∆Kal。式中∆l为丝杠预拉伸量；A为丝杠轴的藏面积；E为弹性模量，210 GPa；∆K为温度变化量；a为热膨胀系数,11.7μm/（m¹·℃¹）。将已知数据代入(1)式经计算得温升为5℃时产生的力F=15438N。

根据FAG轴承样本中的轴承承载能力图,丝杠轴承ZKLF2575的极限承载力约为5500 N,而轴系温升产生的力达到15438 N,远大于轴承的极限承载能历从而导致轴承早期失效。通过分析和计算，失效原因为丝杠在运转过程中温升过大，丝杠伸长,增加了轴承的载荷，导致轴承发生失效。

4、总结：

导致丝杠轴承失效的原因是：运转过程中温升过高而导致。

解决方法为：当丝杠轴承出现预载过大的情况时，除了可以通过增加预拉伸量（0.02-0.03mm建议值）来补偿外，还可以通过优化结构，增加蝶形弹簧（类似于弹性预紧）来改善升温对轴承的影响，其结构如图3所示，目前该结构在很多日系机床上已成功应用。