王坤

(舍弗勒大中华区 舍弗勒贸易(上海)有限公司，上海 201804)

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×10 mm;长度800 mm;立式安装;承载3 000 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。

图1 典型丝杠轴承布置图

2 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[1]，详细情况如图2所示。

图2 失效轴承照片

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=ΔlAE/l，

Δl=ΔKαl，

(1)

式中:Δl为丝杠预拉伸量；A为丝杠轴的截面积；E为弹性模量，210 GPa；ΔΚ为温度变化量；α为热膨胀系数，11.7 μm/(m-1·℃-1)。将已知数据代入(1)式，经计算得温升为5 ℃时产生的力F=15 438 N。

根据FAG轴承样本中的轴承承载能力图[2-3]，丝杠轴承ZKLF2575的极限承载力约为5 500 N，而轴系温升产生的力达到15 438 N，远大于轴承的极限承载能力，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。……