直线滚柱导轨副寿命试验研究.pdf

加工技术与 DOI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 3 0 8 0 3 9 直线滚柱导轨副寿命试验研究 康 献 民 赵 美玲 1 五邑大学 广东江门 5 0 9 0 2 0 2 广东高新凯特精密机械股份有限公司 广东江门 5 2 9 0 0 0 摘要 根据恒定应力寿命试验的理论 设计了直线滚柱导轨的加速寿命试验系统 对L G R 3 5 E A L G R 4 5 E A 直线滚柱导轨副在 不同载荷下进行了寿命测试 试验表明在给定的试验条件下 直线导轨副的失效机理没有改变 对于直线导轨副进行恒定应 力加速寿命试验是合理和可行的 关键词 直线滚柱导轨副 寿命试验 疲劳寿命 中图分类号 T H1 3 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 3 0 8 0 1 4 9 0 4 Lif e Te s t Re s e a r ch o f Lin e a r Ro l l e r Gu id e KANG Xia n min ZHAO Me i l in g 1 Wu Y i U n i v e r s i t y J ia n g me n 5 0 9 0 2 0 C h i n a 2 G u a n g d o n g G a o X i n He i g h t P r e ci s i o n Ma ch in e C o L t d J i a n g me n 5 2 9 0 0 0 C h in a Ab s t r a ct Ba s e d o n t h e t h e o r y o f co n s t a n t s t r e s s l i f e t e s t d e s ig n t h e a cce l e r a t e d l if e t e s t s y s t e m o f t h e l in e a r r o l l e r g u id e wa y t h e t e s t wa s ca r ri e d o u t u n d e r d if f e r e n t l o a d f o r L GR3 5 EA LGR45 EA l in e a r r o l l e r g u id e wa y t h e r e s u l t s h o ws t h a t u n d e r t he g iv e n e x p e r ime n t a l co n d it io n f a il u r e me ch a n is m o f t he l in e a r r o l l e r g u id e wa y h a s n o t ch a n g e d co n s t a n t s t r e s s a e e e l e r a t e d l if e t e s t is r e a s o n a b l e a n d f e a s ib l e for t h e l in e a r r o l l e r g u ide wa y Ke y wo r d s l in e a r r o l l e r g u id e wa y l if e t e s t f a t ig u e l if e 滚动直线导轨副作为一种滚动功能部件 广 泛应用于数控机床 精密仪器等方面 但是对于 滚动直线导轨副最重要的性能 负载能力 及 在载荷环境下运行的寿命及可靠性的研究还需要 进一步的开展 由于按照传统的寿命试验技术 产品的寿命评估难在可行 的时间内完成 因而加 速寿命试验的研究受到了企业广泛重视 按照试 验应力的加载方式 加速寿命试验通常分为恒定 应力试 验 步进应力试验和序进应力试验 由于 恒定应力试验相对简单 本文根据恒应力试 验概 念 开发了直线滚动导轨寿命试验 系统 并对相 关产 品进行 了检测评价 取得 了较好 的经济和技 术效益 1 直线滚柱导轨副寿命的基本理论 滚珠直线导轨副寿命的衡量标准为 在允许 的环境条件 中 在承受负载等于额定动载荷 C k N 的情况下 连续导 向行程达到 5 0 k m 基准 广东省教育部产学研结合项目 编号 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 0 3 行程寿命 时有9 5 基准可靠度 不产生材料 疲劳破坏 滚动直线导轨额定 寿命为 在相 同的工作条 件下 同 L L 导轨组件分别运行 其中9 0 的导轨 组件 尚未出现疲劳剥落现象之前 滑块相对于导轨 运行距离的总和或一定运行速度下的工作小时数 根据参考文献可求得直线导轨副疲劳寿命如下 对于L G R 3 5 E A型有 了 5 0 l I 4 4 0 k m 对于L G R 4 5 E A型有 5 f x f T 5 0 2 01 1 B0 9 0 4 0 01 8 5 陈 黑 焉 枣 雨 露 呵 1 哆 鼍 墨 二 J L 一 j 一7 8 1 m 1 m 了 j 渊 一 4 1 技术与机床 式 中 为额 定寿 命 k m C为额 定动 载 倚 为实 际载荷 为滚道 面的硬 度系数 为温度系数 为接触系数 为载荷系数 2滚柱导轨副加速寿命试验要求 2 1 试验 目的 测试重载运行状态下导轨副疲劳寿命 精度 保持性 刚度保持性 塑料配件 的使用 寿命 其 精度保持性要求为 试验采用的导轨副精度等级 均为 D级 要求试验完成后 导轨副仍保持有 D级 精度特性 其刚度保持性要求 试验采用 的导轨 副均为重预压预加载荷 要求试验完成后导轨副 刚性不低于 中预压刚性值 其塑料配件 的使用寿 命要求 要求跑合试验 完成后 导轨副返 向端盖 密封件外观完好 磨损量小 能继续保持正常的 使用 未出现疲劳寿命下的崩裂现象 试验 条件 滑块移动速度 3 0 m min 跑合 行 程 9 0 0 l n m 润滑 油脂 采 用美 孚力士 滑脂 EPO 23 3 5L B 2 2 试验条件 H T S D l J G R 3 5 E A P l 1 6 2 0 D 滚柱直径 D 4 5 03 mm 刚度 K 1 5 7 MP a 自动供 油 每 6 0 分钟 0 4 cm 额定动载荷 C 5 8 0 0 k g r 额定 静载荷 C 1 l 2 0 0 k g f 外加载荷 压力3 0 0 0 k g H T S D L G R 4 5 E A P Fl 1 6 2 0 D 滚柱直径 D 4 9 93 mm 刚度 K 2 1 9 MP a 润 滑 频 率 自动 供 油 每 6 0分 钟 0 5 cm 额 定 动载 荷 c 9 2 0 0 k g f 额定静载荷 C o 1 8 5 0 0 k 外加载荷 压力40 0 0 k g 3 试验系统设计及结构 为 r本文完成要求的试验任务 开发 了一种 测试导轨副在受 不同载荷下实 际的使用 寿命及可 靠性的 结构合理 实用性强 操作方便 一次 可进行两套导轨副同时试验的直线滚动导轨副重 载寿命试验机 网 l中 1 为加 压 油缸 2为 顶杆 3为压 板 4为调整螺 钉 5 压力 传感 器 6为被 测导 轨 7 为辅助导轨 8 为移动传递系统 如 l 所示 基座上安装有 电机 试验 系统 采用伺服电机连接丝杠实现工作 台直线往复运 动 电机通 过移 动传递 系统 丝杆 与滑 台 连 接 滑台底部的左右两侧安装有辅助导轨副 7 与 图 l 试验系统的结构 图 基 座相 连接 滑 台顶 部设 置 有左 右 液 压缸 左 右液压缸上的顶杆通过压板 与设置在基座左 右侧部 的测试导轨副相连接 采用液压站连接液 压缸提供被测导轨副的负载压力 另外通过电脑 对试验过程 中的运动速度 行程 压力情况进行 数字化控制 采用该结构 的寿命试 验机 被测试 导轨副采用两侧面对称安装方式 一次同时进行 两组导轨副寿命跑合试验 另外 液压缸 以及压 板等部件组成 的力传递装置均为左 右对称结构排 布 两液压缸输 出的力在基座 中互相抵 消 以避 免辅助导轨 副承受过多的测试载荷 延长辅助导 轨的使用寿命 为了便于对加载力的控制 在左右两个导轨 副上均安装有压力传感 器 可实时测量导轨副受 压情况 以方便控制系统通过液压伺服控制系统 对左 右液压缸输入 的压力进行调节 液压伺服 控制 系统能够 通过 检测 导轨 副上加 载 的载 荷数 据 实现反馈调节 保证加载载荷的稳定性 图2 导轨副寿命试验装置 4 试验结果分析 4 1 试验结果 1 L G R 3 5 导轨副跑合试验结果 导轨副疲劳寿命 本导轨副跑合了4 5 0 k m 1 5 0 一 曩 曩 康献民 等 直线滚柱导轨副寿命试验石 干 究 加工技术与 超过了理论 寿命 4 4 0 k m 导轨 滑块沟槽表面及 滚柱滚子表 面出现磨痕 亮带 表面未见麻点 未发生鱼鳞状薄片的剥落 导轨副未达到疲劳寿 命 精度保持性 试验前后滚柱直径精度变化 试验前D 4 5 0 3 mm 试验后 D 4 5 0 2 4 5 0 3 m m最大精度变化 l m 试验 前导轨副综合精度等级为D 级 试验后导轨副仍 表 1 L GR 3 5 导轨副精度表 满足 D级精度要求 如表 1 导轨副刚度保持性 试验前导轨副刚度 1 5 7 k g f m 试验后 K 1 3 9 k g f tx m 刚度相对 减少 1 8 k g f m 对 比刚度表 如表 2 导轨副试 验后刚度不低于中预压刚性值 满足试验目 标 表2 L GR3 5导轨副刚度表 塑 料配 件 的使用 情况 密 封端 盖有 轻微 磨 损 导致外部密封不够严密 导轨表面上有少量 油污 内部密封件外观正常没有损坏 滑块内部 密封性能 良好 返向端盖外观正常 没有损坏 能继续使用 2 L G R 4 5 导轨副跑合试验结果 导轨副疲 劳寿命 本导 轨副跑合 了 8 0 0 k m 超 过了理论寿命 7 8 1 k m 导轨 滑块 沟槽 表 面及滚子表面出现磨痕 亮带 表面未见麻点 未发生鱼鳞状薄片的剥落 导轨副未达到疲劳寿 命 精度保持性 试验前 后滚子 直径精度 变 化 试 验 前D 4 9 9 3 m m 试 验 后 a 试验前 b 试验后 图3 L G R 3 5导轨副试验前后刚性值 D 4 9 9 1 4 9 9 2 m m 最 大精度变化 2 I z m 试 验前导轨副综合精度等级为D级 试验后导轨副 仍满足 D级精度要求 如表 3 表 3 L GR 4 5导轨副精度表 导轨 副刚度保 持性 试验前导 轨副 刚度 2 1 9 MP a 试验 后 K 2 0 4 MP a 刚度 相对 减少 1 5 MP a 对 比刚度表 导轨副实验后刚度不低于 中 预压刚性值 塑料配件的使用情况 密封端盖有轻微磨 损 导致外部密封不够严密 导轨表面上有少量 油污 内部密封件外观正常没有损坏 滑块内部 密封性能良好 返向端盖外观正常 没有损坏 能继续使用 区 二 二 E 技楠机床 表 4 L GR4 5刚度表 a 试验前 b 试验后 罔4 L G R 4 5导轨副试验前后刚性值 4 2 试验结果分析 L G R 3 5 导 轨副 加 载压力 3 0 0 0 k g 理论 寿 命4 4 0 k m 已跑合行程4 5 0 k m 现跑合试验超过 理论寿命 导轨 滑块沟槽出现磨痕 亮带 并 未发生 鱼鳞状薄 片的剥落现象 滚子发生磨损 直径减少 1 m 导轨副刚性有所下降但仍满足P 2 预紧力 要求 这表 明导轨 的滑块 沟槽表 面粗糙 度 淬火层硬度和深度均满足实际使用要求 滚 柱性能满足产品使用 密封端盖有轻微磨损 L GR 4 5 导轨 副 加载压力 4 0 0 0 k g 理论寿 命7 8 0 k m 已跑合行程8 0 0 k m 现跑合试验超过 理论寿命 导轨 滑块沟槽出现磨痕 亮带 并 未发生鱼鳞状薄片的剥落现象 滚子发生磨损 直径减少2 Ix m 导轨副刚性有所下降但仍满足P 2 预紧力要求 这表明导轨的滑块沟槽表面粗糙 度 淬火层硬度和深度均满足实际使用要求 滚 柱性能满足产品使用 密封端盖有轻微磨损 5 结论 通过本试验 在给定的试验条件下 两种直 线导轨 的滑块沟槽表面粗糙度 淬火层硬度和深 度 滚柱均能够满足实际使用寿命的要求 采用加速寿命试验能够缩短试验时间和节约 试验经费 有明显 的经济效益 本项 目由于试验 时间与载荷设定有 限 因此测试参数 的代表性不 够完善 有待今后继续进一步试验完善 参考文献 1 徐起贺 孙健利 滚动直线导轨副一般载荷下额定寿 命的计算 J 现代机械 2 0 0 2 1 2 4 2 8 2 徐起 贺 滚动 直线导轨 系统额定 寿命 计算 的研 究 J 组 合机 床 与 自动化 加 工技 术 2 0 0 0 1 2 21 23 3 G B 2 6 8 9 1 8 1 恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法 总则 S 4 王坚永 庄中华 滚动轴承可靠性加速寿命试验研 究 J 轴承 1 9 9 6 3 2 3 2 8 5 陈循 张春华 加速试验技 术的研究 应用与发展 J 机械工程学报 2 0 0 9 4 5 8 1 3 0 1 3 6 6 张仕念 赵韶平 常波 等 加速寿命试验的数学模 型 A 中国电子学会可靠性分会