滾珠花鍵由于工件重心偏移、安裝面不平、懸臂過長等緣故，在自動(dòng)化設(shè)備上容易出現(xiàn)偏載的情況。短時(shí)間內(nèi)輕度超載并不會(huì)馬上失效，但是如果偏載過大或者長時(shí)間反復(fù)作用的話就會(huì)造成滾珠受力不均、局部應(yīng)力增大，從而產(chǎn)生異響、溫度上升以及精度下降等問題，甚至還會(huì)導(dǎo)致保持器損壞，當(dāng)負(fù)載偏離軸心的時(shí)候，受力的一側(cè)滾珠所承受的壓力更大，從而加快了該部位的磨損速度，不同的工作條件下的失效速度差別很大，在高速往復(fù)、頻繁啟動(dòng)停止或者受到?jīng)_擊大的情況下更容易發(fā)生接觸疲勞。設(shè)計(jì)的時(shí)候要縮短懸臂、控制好安裝精度，必要的情況下使用雙花鍵套或者輔助導(dǎo)向裝置，選擇合適的型號(hào)并且留有一定的負(fù)載余量可以減少異常磨損的風(fēng)險(xiǎn)。

一、偏載產(chǎn)生的實(shí)際原因

實(shí)際上設(shè)備很難使?jié)L珠花鍵處于完全垂直的狀態(tài)下工作。工件裝夾之后重心移動(dòng)了幾十毫米，底座平行度超出標(biāo)準(zhǔn)五分之一毫米，或者是執(zhí)行機(jī)構(gòu)伸出三百毫米，以上種種都會(huì)造成花鍵軸受到徑向力、扭矩以及傾覆力矩。在調(diào)試搬運(yùn)機(jī)械手的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)花鍵套運(yùn)行到行程末尾會(huì)出現(xiàn)微小抖動(dòng)，拆開之后發(fā)現(xiàn)是由于懸臂過長、工件重心偏離導(dǎo)向中心十五厘米造成的，使得花鍵軸一側(cè)滾珠受力過大。

二、偏載如何引發(fā)失效

當(dāng)負(fù)載作用線不與花鍵軸中心重合的時(shí)候，靠近受力一側(cè)的滾珠所承受的壓力就會(huì)更大一些。短時(shí)間內(nèi)輕微偏載可以承受住，但是偏載超過額定條件或者天天這樣跑的話，滾珠受到的壓力就不均勻了，局部接觸應(yīng)力過高，滾道表面就會(huì)產(chǎn)生壓痕。運(yùn)行過程中可以聽到異響聲，用手觸摸花鍵套可以感覺到溫度升高，定位精度也會(huì)逐漸降低，曾經(jīng)見過一臺(tái)往復(fù)頻率為每分鐘120次的設(shè)備，在偏載的狀態(tài)下運(yùn)行了半年之久，結(jié)果是保持器直接斷裂、滾珠卡在滾道內(nèi)無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

三、工況對(duì)失效速度的影響

相同的偏載條件放到低速、低頻的設(shè)備上，可能會(huì)運(yùn)行兩三年沒有大礙。但是換成高速往復(fù)、頻繁啟動(dòng)停止或者受到?jīng)_擊大的工況時(shí)，接觸疲勞和連接松動(dòng)就會(huì)很快出現(xiàn)。我認(rèn)為這是由于滾珠不斷地在同一個(gè)地方被碾壓而造成的，啟停次數(shù)越多、沖擊力度越大，那么疲勞裂紋就發(fā)展得越快，偏載的大小、持續(xù)的時(shí)間、沖擊的頻率以及安裝的精度等幾個(gè)方面加在一起就決定了花鍵套可以承受多長時(shí)間。

四、設(shè)計(jì)改進(jìn)措施

縮短懸臂長度是最快捷的方法，使負(fù)載重心盡可能地靠近導(dǎo)向中心。安裝的時(shí)候要保證底座平行度、同軸度好一些，降低起始時(shí)的不平衡程度。如果無法避免偏載的話，可以采用雙花鍵套來分擔(dān)傾覆力矩，也可以加裝輔助導(dǎo)向裝置，并且調(diào)整支撐點(diǎn)的位置，選擇型號(hào)的時(shí)候不要死板，留出20%30%的負(fù)載余量，給偏載和沖擊留出一定的緩沖空間，說白了，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、裝配精度控制得好，在偏載工況下也能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

總結(jié)

滾珠花鍵并不是完全不能承受偏載，主要取決于偏載大小、時(shí)間長短以及工作條件如何，輕度偏載對(duì)短時(shí)間的影響不大，但是長時(shí)間反復(fù)的作用下會(huì)導(dǎo)致局部磨損加快，從而產(chǎn)生異響、精度下降或者卡滯失效的情況。在設(shè)計(jì)的時(shí)候就從源頭上進(jìn)行控制偏載，在選擇型號(hào)的時(shí)候留有一定的余地，在裝配的時(shí)候保證精度，這樣就可以減少提前損壞的風(fēng)險(xiǎn)。本文由上隆自動(dòng)化整理分享，選型或者使用中遇到的問題可以相互討論。