康獻(xiàn)民，趙美玲

（1.五邑大學(xué)，廣東 江門 509020；2.廣東高新凱特精密機(jī)械股份有限公司，廣東 江門 529000）

滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副作為一種滾動(dòng)功能部件，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、精密儀器等方面，但是對(duì)于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副最重要的性能——負(fù)載能力，及在載荷環(huán)境下運(yùn)行的壽命及可靠性的研究還需要進(jìn)一步的開展。由于按照傳統(tǒng)的壽命試驗(yàn)技術(shù)，產(chǎn)品的壽命評(píng)估難在可行的時(shí)間內(nèi)完成，因而加速壽命試驗(yàn)的研究受到了企業(yè)廣泛重視。按照試驗(yàn)應(yīng)力的加載方式，加速壽命試驗(yàn)通常分為恒定應(yīng)力試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)和序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)。由于恒定應(yīng)力試驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，本文根據(jù)恒應(yīng)力試驗(yàn)概念，開發(fā)了直線滾動(dòng)導(dǎo)軌壽命試驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了檢測(cè)評(píng)價(jià)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。

1 直線滾柱導(dǎo)軌副壽命的基本理論

滾珠直線導(dǎo)軌副壽命的衡量標(biāo)準(zhǔn)為：在允許的環(huán)境條件中，在承受負(fù)載等于額定動(dòng)載荷C（kN）的情況下，連續(xù)導(dǎo)向行程達(dá)到50 km（基準(zhǔn)行程壽命）時(shí)有95%（基準(zhǔn)可靠度）不產(chǎn)生材料疲勞破壞。

滾動(dòng)直線導(dǎo)軌額定壽命為：在相同的工作條件下，同一批導(dǎo)軌組件分別運(yùn)行，其中90%的導(dǎo)軌組件尚未出現(xiàn)疲勞剝落現(xiàn)象之前，滑塊相對(duì)于導(dǎo)軌運(yùn)行距離的總和或一定運(yùn)行速度下的工作小時(shí)數(shù)。根據(jù)參考文獻(xiàn)可求得直線導(dǎo)軌副疲勞壽命如下。

對(duì)于LGR35EA型有：

式中：L為額定壽命（km），C為額定動(dòng)載荷，Pc為實(shí)際載荷， fH為滾道面的硬度系數(shù)，fT為溫度系數(shù)， fC為接觸系數(shù)， fW為載荷系數(shù)。

2 滾柱導(dǎo)軌副加速壽命試驗(yàn)要求

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

測(cè)試重載運(yùn)行狀態(tài)下導(dǎo)軌副疲勞壽命、精度保持性、剛度保持性、塑料配件的使用壽命。其精度保持性要求為：試驗(yàn)采用的導(dǎo)軌副精度等級(jí)均為D級(jí)，要求試驗(yàn)完成后導(dǎo)軌副仍保持有D級(jí)精度特性；其剛度保持性要求：試驗(yàn)采用的導(dǎo)軌副均為重預(yù)壓預(yù)加載荷，要求試驗(yàn)完成后導(dǎo)軌副剛性不低于中預(yù)壓剛性值；其塑料配件的使用壽命要求：要求跑合試驗(yàn)完成后導(dǎo)軌副返向端蓋、密封件外觀完好，磨損量小，能繼續(xù)保持正常的使用，未出現(xiàn)疲勞壽命下的崩裂現(xiàn)象。

試驗(yàn)條件：滑塊移動(dòng)速度：30 m/min；跑合行程：900 mm；潤(rùn)滑油脂：采用美孚力士滑脂EP02335LB。

2.2 試驗(yàn)條件

HTSD-LGR35 EA，P3=1×1620 D，滾柱直徑:Da=4.503 mm ，剛度：K=157 MPa，自動(dòng)供油，每60分鐘0.4cm3，額定動(dòng)載荷C=5800 kgf，額定靜載荷C0=11200 kgf，外加載荷：壓力3000 kg。

HTSD-LGR45 EA，P3=1×1620 D，滾柱直徑:Da=4.993 mm，剛度：K=219 MPa，潤(rùn)滑頻率：自動(dòng)供油，每60分鐘0.5cm3，額定動(dòng)載荷C=9200 kgf，額定靜載荷C0=18500 kgf，外加載荷：壓力4000 kg。

3 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)

為了本文完成要求的試驗(yàn)任務(wù)，開發(fā)了一種測(cè)試導(dǎo)軌副在受不同載荷下實(shí)際的使用壽命及可靠性的，結(jié)構(gòu)合理，實(shí)用性強(qiáng)，操作方便，一次可進(jìn)行兩套導(dǎo)軌副同時(shí)試驗(yàn)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副重載壽命試驗(yàn)機(jī)。

圖1中，1為加壓油缸，2為頂桿，3為壓板，4為調(diào)整螺釘，5壓力傳感器，6為被測(cè)導(dǎo)軌，7為輔助導(dǎo)軌，8為移動(dòng)傳遞系統(tǒng)。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，基座上安裝有電機(jī)，試驗(yàn)系統(tǒng)采用伺服電機(jī)連接絲杠實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)通過移動(dòng)傳遞系統(tǒng)（絲桿與滑臺(tái)）連接，滑臺(tái)底部的左右兩側(cè)安裝有輔助導(dǎo)軌副7與基座相連接，滑臺(tái)頂部設(shè)置有左、右液壓缸，左、右液壓缸上的頂桿通過壓板與設(shè)置在基座左右側(cè)部的測(cè)試導(dǎo)軌副相連接。采用液壓站連接液壓缸提供被測(cè)導(dǎo)軌副的負(fù)載壓力，另外通過電腦對(duì)試驗(yàn)過程中的運(yùn)動(dòng)速度、行程、壓力情況進(jìn)行數(shù)字化控制。采用該結(jié)構(gòu)的壽命試驗(yàn)機(jī)，被測(cè)試導(dǎo)軌副采用兩側(cè)面對(duì)稱安裝方式，一次同時(shí)進(jìn)行兩組導(dǎo)軌副壽命跑合試驗(yàn)。另外，液壓缸以及壓板等部件組成的力傳遞裝置均為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)排布，兩液壓缸輸出的力在基座中互相抵消，以避免輔助導(dǎo)軌副承受過多的測(cè)試載荷，延長(zhǎng)輔助導(dǎo)軌的使用壽命。

為了便于對(duì)加載力的控制，在左右兩個(gè)導(dǎo)軌副上均安裝有壓力傳感器，可實(shí)時(shí)測(cè)量導(dǎo)軌副受壓情況，以方便控制系統(tǒng)通過液壓伺服控制系統(tǒng)對(duì)左、右液壓缸輸入的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。液壓伺服控制系統(tǒng)能夠通過檢測(cè)導(dǎo)軌副上加載的載荷數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)，保證加載載荷的穩(wěn)定性。

圖2 導(dǎo)軌副壽命試驗(yàn)裝置

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

（1）LGR35導(dǎo)軌副跑合試驗(yàn)結(jié)果

導(dǎo)軌副疲勞壽命：本導(dǎo)軌副跑合了450 km，超過了理論壽命440 km，導(dǎo)軌、滑塊溝槽表面及滾柱滾子表面出現(xiàn)磨痕、亮帶，表面未見麻點(diǎn)，未發(fā)生魚鱗狀薄片的剝落，導(dǎo)軌副未達(dá)到疲勞壽命。

精度保持性：試驗(yàn)前后滾柱直徑精度變化，試驗(yàn)前Da=4.503 mm，試驗(yàn)后Da=4.502～4.503 mm最大精度變化1μm；試驗(yàn)前導(dǎo)軌副綜合精度等級(jí)為D級(jí)，試驗(yàn)后導(dǎo)軌副仍滿足D級(jí)精度要求，如表1。

表1 LGR35導(dǎo)軌副精度表

導(dǎo)軌副剛度保持性：試驗(yàn)前導(dǎo)軌副剛度K=157kgf/μm，試驗(yàn)后K=139kgf/μm，剛度相對(duì)減少18kgf/μm，對(duì)比剛度表如表2，導(dǎo)軌副試驗(yàn)后剛度不低于中預(yù)壓剛性值，滿足試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

表2 LGR35導(dǎo)軌副剛度表

塑料配件的使用情況：密封端蓋有輕微磨損，導(dǎo)致外部密封不夠嚴(yán)密，導(dǎo)軌表面上有少量油污；內(nèi)部密封件外觀正常沒有損壞，滑塊內(nèi)部密封性能良好；返向端蓋外觀正常，沒有損壞，能繼續(xù)使用。

（2）LGR45導(dǎo)軌副跑合試驗(yàn)結(jié)果

導(dǎo)軌副疲勞壽命：本導(dǎo)軌副跑合了800 km，超過了理論壽命（781 km），導(dǎo)軌、滑塊溝槽表面及滾子表面出現(xiàn)磨痕、亮帶，表面未見麻點(diǎn)，未發(fā)生魚鱗狀薄片的剝落，導(dǎo)軌副未達(dá)到疲勞壽命。

圖3 LGR35導(dǎo)軌副試驗(yàn)前后剛性值

精度保持性：試驗(yàn)前后滾子直徑精度變化，試驗(yàn)前 Da=4.993 mm，試驗(yàn)后Da=4.991～4.992 mm，最大精度變化2μm；試驗(yàn)前導(dǎo)軌副綜合精度等級(jí)為D級(jí)，試驗(yàn)后導(dǎo)軌副仍滿足D級(jí)精度要求，如表3。

表3 LGR45導(dǎo)軌副精度表

導(dǎo)軌副剛度保持性：試驗(yàn)前導(dǎo)軌副剛度K=219 MPa，試驗(yàn)后K=204 MPa，剛度相對(duì)減少15 MPa。對(duì)比剛度表，導(dǎo)軌副實(shí)驗(yàn)后剛度不低于中預(yù)壓剛性值。

塑料配件的使用情況：密封端蓋有輕微磨損，導(dǎo)致外部密封不夠嚴(yán)密，導(dǎo)軌表面上有少量油污；內(nèi)部密封件外觀正常沒有損壞，滑塊內(nèi)部密封性能良好；返向端蓋外觀正常，沒有損壞，能繼續(xù)使用。

表4 LGR45剛度表

圖4 LGR45導(dǎo)軌副試驗(yàn)前后剛性值

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

LGR35導(dǎo)軌副，加載壓力3000 kg，理論壽命440 km，已跑合行程450 km，現(xiàn)跑合試驗(yàn)超過理論壽命。導(dǎo)軌、滑塊溝槽出現(xiàn)磨痕、亮帶，并未發(fā)生魚鱗狀薄片的剝落現(xiàn)象；滾子發(fā)生磨損，直徑減少1μm，導(dǎo)軌副剛性有所下降但仍滿足P2預(yù)緊力要求；這表明導(dǎo)軌的滑塊溝槽表面粗糙度、淬火層硬度和深度均滿足實(shí)際使用要求，滾柱性能滿足產(chǎn)品使用；密封端蓋有輕微磨損。

LGR45導(dǎo)軌副，加載壓力4000 kg，理論壽命780 km，已跑合行程800 km，現(xiàn)跑合試驗(yàn)超過理論壽命。導(dǎo)軌、滑塊溝槽出現(xiàn)磨痕、亮帶，并未發(fā)生魚鱗狀薄片的剝落現(xiàn)象。滾子發(fā)生磨損，直徑減少2 μm，導(dǎo)軌副剛性有所下降但仍滿足P2預(yù)緊力要求。這表明導(dǎo)軌的滑塊溝槽表面粗糙度、淬火層硬度和深度均滿足實(shí)際使用要求，滾柱性能滿足產(chǎn)品使用。密封端蓋有輕微磨損。

5 結(jié)論

通過本試驗(yàn)，在給定的試驗(yàn)條件下，兩種直線導(dǎo)軌的滑塊溝槽表面粗糙度、淬火層硬度和深度、滾柱均能夠滿足實(shí)際使用壽命的要求。

采用加速壽命試驗(yàn)?zāi)軌蚩s短試驗(yàn)時(shí)間和節(jié)約試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目由于試驗(yàn)時(shí)間與載荷設(shè)定有限，因此測(cè)試參數(shù)的代表性不夠完善，有待今后繼續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)完善。

［1］徐起賀，孫健利.滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副一般載荷下額定壽命的計(jì)算［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2002（1）：24-28.

［2］徐起賀.滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)額定壽命計(jì)算的研究［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2000（12）：21-23.

［3］GB2689.1-81.恒定應(yīng)力壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)方法總則［S］.

［4］王堅(jiān)永，莊中華.滾動(dòng)軸承可靠性加速壽命試驗(yàn)研究［J］.軸承，1996（3）：23-28.

［5］陳循，張春華.加速試驗(yàn)技術(shù)的研究、應(yīng)用與發(fā)展［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，45（8）：130-136.

［6］張仕念，趙韶平，常波，等.加速壽命試驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型［A］.中國(guó)電子學(xué)會(huì)可靠性分會(huì)第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文選［C］.2006.

［7］張春華，溫熙森，陳循.加速壽命試驗(yàn)技術(shù)綜述［J］.兵工學(xué)報(bào)，2004（7）：485-489.

［8］闞樹林，樊迅·邊瀟，等.非恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皯?yīng)用［A］.2010年全國(guó)機(jī)械行業(yè)可靠性技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)暨第四屆可靠性工程分會(huì)第二次全體委員大會(huì)論文集［C］.2010.