林炜国1，2，祖〓莉1，2，王〓凯1，冯虎田1，2
(1.南京理工大学机械工程学院，江苏 南京〓210094)
(2.数控机床功能部件共性技术工业和信息化部重点实验室，江苏 张家港〓215600)
摘要：为了完善滚珠丝杠副可靠性增长体系,根据滚珠丝杠副磨损与摩擦力矩的相关性,分析摩擦力矩变动量对可靠性的影响,基于滚珠丝杠副小批量生产且运行故障少的情况建立小样本可靠性增长评估计算模型。提出一种滚珠丝杠副可靠性增长试验方法,对摩擦力矩优化前后不同厂家的国产滚珠丝杠副进行可靠性增长试验研究。结果表明,减小摩擦力矩变动量促使滚珠丝杠副MTBF（平均故障间隔时间）得到明显提升；同时,对比预紧力以及行程误差退化速率发现,摩擦力矩变动量越小,磨损速率越慢,进而验证了可靠性增长试验中控制摩擦力矩变动量的必要性。
关键词：滚珠丝杠副;预紧力;摩擦力矩变动量;可靠性增长评估模型;可靠性增长试验
中图分类号：TH166;TG65〓〓文献标识码：A〓〓文章编号：2095-509X(2022)01-0088-05

数控机床的发展使行业对滚珠丝杠副的性能要求逐渐提高，可靠性作为滚珠丝杠副最重要的服役性能之一［1-2］，越来越受到重视。然而目前滚珠丝杠副可靠性水平较低，且缺乏试验研究，可靠性增长体系急需完善［3］。
可靠性增长是指产品在设计、加工、生产过程中，可靠性评估指标随着产品的不断改良而逐渐提升的过程。李大伟等［4］提出武器系统可靠性鉴定试验方案；赵静一等［5］提出液压促成器可靠性增长试验方法；邢云燕等［6］提出基于Bayes的可靠性增长评估方法；葛甜等［7］针对盘式刀库提出可靠性增长试验方法；金向明等［8］提出航空发动机可靠性评估模型；石田俊雄等［9］提出滚动直线导轨可靠性试验装置及方法，但未就此进行试验研究。综上所述，不同领域所使用的可靠性评估模型有所不同，且尚未针对试验样本量较少的滚珠丝杠副可靠性增长试验进行研究。
滚珠丝杠副的磨损主要体现为预紧力退化，因此预紧力大小对可靠性增长具有决定性作用。胡建忠等［10］通过坐标变换计算双螺母滚珠丝杠副轴向预紧力；王志荣等［11］基于振动特性对滚珠丝杠副预紧力丧失进行诊断；Zhou等［12］提出了新的滚珠丝杠副预紧力计算方法。上述研究对预紧力的预测具有借鉴意义，但并未将预紧力与可靠性增长相结合进行研究。
本文基于滚珠丝杠副磨损量与摩擦力矩的关联性，分析摩擦力矩变动量对可靠性的影响；结合滚珠丝杠副样本小、故障少的特点建立可靠性增长评估计算模型，并提出可靠性增长试验方法，选用摩擦力矩优化前后不同厂家的滚珠丝杠副进行可靠性增长试验验证。

1〓摩擦力矩波动性计算
预紧力的大小直接影响滚珠丝杠副的使用效果，较小的预紧力无法满足承载需要，过大的预紧力会产生附加载荷，加快滚珠丝杠副的磨损。
加工误差使得滚珠丝杠的滚道参数存在差异，进而导致螺母移动至不同位置时的预紧力不同［13，而不同的预紧力将对丝杠的磨损产生不同的影响。基于Archard磨损理论，滚珠丝杠副的磨损量计算模型为［14］

w=ks〖SX(〗Fn〖〗3σs〖SX)〗s
〖JY〗(1)

式中：w为磨损体积；ks为无量纲磨损常数，对于润滑条件良好的轴承钢材料取值10-9；σs为滚道的受压屈服极限；Fn为单个滚珠所受的法向力；s为滚珠相对滑动距离。
〓〓滚珠磨损体积为磨损深度Δh与接触面积的〖CM)〗


基金项目：国家重大专项(2018ZX04039001-001)
作者简介：林炜国(1996—)，男，硕士研究生，主要研究方向为机械电子工程与精密检测技术