滚珠丝杠副疲劳寿命试验台设计(3)
滚珠丝杠副自1874年在美国获得专利至今已经有100多年的历史了，而在我国却只有40多年的开发研制、专业生产的历史。在这种情况下，我国滚珠丝杠产业的发展水平与国外的水平相比就出现了较大的差距。从产品总体水平来看，我国处于发达国家名牌产品之下，尤其是高性能、高档次的产品(高速、高精度、特高精度、低噪声、高寿命等)与NSK、THK、Rexroth等知名企业有明显的差距，成为制约国产高档数控机床发展的瓶颈。
目前，我国在滚珠丝杠副产业上与国外还有很大的差距，其中丝杠检测技术不够完善是一个主要的原因。检测水平的高低直接影响到丝杠系列产品的精度和质量。在我国只有少数几种产品达到欧洲标准定位精度。精度差距只是表面现象，其实质还是基础技术差距的反映。如大多未采用定位精度软件补偿技术、温度变形补偿技术等只有拥有先进的检测仪器和产品性能试验设备，才能为批量生产的产品和新产品的研发提供品质保证，用检测数据和性能对比曲线来取信用户。因此提高丝杠检测设备的综合性能成为生产高精度、高质量滚珠丝杠的一个重要途径。同时，在提高丝杠性能的同时，寿命也是用户们关注的问题，提高滚珠丝杠副使用的可靠性，有助于自己国家所生产的产品被用户所青睐。
1.2.1 国外研究现状
国外对滚珠丝杠副的研究主要集中在日本、瑞典、德国、美国和韩国，虽然相关文献并不多，但所研究的内容基本涵盖了丝杠副的结构、运动学、接触变形、刚度、载荷与寿命、摩擦、润滑、噪声、温升和热场分布问题。
国外许多丝杠生产厂家如日本THK，NSK从20世纪70年代开始研究试验，驱动线速从 ，90年代末达 ，而现在最高线速度达到 并已成功应用于数控机床。根据最新资料显示，NSK公司在试验条件下己经使滚丝杠副的线速度提高到 。欧洲一些发达国家也在90年代开始研制高速丝杠副，其运动速度达到 。
在测量技术方面，日本NSK公司采用计算机对检测数据进行自动判别和处它在LMS型3m激光丝杠动态检测仪上加了一套“导程精度自动评定系统”。它完成如下三个功能：
a） 迅速完成数据处理，输出导程误差曲线，并根据JIS或150滚珠丝杠标准判断出精度等级；
b） 通过对图形放大、滤波获得精确数据，对误差进行统计分析；
c） 对导程误差进行谐波分析。
在测量方式上，NSK公司采用动态连续测量，为了获得与实际滚珠丝杠工作状态接近的各种性能数据，NSK研制了卧式连续动态预紧力矩测量机，安装在生产现场。使用时，可以自动的使滚珠丝杠仪在高速状态下跑合50个回合，然后自动转入低速状态并开始自动测量和记录。
在滚珠丝杠副测量的多功能化方面，联邦德国林德纳公司研制了GMM-4导程测量仪，对于各种不同牙型的丝杠，可以同时完成螺纹中径、单面导程误差和双面导程误差的测量。并且，能够对装配后的滚珠丝杠副同时进行综合导程精度和空载预紧力矩的测量。
随着现代测试技术的快速发展，光电技术、数字化技术、微处理技术、图像显技术、自动化技术得到了广泛的应用，智能化技术、柔性测试、计算机辅助测试等得到了广泛的发展及应用，丝杠动态测量仪的研究也向高精度、快速化、智能化、块化的方向发展。
图1.3 BTJS-001结构图
1.2.3 丝杠寿命研究现状
疲劳寿命指，在产生疲劳剥落前行走的距离。关于疲劳寿命，国内学者作了许多研究，《GCrl5轴承钢的接触疲劳寿命影响因素》本文分析了CCrl5轴承钢的接触疲劳寿命，对钢中氮化物、氧化物、硫化物、残余奥氏体对轴承钢接触疲劳寿命的影响进行了研究。丝杠多用CGr15轴承钢制造，说明材料对丝杠的疲劳寿命的影响[ ]。《GCr4与GCr15钢冲击韧性和接触疲劳寿命对比分析》对比分析了GCr4与GCr15钢的冲击韧性和接触疲劳寿命。结果表明，GCr4钢经感应穿透加热+表面淬火处理后，其室温与低温下的冲击韧性优于GCr15钢；不同应力的接触疲劳寿命与GCr15钢相当或略优。从此文了解到，用GCr4钢制造丝杠，可能可以提高丝杆的疲劳寿命，进而说明材料及其热处理对丝杠寿命的影响[ ]。《材料疲劳寿命的影响因素和研究方法》材料的疲劳寿命是机械可靠性设计的基础，也是疲劳性能研究的主要内容。大量的研究结果表明疲劳寿命具有离散性的特点，并且符合一定的统计分布规律，对于丝杠的寿命，也可以通过此方式进行研究[ ]。《载荷形式对疲劳寿命预测方法的影响》用力学分析方法解析了多种载荷条件下试件断面上各点应力分布规律，并根据这个分布规律由现有的大量旋转弯曲疲劳寿命实验数据推算同样材料的其他载荷形式下的疲劳寿命[ ]。《影响钢丝疲劳寿命的因素及提高疲劳寿命的技术措施》分析了影响钢丝疲劳寿命的主要因素,钢丝用盘条的质量,钢丝的拉拨工艺,钢丝热处理技术工艺,钢丝超细化处理,钢丝快速加热技术及形变热处理技术,都对钢丝的使用寿命有着重要的影响,结合工厂生产实际情况,分析影响钢丝疲劳寿命的主要因素并提出相应的技术措施。丝杆寿命影响因素与之类似[ ]。《疲劳载荷下强度衰减的数学模型》提出评价结构强度衰减过程的经验模型—强度衰减模型。该模型提供一种新的测定材料和结构应力(载荷)—寿命曲线的简易方法[ ]。《结构疲劳寿命稳健性优化设计》由于材料特性、构件的几何特性、载荷历程和环境条件等随机因素的影响，造成结构的疲劳寿命往往偏离结构的设计寿命。为了减少疲劳寿命的分散性，建立一种结构疲劳寿命稳健性优化模型[ ]。《安装误差对轴疲劳寿命的影响》本文研究了安装误差对单个轴疲劳寿命的影响，有助于此次实验中对疲劳寿命的分析[ ]。《滚动与滑动耦合作用下GCr15钢的磨损行为研究》研究表明,在滚动与滑动耦合作用下GCr15钢的磨损以滑动摩擦磨损为主,温度和润滑条件直接决定着GCr15钢的磨损状况[ ]。从整个试验过程来看,干摩擦的磨损程度明显剧烈于油润滑时的磨损。说明此次实验台的设计中，使用合适的润滑，可以减少磨损，增强寿命。