文 献 综 述
1 引言
滚珠丝杠副是将丝杠的旋转运动转化为直线运动的滚动功能部件，因其具有高精度、高效率、摩擦阻力小等特点在高精密传动领域有着广泛的应用，例如数控机床进给系统，高铁地铁的车厢门等等。但是滚珠丝杠副也存在很明显的问题，例如使用寿命短、温升过快、可靠性差、磨损失效快等，为了尽可能减少滚珠丝杠失效对生产应用造成的损失，就需要对滚珠丝杠副进行失效机理的研究以及故障诊断。
2 失效机理研究
滚珠丝杠目前的制造、设计多是基于滚子轴承设计理论，但由于滚珠丝杠与滚子轴承的几点重大不同，使得其与滚子轴承的磨损形式存在较大不同，失效机理因而也有较大不同。如滚珠丝杠特有的楔紧效应就会显著影响其摩擦力矩。
在失效机理的研究方面，国内注重应用，更多依靠滚子轴承模型，在类比滚子轴承的基础上提出丝杠失效的可能形式，然后对其进行验证。王影[1]的研究中提出滚珠丝杠副的失效形式主要有以下几种：表面损伤失效、变形失效、断裂失效。在表面损伤失效中，疲劳点蚀是源于滚珠与滚道之间重复接触应力的作用，Dowling[2]则进一步研究发现疲劳过程通常由两个阶段组成，裂纹开始和裂纹生长；姜洪奎[3]则将其余的磨损失效又分为磨粒磨损和粘着磨损等多个方面进行了具体阐述。对于变形失效，丝杠作为细长型零部件，其加工和安装过程中都易产生变形，过量变形会使机械设备无法正常工作。断裂失效会由载荷过大、转速过高等引起，有时也会有内因，王福成[4]对滚珠丝杠制造过程中的微观裂纹和材料内部缺陷的研究表明这些会成为滚珠丝杠低应力脆断的主要成因。然而实际中滚珠丝杠的失效是多种形式共同影响的结果，上述研究成果更多是失效后的判断，对如何从监测信号中分离出各失效形式仍欠缺指导效果。
国外则更注重对由滚珠丝杠组成的进给系统的整体分析。Hung[5]等就对滚珠丝杠的返回器进行了专门的研究，发现丝杠达到一定高转速时，滚珠返回时其中的冲击力将会损坏丝杠的返回元件。Jerzy[6]等的研究则表明，丝杠滚珠冲击力的频率可能与驱动系统频率发生共振，从而产生破坏，对于确定直径和转速的丝杠，可以通过选择球直径来改变冲击力的频率，防止共振。对整体系统的研究在一定程度上能够更好地改善丝杠系统的各项性能，但其对滚珠丝杠本质结构的研究则略显不足，也无法从根本上提高丝杠本身的质量。
失效机理的研究国内外学者都做过大量的工作，本论文在失效机理方面力求较为完整地归纳整理国内外学者已经探讨出的内容，并尝试得到更多的发现。
3 故障诊断
了解了滚珠丝杠的失效机理，为了防止其失效在生产过程中造成的损失，就要对其进行实时的检测和故障诊断。故障诊断在机械的各个领域都是值得重视的，国内外学者也提出了各种不同的故障诊断方法。铃木政治[7]提出了用铁粉记录诊断法通过对润滑油中的磨粒进行分析从而得到机械部件运行状况的方法；测振方法也是最常用的故障诊断技术，Liang Guo[8]等提出了一种通过包络谱分析的经验模式分解（EMD）来监测平衡丝杠系统的支撑轴承状态的方法，该方法可以从滚珠丝杠螺母的振动信号中提取支撑轴承的诊断特征。周艳玲[9]等已经开始在滚动轴承中试用利用声信号进行故障诊断。王长全[10]则讨论了通过温度信息与机械信息建立联系进行信息融合对旋转机械故障进行故障诊断。张征凯[11]等以分形维数作为特征参数对轴心轨迹进行了智能故障的检测。由于目前丝杠的很多技术都是由滚动轴承借鉴而来，这些技术在滚动轴承上的应用要比在滚珠丝杠中的应用更为成熟，同时由于轴承与丝杠的诸多差异，这些技术在滚珠丝杠中的应用还需要更多的研究和进一步的探索。
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