利用X射线应力测定仪,显微硬度计,白光共聚焦显微镜,SEM等微观分析手段,分析了国外滚动直线导轨副的导轨未跑合区、加减速区、匀速区以及滑块的上下滚道的残余应力、显微硬度、金相组织的分布,并对比了国内滚动直线导轨副的导轨匀速区的残余应力、显微硬度、金相组织的分布。结果表明,导轨上滚道的淬硬层深度大于下滚道的淬硬层深度,淬硬层深度越深,滚道表面残余应力越小,滚道面磨损会导致残余应力增大。导轨加减速区摩擦产生热量导致滚道的淬火热影响区深度增加,硬化区和过渡区的金相组织发生变化。原始组织中铬元素分布的不均匀性,导致成品导轨副基体金相组织中存在较为明显的带状组织,同时导轨淬硬区金相组织中板条状马氏体和针状马氏体的分布也影响导轨副的疲劳寿命。

对国内外生产的45型滚动直线导轨副进行精度保持性对比试验,并对导轨副的精度保持性进行检测。基于Hertz接触理论和刚体动力学对滚珠和滚道的接触面进行了力学与变形分析,求出滚珠所受的最大接触应力,用Workbench进行仿真验证,为磨粒磨损机理和粘着磨损机理的研究提供参考。根据导轨副的运动工况和结构设计,使用场发射扫描电镜和白光干涉仪对上述试验后的导轨副的滚道和滚珠进行显微形貌观测,探究了导轨副的磨损特性和磨损机理。对比国内外滚动直线导轨副的滚道、滚珠的磨损程度,得出磨损是影响精度保持性的根本原因。

针对滚动直线导轨副的精度保持性问题,对其在受垂直载荷条件下的磨损过程进行建模和仿真分析。基于Hertz接触理论建立滚动直线导轨副的接触变形,考虑受垂直载荷后上排滚珠和下排滚珠接触角的变化情况。由滚动直线导轨副的磨损机理可知粘着磨损和磨粒磨损在磨合阶段和稳定磨损阶段占据主导,运用Archard磨损理论和显微切削磨损理论分析了滚动直线导轨副的磨损过程,考虑在磨损过程中预紧力随着跑合距离的增加而逐渐变小,滚珠的接触角发生变化的情况,在此基础上建立了滑块垂直位移的磨损计算模型。选取国内滚动直线导轨副进行精度保持性对比试验,试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了模型的正确性,进一步探究了磨损与精度之间的关系。