CN107505125A - 滚动直线导轨副可靠性加速试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，首先利用平均故障间隔里程评价方法对滚动直线导轨副的可靠性进行评价；然后利用可靠性加速模型对导轨副进行可靠性建模；利用小子样定时截尾双应力可靠性试验方法，确定试验的里程、载荷、速度以及样本量；接着利用导轨副寿命计算公式，计算试验的应力加速因子和当量加速试验速度，检验试验条件的合理性；最终利用确定的试验条件对导轨副进行可靠性加速试验。本发明的目的在于提供一种基于双应力加速失效模型的滚动直线导轨副可靠性试验方法，解决当前滚动直线导轨副可靠性试验时间过长、费用过高、样本量不足等问题，进而提高试验效率。
Description
技术领域
本发明属于可靠性设计试验领域，特别是一种滚动直线导轨副可靠性加速试验方法。
背景技术
滚动直线导轨副是数控机床的核心功能部件，滚动直线导轨副的可靠性将直接影响整个数控系统的可靠性。高档数控机床的可靠性指标平均故障间隔时间(MTBF)已达数千小时，按照传统的试验技术对滚动直线导轨副进行试验，在投入一根试验样件时就需要数月甚至几年的时间才能完成试验，而在投入多根试验样件时，高昂的样件费用同样难以承受。因此，传统的可靠性试验方法已经不能满足滚动直线导轨副的要求，采用加大应力、缩短试验时间的可靠性加速试验技术已成为可靠性试验验证技术发展的必然趋势。
国内目前关于滚动直线导轨副可靠性试验方法的研究处于空白状态，缺乏相应的滚动直线导轨副可靠性指标体系，各厂家产品出厂前不能完整准确地回答相关滚动直线导轨副的可靠性问题，突出表现在没有确切给出针对产品可靠性定义的五要素，指标笼统，缺乏针对性，无法进行量化考核。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，从而提高试验效率。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，包括以下步骤：
步骤1、利用平均故障间隔里程评价方法对滚动直线导轨副的可靠性进行评价，确定该类导轨的平均故障间隔里程；
步骤2、构建滚动直线导轨副可靠性加速模型；
步骤3、利用小子样定时截尾双应力可靠性试验方法选取可靠性加速试验的里程、载荷、速度以及样本量；
步骤4、确定试验的应力加速因子和当量加速试验速度，检验步骤3中里程、载荷、速度的合理性；如果合理，则执行步骤5，否则返回步骤3重新选取可靠性加速试验的里程、载荷、速度以及样本量；
步骤5、利用上述确定的试验条件对滚动直线导轨副进行可靠性加速试验。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明提供的一种滚动直线导轨副双应力可靠性加速试验方法，可有效解决当前滚动直线导轨副可靠性试验时间过长、费用过高的问题；2)本发明的方法解决了试验样本量不足等问题，进而提高试验效率；3)本发明方法的可行性高、测量结果真实有效。
附图说明
图1为本发明的滚动直线导轨副可靠性加速试验方法流程图。
具体实施方式
结合附图，本发明的一种滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，包括以下步骤：
步骤1、利用平均故障间隔里程评价方法对滚动直线导轨副的可靠性进行评价，确定该类导轨的平均故障间隔里程；
所述利用平均故障间隔里程评价方法对滚动直线导轨副可靠性进行评价所用公式为：
式中，MMBF为平均故障间隔里程，MTBF为数控机床平均故障间隔时间，T为数控机床加工某一零件的总时间，Vi为数控机床平均故障间隔时间MTBF下滚动直线导轨副的第i种速度，ti为Vi速度下运行的时间，k为速度的个数。
步骤2、构建滚动直线导轨副可靠性加速模型；所述模型为：
式中，L为滚动直线导轨副的里程寿命，单位为km；fh，ft，fc，fa，fw分别为硬度系数，温度系数，接触系数，精度系数，载荷系数；C为滚动直线导轨副的额定动载荷，单位为N；Pc为滚动直线导轨副承受的当量载荷；Lh为滚动直线导轨副的时间寿命，单位为h；l为滚动直线导轨副的行程长度，单位为m；n为滚动直线导轨副每分钟往复次数；V为滚动直线导轨副试验速度，单位为m/min；Pc1和Lh1为恒定应力加速寿命试验条件下的轴向载荷和寿命时间；Pc2和Lh2为实际工况下的轴向载荷和寿命时间。
步骤3、利用小子样定时截尾双应力可靠性试验方法选取可靠性加速试验的里程、载荷、速度以及样本量；具体为：
两种实验应力下，滚动直线导轨副的试验时间均为X天，速度为滚动直线导轨副的正常速度，载荷在轻载、中载和重载下分别取5％×C、10％×C和15％×C，样本容量≥3副，X的取值范围为5～15。
步骤4、确定试验的应力加速因子和当量加速试验速度，检验步骤3中里程、载荷、速度的合理性；如果合理，则执行步骤5，否则返回步骤3重新选取可靠性加速试验的里程、载荷、速度以及样本量；
确定试验的应力加速因子和当量加速试验速度所用公式为：
MMBF当量＝V1t1+G·V2t2
式中，G为可靠性加速试验的加速因子，MMBF当量为可靠性加速试验的当量里程，V1和t1分别为第一应力水平下的速度和时间，V2和t2分别为第二应力水平下的速度和时间；
检验步骤3中里程、载荷、速度的合理性的判断依据为：
MMBF当量≥MMBF
式中，MMBF当量为可靠性加速试验的当量里程，MMBF为平均故障间隔里程；若上式成立，则里程、载荷、速度设置合理。
步骤5、利用上述确定的试验条件对滚动直线导轨副进行可靠性加速试验。具体为：
整个批次的试验开始前，先将试验样件分别装在导轨副精度测量仪器和摩擦力测量仪器上，测得初始的导轨副精度和摩擦力；
正式试验开始后，每隔8个小时测试试验样件的温度、噪声、振动、摩擦力、平行度参数；在每个阶段结束时添加润滑脂；若是出现下表所示故障或者其他故障则及时停机，并记录故障时间、故障部位、故障原因；所述添加的润滑脂为美孚力士滑脂EP2。
试验完成后，若试验样件出现故障，对具体故障进行分析记录；若没有出现故障，再次测试试验样件的行程误差以及摩擦力矩，进行存档，并将试验样件标号入库；所述滚动直线导轨副故障表为：
滚动直线导轨副故障表
本发明提供的滚动直线导轨副双应力可靠性加速试验方法，可有效解决当前滚动直线导轨副可靠性试验时间过长、费用过高的问题。
下面结合实施例进行具体描述。
实施例
滚动直线导轨副双应力可靠性加速试验方法包括以下内容：
1、确定滚动直线导轨副的MMBF：
表1某流水线上相应机械完成特定工序所用时间
| 转速(m/min) | 时间(min) |
| 4 | 5 |
| 8 | 4 |
| 16 | 3 |
| 0(产品传输间隔时间) | 0.3 |
按照流水线机械MTBF＝4000小时计算，对应滚动直线导轨副的里程至少为：
表1为某流水线上相应机械完成特定工序所用时间。通过对以上典型案例分析可知：流水线机械MTBF＝4000小时的情况下，对应的导轨里程为721公里。滚动直线导轨副可靠性测定试验，需要将导轨在滚动直线导轨副可靠性测试装置上进行跑合，跑合里程至少为721公里，不发生故障，如此能满足滚动直线导轨副MTBF＝4000小时的规范。2、确定加速试验模型：
加速寿命试验是用加大应力(包括机械应力和热应力等)的方法，在相对较短的时间内，通过试验，检测出试验样件的故障信息。目前常用的加速模型包括与温度有关的阿伦尼斯模型和艾林模型，描述热应力与机械应力加速的逆幂律模型、多应力同时加速的广义对数-线性模型、累计损伤指数模型等。滚动直线导轨副的主要失效模式一摩擦磨损和疲劳点蚀为主，这一类故障主要和载荷有关，即滚珠与滚道之间的机械应力。因此，滚动直线导轨副加速模型使用加速时间模型。
3、小子样定时截尾双应力快速试验方法：
对于完全寿命试验，应将所有的样本试验至出现故障为止。但对于加速寿命试验，试验样件不一定会全部出现故障。因此，可以采用截尾寿命试验。截尾方式主要有三种：定时、定数和随机方式。定时截尾方式是规定试验时间t，当试验时间达到t时，即停止试验，统计试验样本中失效样本数；定数截尾是从总体样本中抽出n个样本进行试验，当失效数达到试验规定时，即停止试验，此时试验时间是不定的；随机结尾是随机抽取试验样本，当试验样本都出现故障时，即停止试验，不能控制时间和样本数。因此，可靠性测定试验中，选用定时截尾的方式，来进行加速寿命试验。
本次试验采用小子样定时截尾的加速寿命试验方法进行。单根导轨试验总周期10天，每天跑合8小时为一个阶段。导轨可靠性测定试验是对一批导轨进行统计试验，理论上需要大量的样本。但是由于滚动直线导轨副可靠性水平比较高，试验费时费力，因此使用小子样试验的方法进行试验可提高试验效率：在已经验收合格的产品批次中，应随机抽取同工艺、同规格产品，样本检验应符合有关标准的规定，在被测样本的非工作表面上编号，编号应清晰、唯一，选用三根滚动直线导轨副作为试验样件，三根导轨的速度、载荷和跑合时间按表2进行(前40小时加5％的额定动载荷,后40小时加10％的额定动载荷)。达到设定转数或出现不可修复故障时试验停止。
表2滚动直线导轨副可靠性试验条件
| 试验速度(m/min) | 35 | 35 |
| 载荷(KN) | 5％C | 10％C |
| 跑合时间(h) | 40 | 40 |
| 跑合里程(KM) | 84 | 84 |
4、计算加速试验转数
滚动直线导轨副在一定应力范围内，故障机理不会发生改变。由于试验采用的是恒定应力加速试验，因此，需要将试验的数据转化成正常条件下的试验结果，以便进行数据进一步的分析和评估。根据寿命与载荷之间的计算关系，可以进行加速寿命和正常应力水平之间的转化。在不同应力加载条件下，同一根导轨副的额定动载荷相同，因在加速寿命和正常应力条件下滚动直线导轨副运转的速度相同，就可认为载荷系数是相同的。
本次可靠性加速试验的加速因子为：
按照统计滚动直线导轨副MTBF＝4000小时时，对应的导轨里程应至少为721KM，按试验要求，取整为750KM。前40小时跑合里程为：
N1＝35×40×60＝84KM。
后40小时，加载载荷为正常载荷的两倍，后40小时跑合里程为：
N2＝35×40×60×8＝672KM。
整个试验过程结束后，导轨跑合总里程为：
MMBF＝N1+N2＝756KM＞750KM。
符合试验要求的750KM，所以试验方案合理。
5、试验实施
整个批次的试验开始前，先将试验样件分别装在导轨副精度测量仪器和摩擦力测量仪器上，测得初始的导轨副精度和摩擦力；正式试验开始后，每隔8个小时测试试验样件的温度、噪声、振动、摩擦力、平行度参数；在每个阶段结束时添加润滑脂，一般添加润滑脂为美孚力士滑脂EP2；若是出现下表所示故障或者其他故障则及时停机，并记录故障时间、故障部位、故障原因；试验完成后，若试验样件出现故障，对具体故障进行分析记录；若没有出现故障，再次测试试验样件的行程误差以及摩擦力矩，整理先前试验中的各项数据，进行存档，并将试验样件标号入库。
由上可知，本发明解决了当前滚动直线导轨副可靠性试验时间过长、费用过高、样本量不足等问题，提高了试验效率。
Claims (7)
1.一种滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用平均故障间隔里程评价方法对滚动直线导轨副的可靠性进行评价，确定该类导轨的平均故障间隔里程；
步骤2、构建滚动直线导轨副可靠性加速模型；
步骤3、利用小子样定时截尾双应力可靠性试验方法选取可靠性加速试验的里程、载荷、速度以及样本量；
步骤4、确定试验的应力加速因子和当量加速试验速度，检验步骤3中里程、载荷、速度的合理性；如果合理，则执行步骤5，否则返回步骤3重新选取可靠性加速试验的里程、载荷、速度以及样本量；
步骤5、利用上述确定的试验条件对滚动直线导轨副进行可靠性加速试验。
2.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，其特征在于，步骤1中利用平均故障间隔里程评价方法对滚动直线导轨副可靠性进行评价所用公式为：
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>M</mi>
<mi>B</mi>
<mi>F</mi>
<mo>=</mo>
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</msub>
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<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
式中，MMBF为平均故障间隔里程，MTBF为数控机床平均故障间隔时间，T为数控机床加工某一零件的总时间，Vi为数控机床平均故障间隔时间MTBF下滚动直线导轨副的第i种速度，ti为Vi速度下运行的时间，k为速度的个数。
3.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，其特征在于，步骤2中构建滚动直线导轨副可靠性加速模型为：
<mrow>
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式中，L为滚动直线导轨副的里程寿命，单位为km；fh，ft，fc，fa，fw分别为硬度系数，温度系数，接触系数，精度系数，载荷系数；C为滚动直线导轨副的额定动载荷，单位为N；Pc为滚动直线导轨副承受的当量载荷；Lh为滚动直线导轨副的时间寿命，单位为h；l为滚动直线导轨副的行程长度，单位为m；n为滚动直线导轨副每分钟往复次数；V为滚动直线导轨副试验速度，单位为m/min；Pc1和Lh1为恒定应力加速寿命试验条件下的轴向载荷和寿命时间；Pc2和Lh2为实际工况下的轴向载荷和寿命时间。
4.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，其特征在于，步骤3中利用小子样定时截尾双应力可靠性试验方法选取可靠性加速试验的里程、载荷、速度以及样本量具体为：
两种实验应力下，滚动直线导轨副的试验时间均为X天，速度为滚动直线导轨副的正常速度，载荷在轻载、中载和重载下分别取5％×C、10％×C和15％×C，样本容量≥3副，X的取值范围为5～15。
5.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，其特征在于，步骤4中确定试验的应力加速因子和当量加速试验速度所用公式为：
<mrow>
<mi>G</mi>
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<mo>(</mo>
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MMBF当量＝V1t1+G·V2t2
式中，G为可靠性加速试验的加速因子，MMBF当量为可靠性加速试验的当量里程，V1和t1分别为第一应力水平下的速度和时间，V2和t2分别为第二应力水平下的速度和时间；
检验步骤3中里程、载荷、速度的合理性的判断依据为：
MMBF当量≥MMBF
式中，MMBF当量为可靠性加速试验的当量里程，MMBF为平均故障间隔里程；若上式成立，则里程、载荷、速度设置合理。
6.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，其特征在于，步骤5中利用确定的试验条件对滚动直线导轨副进行可靠性加速试验具体为：
整个批次的试验开始前，先将试验样件分别装在导轨副精度测量仪器和摩擦力测量仪器上，测得初始的导轨副精度和摩擦力；
正式试验开始后，每隔8个小时测试试验样件的温度、噪声、振动、摩擦力、平行度参数；在每个阶段结束时添加润滑脂；若是出现下表所示故障或者其他故障则及时停机，并记录故障时间、故障部位、故障原因；
试验完成后，若试验样件出现故障，对具体故障进行分析记录；若没有出现故障，再次测试试验样件的行程误差以及摩擦力矩，进行存档，并将试验样件标号入库；所述滚动直线导轨副故障表为：
滚动直线导轨副故障表
7.根据权利要求6所述的滚动直线导轨副可靠性加速试验方法，其特征在于，所述添加的润滑脂为美孚力士滑脂EP2。
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2017
- 2017-08-02 CN CN201710650446.2A patent/CN107505125A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20171222 |