滚珠花键由于工件重心偏移、安装面不平、悬臂过长等缘故，在自动化设备上容易出现偏载的情况。短时间内轻度超载并不会马上失效，但是如果偏载过大或者长时间反复作用的话就会造成滚珠受力不均、局部应力增大，从而产生异响、温度上升以及精度下降等问题，甚至还会导致保持器损坏，当负载偏离轴心的时候，受力的一侧滚珠所承受的压力更大，从而加快了该部位的磨损速度，不同的工作条件下的失效速度差别很大，在高速往复、频繁启动停止或者受到冲击大的情况下更容易发生接触疲劳。设计的时候要缩短悬臂、控制好安装精度，必要的情况下使用双花键套或者辅助导向装置，选择合适的型号并且留有一定的负载余量可以减少异常磨损的风险。
一、偏载产生的实际原因
实际上设备很难使滚珠花键处于完全垂直的状态下工作。工件装夹之后重心移动了几十毫米，底座平行度超出标准五分之一毫米，或者是执行机构伸出三百毫米，以上种种都会造成花键轴受到径向力、扭矩以及倾覆力矩。在调试搬运机械手的时候，我发现花键套运行到行程末尾会出现微小抖动，拆开之后发现是由于悬臂过长、工件重心偏离导向中心十五厘米造成的，使得花键轴一侧滚珠受力过大。
二、偏载如何引发失效
当负载作用线不与花键轴中心重合的时候，靠近受力一侧的滚珠所承受的压力就会更大一些。短时间内轻微偏载可以承受住，但是偏载超过额定条件或者天天这样跑的话，滚珠受到的压力就不均匀了，局部接触应力过高，滚道表面就会产生压痕。运行过程中可以听到异响声，用手触摸花键套可以感觉到温度升高，定位精度也会逐渐降低，曾经见过一台往复频率为每分钟120次的设备，在偏载的状态下运行了半年之久，结果是保持器直接断裂、滚珠卡在滚道内无法转动。
三、工况对失效速度的影响
相同的偏载条件放到低速、低频的设备上，可能会运行两三年没有大碍。但是换成高速往复、频繁启动停止或者受到冲击大的工况时，接触疲劳和连接松动就会很快出现。我认为这是由于滚珠不断地在同一个地方被碾压而造成的，启停次数越多、冲击力度越大，那么疲劳裂纹就发展得越快，偏载的大小、持续的时间、冲击的频率以及安装的精度等几个方面加在一起就决定了花键套可以承受多长时间。
四、设计改进措施
缩短悬臂长度是最快捷的方法，使负载重心尽可能地靠近导向中心。安装的时候要保证底座平行度、同轴度好一些，降低起始时的不平衡程度。如果无法避免偏载的话，可以采用双花键套来分担倾覆力矩，也可以加装辅助导向装置，并且调整支撑点的位置，选择型号的时候不要死板，留出20%30%的负载余量，给偏载和冲击留出一定的缓冲空间，说白了，机械结构设计合理、装配精度控制得好，在偏载工况下也能正常运转。
总结
滚珠花键并不是完全不能承受偏载，主要取决于偏载大小、时间长短以及工作条件如何，轻度偏载对短时间的影响不大，但是长时间反复的作用下会导致局部磨损加快，从而产生异响、精度下降或者卡滞失效的情况。在设计的时候就从源头上进行控制偏载，在选择型号的时候留有一定的余地，在装配的时候保证精度，这样就可以减少提前损坏的风险。本文由上隆自动化整理分享，选型或者使用中遇到的问题可以相互讨论。
