[發明專利]一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置

有效

• 申請號: 201210500824.6
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN102998252A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 覃文潔;尹松
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;郭德忠

技術領域

本發明涉及一種滾子元件的材料接觸疲勞試驗裝置，屬于機械產品的組成及結構技術領域。

背景技術

接觸疲勞廣泛存在于兩個相互反復接觸的零部件表面，比如齒輪、軸承、凸輪以及鋼軌等。這些零部件在經過一定周次的循環接觸應力后,在工作表面的局部區域產生小塊剝落,形成麻點或凹坑,使其在工作中產生噪聲、磨損、振動及溫升,從而導致失效，因此接觸疲勞性能是這些關鍵零部件用材料的重要技術指標。由于接觸疲勞失效機理的復雜性和理論研究的局限性，進行接觸疲勞試驗無疑成為評定這項指標的有效途徑。由于諸如齒輪、軸承、凸輪、鋼軌等零部件接觸的特征都是在高負荷下進行純滾動或帶有滑動的滾動，因此對其進行接觸疲勞測試通常是利用疲勞試驗裝置對以上零件直接進行模擬加載測試。

各國研究人員針對材料的滾動疲勞設計了多種不同接觸形式的疲勞試驗裝置，比如美國NASA為了發展航空航天技術,從五十年代末起,就資助GE公司專門研制了開展材料接觸疲勞性能試驗的專用試驗機設備——ROLLING-CONTECTFATIGUE?TESTER，此后陸續又研制了超高速和新型力加載控制方式的同類試驗設備。國內常用的試驗機也有4球試驗機、5球試驗機、球與V形環試驗機、推力片試驗機等，這些試驗機都是針對軸承的接觸疲勞模仿其工作原理進行試驗的，因此設備整體結構復雜，測試過程中軸承的滾動、滑動狀態無法控制。

材料的疲勞特能是產品疲勞設計的基礎，根據零件的接觸工況進行相應的材料疲勞試驗，就能掌握產品的疲勞性能，目前公開的報道中未見可用于對材料滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，根據待測材料需滿足的工況選擇滾子試件半徑或轉速，以及平底陪試件的結構和材料；利用調節電機的轉速控制滾子的轉動速度，通過調節氣缸壓力可產生不同的接觸壓力，實現對材料不同滑差、不同轉速、不同載荷的滾動/滑動接觸疲勞試驗。

材料滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，包括底座、調頻電機、滾子軸、兩個滾子軸支架、從動軸左支架、從動軸右支架、陪試件、轉速傳感器、加速度傳感器、從動軸和氣缸。

其中滾子軸通過一對滾動軸承安裝在兩個固定在底座的滾子軸支架上，滾子軸通過聯軸器與調頻電機的輸出端相連，滾子軸與電機的主軸同軸，滾子同心固定在滾子軸上，滾子軸上安裝轉速傳感器；從動軸通過一對滑動軸承安裝在從動軸左支架和從動軸右支架上，從動軸的軸線與滾子軸的軸線互相垂直，從動軸的一端安裝陪試件，另一端通過聯接件與氣缸相連，陪試件與滾子相對；從動軸外套裝預緊彈簧，預緊彈簧的兩端分別抵觸在從動軸的彈簧座和從動軸右支架之間，彈簧座上安裝加速度傳感器。

其中，陪試件分為平底陪試件和滾子組件兩種，滾子組件由陪試滾子和陪試滾子安裝頭組成，陪試滾子通過其上的滾動軸滾動配合安裝在陪試滾子安裝頭上，平底陪試件和滾子組件上均設有與從動軸連接的螺紋孔；

上述裝置中，滾子軸和從動軸均采用配對軸承支撐，以保證其徑向和軸向精度。兩個滾子軸支架的軸承安裝孔均與電機主軸同軸，以保證滾子軸與電機主軸同軸；從動軸左支架和從動軸右支架的軸承安裝孔位置要保證從動軸軸線與滾子軸軸線等高且垂直，并使陪試件與滾子無偏接觸。

上述裝置中，從動軸右支架的緊固螺栓位置在底座上一定范圍內可左右調節，使得從動軸右支架的固定位置可左右調節，以便調整預緊彈簧的安裝長度；

通過選擇合適的彈簧剛度、自由長度以及從動軸右支架的位置調整彈簧安裝長度，可在陪試件與滾子間施加合適的預緊力，保證陪試件與滾子的緊密接觸，由于從動軸與連接件之間為滑動配合，預緊彈簧使滾子和陪試件在安裝時為氣缸預留氣缸行程。

上述裝置中，陪試件可根據實驗需要更換為平底件或滾子組件，當陪試件選為平底件時，采用不同的滾子試件半徑或轉速，就可形成不同滑差的滾動/滑動接觸。

上述裝置中，滾子軸通過聯軸器與調頻電機相連，通過調節電機轉速，就可使滾子按所需轉速旋轉。

上述裝置中，滾子與陪試件的接觸力由連接在從動軸右端的氣缸提供，通過調節氣缸的氣壓，就可進行不同接觸載荷下的接觸疲勞試驗。

有益效果：

1、本發明結構簡單可靠，操作方便，實用性強，利用本發明能直觀得到零件材料在實際接觸工況下的疲勞特性，為采用此材料所要加工的產品提供必要的基礎數據。

2、通過選用不同的陪試件，可進行滾動或不同滑差的滾動/滑動接觸疲勞試驗，陪試件旋轉速度由電機決定，可進行不同轉速的試驗，測試范圍廣。