[發明專利]一種實現滑滾比工況的三線接觸疲勞試驗機

有效

• 申請號: 202010024962.6
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111122154B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 徐晨晨;王文;郭亮
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02;G01M13/021;G01M13/04;G01M13/027;G01M13/025
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明涉及一種實現滑滾比工況的三線接觸疲勞試驗機，包括試驗臺支座、試驗臺、加載系統、盤驅動系統、滾子扭矩監測系統和支撐系統；盤驅動電機同時驅動三個圓盤與滾子相對運動形成三條線接觸以實現滾子的加速疲勞失效；加載系統采用砝碼加載；滾子扭矩監測系統中采用扭矩傳感器用來采集測試滾子的摩擦力矩以便正確判斷滾子發生疲勞破壞的時間。本發明可模擬滾子在0?3000rpm的工況，試驗載荷范圍為0~50Kg，實現滾子的加速疲勞失效，節約更多的時間和精力。可通過調整滾子驅動電機和盤驅動電機的轉速實現不同的滑滾比，模擬實際工況下接觸物體表面的打滑工況。同時扭矩傳感器對滾子摩擦力矩的實時監控，精確掌握滾子發生疲勞失效的時間。

技術領域

本發明涉及一種實現滑滾比工況的三線接觸疲勞試驗機，屬于機械設計與制造領域。

背景技術

滾動軸承和齒輪廣泛應用于機械系統中，是非常重要的支撐和傳動零部件。隨著工業的快速發展，對軸承和齒輪的性能要求也變得越來越高，尤其針對高端裝備制造業如飛機發動機以及高鐵等，其發展一定程度上受到軸承和齒輪性能上的制約。同時軸承和齒輪作為整個機械工業的關鍵基礎件，它們的性能可以直接決定機器的工作性能。然而隨著機械設備生產效率的逐漸提升以及高端制造業的發展，軸承和齒輪的轉速也越來越高很容易造成軸承和齒輪的接觸疲勞失效。接觸疲勞失效是指相互滾動或滾動兼滑動的摩擦表面，在循環變化的接觸應力作用下由于材料疲勞剝落而形成表面凹坑，是滾動軸承和齒輪最常見的失效方式。

接觸疲勞失效在良好的油膜潤滑條件下也將發生，是無法避免的。接觸疲勞失效一般包括表面萌生疲勞和點蝕疲勞磨損。接觸疲勞失效一旦產生，會引起設備振動、噪聲、使用壽命縮短等一系列的問題。特別是對于高速運轉的設備，如高鐵，航空飛機發動機等這些設備中的軸承和齒輪產生疲勞失效造成的損失是不可估量的。因此對軸承、齒輪等性能的高需求，開始注重分析運動物體的接觸疲勞壽命并進行合理的壽命預估。有效的接觸疲勞壽命研究往往需要大量的試驗樣品，耗費時間長，因此研發合適的加速接觸疲勞試驗機是研究接觸疲勞性能的關鍵。

目前關于滾子疲勞試驗機已有較多的種類，專利申請號201010599535.7，一種軸承滾子接觸疲勞試驗機及操作方法的發明主要針對標準短圓柱滾子及滾動表面帶有凸度的滾子進行滾動接觸疲勞壽命試驗。其使用液壓加載方式難以精確控制施加載荷并且造價成本較高。在滾動過程中滾子的三線接觸方式，由于其輪系結構中僅由一臺驅動電機驅動主動輪，其余輪系都為從動輪，難免會造成從動輪打滑不能保證滾子的純滾動工況。專利申請號200810019703.3，高速輕載陶瓷球滾動接觸疲勞試驗機的發明主要是用與混合陶瓷軸承的疲勞壽命試驗，該實驗機采用砝碼加載，然而滾子承受的載荷不僅來自砝碼，同時包括載荷桿的重量，無法實現所加砝碼即為滾子承受載荷。雖然該實驗機使用兩臺驅動電機，然而電機所驅動的支撐滾輪與實驗滾子無直接接觸，因此試驗機無法控制精確的滑滾比。專利申請號201210500824.6，一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置的發明主要是用于進行滾子滾動/滑動接觸疲勞試驗。實驗機采用氣缸加載，由于空氣的可壓縮性導致所加載荷不穩定同時也會增加實驗過程中的振動。雖然該實驗機可實現滑滾比工況，但需要將陪試件更換為平底件或滾子組件不能實現一件通用。專利申請號201610966886.4，雙軸加載四線接觸純滾動圓柱滾子疲勞壽命試驗機的發明主要是用于圓柱滾子疲勞壽命試驗研究。該裝置采用四線接觸滾子每轉動一周承受四次完全相同的均布線載荷的純滾動接觸，達到滾子的加速疲勞試驗效果。然而，該試驗機僅能進行純滾動試驗無法設置滑滾比試驗條件單一。另外，采用對試驗機振動信號分析判斷滾子是否發生疲勞失效過程繁瑣，不如扭矩傳感器直接實時檢測滾子扭矩變化以掌握滾子發生疲勞失效的確切時間。專利申請號201721589494.7，一種用于摩擦磨損試驗的滾動摩擦副的發明主要是用圓柱滾子摩擦磨損試驗研究。試驗機中的盤與滾子在相互摩擦過程中會出現打滑的情況，并且無法監控滾子發生疲勞失效的確切時間。專利申請號201810585668.5，高速滾動接觸疲勞磨損試驗臺的發明可實現不同的滑滾比，然而只是單線接觸疲勞。

發明內容