[发明专利]一种滚动/滑动接触疲劳试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种滚子元件的材料接触疲劳试验装置，属于机械产品的组成及结构技术领域。

背景技术

接触疲劳广泛存在于两个相互反复接触的零部件表面，比如齿轮、轴承、凸轮以及钢轨等。这些零部件在经过一定周次的循环接触应力后,在工作表面的局部区域产生小块剥落,形成麻点或凹坑,使其在工作中产生噪声、磨损、振动及温升,从而导致失效，因此接触疲劳性能是这些关键零部件用材料的重要技术指标。由于接触疲劳失效机理的复杂性和理论研究的局限性，进行接触疲劳试验无疑成为评定这项指标的有效途径。由于诸如齿轮、轴承、凸轮、钢轨等零部件接触的特征都是在高负荷下进行纯滚动或带有滑动的滚动，因此对其进行接触疲劳测试通常是利用疲劳试验装置对以上零件直接进行模拟加载测试。

各国研究人员针对材料的滚动疲劳设计了多种不同接触形式的疲劳试验装置，比如美国NASA为了发展航空航天技术,从五十年代末起,就资助GE公司专门研制了开展材料接触疲劳性能试验的专用试验机设备——ROLLING-CONTECTFATIGUE TESTER，此后陆续又研制了超高速和新型力加载控制方式的同类试验设备。国内常用的试验机也有4球试验机、5球试验机、球与V形环试验机、推力片试验机等，这些试验机都是针对轴承的接触疲劳模仿其工作原理进行试验的，因此设备整体结构复杂，测试过程中轴承的滚动、滑动状态无法控制。

材料的疲劳特能是产品疲劳设计的基础，根据零件的接触工况进行相应的材料疲劳试验，就能掌握产品的疲劳性能，目前公开的报道中未见可用于对材料滚动/滑动接触疲劳试验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种滚动/滑动接触疲劳试验装置，根据待测材料需满足的工况选择滚子试件半径或转速，以及平底陪试件的结构和材料；利用调节电机的转速控制滚子的转动速度，通过调节气缸压力可产生不同的接触压力，实现对材料不同滑差、不同转速、不同载荷的滚动/滑动接触疲劳试验。

材料滚动/滑动接触疲劳试验装置，包括底座、调频电机、滚子轴、两个滚子轴支架、从动轴左支架、从动轴右支架、陪试件、转速传感器、加速度传感器、从动轴和气缸。

其中滚子轴通过一对滚动轴承安装在两个固定在底座的滚子轴支架上，滚子轴通过联轴器与调频电机的输出端相连，滚子轴与电机的主轴同轴，滚子同心固定在滚子轴上，滚子轴上安装转速传感器；从动轴通过一对滑动轴承安装在从动轴左支架和从动轴右支架上，从动轴的轴线与滚子轴的轴线互相垂直，从动轴的一端安装陪试件，另一端通过联接件与气缸相连，陪试件与滚子相对；从动轴外套装预紧弹簧，预紧弹簧的两端分别抵触在从动轴的弹簧座和从动轴右支架之间，弹簧座上安装加速度传感器。

其中，陪试件分为平底陪试件和滚子组件两种，滚子组件由陪试滚子和陪试滚子安装头组成，陪试滚子通过其上的滚动轴滚动配合安装在陪试滚子安装头上，平底陪试件和滚子组件上均设有与从动轴连接的螺纹孔；

上述装置中，滚子轴和从动轴均采用配对轴承支撑，以保证其径向和轴向精度。两个滚子轴支架的轴承安装孔均与电机主轴同轴，以保证滚子轴与电机主轴同轴；从动轴左支架和从动轴右支架的轴承安装孔位置要保证从动轴轴线与滚子轴轴线等高且垂直，并使陪试件与滚子无偏接触。

上述装置中，从动轴右支架的紧固螺栓位置在底座上一定范围内可左右调节，使得从动轴右支架的固定位置可左右调节，以便调整预紧弹簧的安装长度；

通过选择合适的弹簧刚度、自由长度以及从动轴右支架的位置调整弹簧安装长度，可在陪试件与滚子间施加合适的预紧力，保证陪试件与滚子的紧密接触，由于从动轴与连接件之间为滑动配合，预紧弹簧使滚子和陪试件在安装时为气缸预留气缸行程。

上述装置中，陪试件可根据实验需要更换为平底件或滚子组件，当陪试件选为平底件时，采用不同的滚子试件半径或转速，就可形成不同滑差的滚动/滑动接触。

上述装置中，滚子轴通过联轴器与调频电机相连，通过调节电机转速，就可使滚子按所需转速旋转。

上述装置中，滚子与陪试件的接触力由连接在从动轴右端的气缸提供，通过调节气缸的气压，就可进行不同接触载荷下的接触疲劳试验。

有益效果：

1、本发明结构简单可靠，操作方便，实用性强，利用本发明能直观得到零件材料在实际接触工况下的疲劳特性，为采用此材料所要加工的产品提供必要的基础数据。

2、通过选用不同的陪试件，可进行滚动或不同滑差的滚动/滑动接触疲劳试验，陪试件旋转速度由电机决定，可进行不同转速的试验，测试范围广。