[发明专利]一种基于超声振动的接触副零件疲劳测试设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声振动的接触副零件疲劳测试设备。

背景技术

表面疲劳点蚀是齿轮、轴承内外圈等接触副零件主要损坏形式。它的出现使零件有效接触面积减小，传递载荷能力降低，接触表面失去正确的形状，工作中引起振动，发生噪音，特别是疲劳达到3级以后，噪音更为强烈，呈尖叫声，此时疲劳点蚀迅速扩大，振动加剧。发展性疲劳点蚀更是危险，它会引起动力载荷增加和表面强烈磨损，最后导致接触副零件丧失正常工作能力而报废。接触副零件的抗疲劳点蚀能力受到很多因素的影响，比如材料的冶金质量、热处理状态、表面硬度、表面加工精度等等。究其本质，疲劳点蚀是一种微动摩擦和高频冲击作用下产生的材料微观剥落失效。现有技术中还没有发现专门针对接触副零件的抗疲劳点蚀能力进行评价的设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种基于超声振动的接触副零件疲劳测试设备，可以对齿轮、轴承内外圈等接触副零件的点蚀等高频疲劳性能进行测试，相关测试结果可以用于齿轮、轴承内外圈等接触副零件抗疲劳点蚀等能力的评价及相应产品的设计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种基于超声振动的接触副零件疲劳测试设备，包括被测试接触副零件4及与被测试接触副零件4相互作用的压头7；还包括基座系统、超声振动系统、测力系统和声发射系统；

所述被测试接触副零件4固接在基座系统上；所述超声振动系统装接在基座系统上；所述测力系统装接在基座系统上；所述压头7固接在超声振动系统上且与测力系统相连；所述声发射系统信号连接被测试接触副零件4；

通过基座系统调节被测试接触副零件4与压头7的相对位置；通过超声振动系统使压头7发生振动从而实现压头7与被测试接触副零件4相互作用；通过测力系统检测压头7与被测试接触副零件4间力的动态变化；通过声发射系统检测压头7对被测试接触副零件4冲击过程中被测试接触副零件4达到疲劳破坏时的声发射信号。

一实施例中：所述基座系统包括光学平板1，X轴滑台2，Y轴滑台12，Z轴滑台11和分度盘支架3；X轴滑台2滑动装接在光学平板1上且可沿X轴方向滑动；Y轴滑台12滑动装接在光学平板1上且可沿Y轴方向滑动；Z轴滑台11滑动装接在Y轴滑台12上且可沿Z轴方向滑动；所述X轴方向、Y轴方向与Z轴方向两两垂直；分度盘支架3固定装接在X轴滑台2上；所述被测试接触副零件4通过分度盘5固接在分度盘支架3上；

所述超声振动系统包括超声发生器、超声变幅杆9和压力传感器8；超声变幅杆9装接在Z轴滑台11，超声发生器传动连接超声变幅杆9；压力传感器8固接在超声变幅杆9上；所述压头7固接在压力传感器8；

所述测力系统包括上述之压力传感器8，第一电荷放大器和第一数据采集卡；该第一电荷放大器信号连接压力传感器8，该第一数据采集卡信号连接第一电荷放大器；

所述声发射系统包括声发射传感器6，第二电荷放大器和第二数据采集卡；所述声发射传感器6装设在被测试接触副零件4，该第二电荷放大器信号连接声发射传感器6，该第二数据采集卡信号连接第二电荷放大器；

通过X轴滑台2、Y轴滑台12和Z轴滑台11使被测试接触副零件4和压头7可在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上移动从而调节被测试接触副零件4与压头7的相对位置；通过分度盘5使被测试接触副零件4的不同部位与压头7相对；通过超声发生器产生超声振动并通过超声变幅杆9传递至压头7以使压头7发生振动从而实现压头7与被测试接触副零件4相互作用。

一实施例中：所述压头7材质与被测试接触副零件4适配，其形状为带圆头的圆锥，圆头半径R＝0.008～0.21mm，圆锥角θ＝55°～125°。

一实施例中：所述X轴滑台2由步进电机驱动，其步进精度优于0.35μm；所述Y轴滑台12由步进电机驱动，其步进精度优于11μm；所述Z轴滑台11由步进电机驱动，其步进精度优于0.35μm。

一实施例中：所述压力传感器8的性能参数为：当压头7与被测试接触副零件4间接触力到达临界值时，压力传感器8报警，此时即为压头7与被测试接触副零件4刚好接触；所述临界值根据压头7与被测试接触副零件4的材质决定。

一实施例中：所述声发射传感器6的性能参数为：频率范围为18～1010kHz，谐振频率大于78kHz，灵敏度峰值大于65dB；

一实施例中：所述超声发生器的性能参数为：振动频率f＝18～42KHz，振幅范围为0～22μm，振动波形为正弦波。