CN102393300A - 一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，将转盘轴承滚道人为划分为若干区域，对转盘轴承施加纯轴向力，通过对每个划分区域失效情况的统计拟合出转盘轴承等效当量动载荷——疲劳寿命——可靠度模型，评价转盘轴承的抗疲劳能力。本发明的一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，只需要1~4只转盘轴承即可通过测试评价出转盘轴承的抗滚动接触疲劳能力，尤其适用于尺寸巨大的转盘轴承的测试评价，具有测试简单易行、小成本测试耗资较小、节约时间和成本的优点。

Description

一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法

技术领域

本发明涉及一种滚动接触疲劳测试方法，具体涉及一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法。

背景技术

轴承的滚动接触疲劳(RCF)寿命是基于统计学原理定义的，以同批次、同规格轴承达到预期失效概率时转过的圈数或时间来描述，转盘轴承当然也不例外。

现在工程上广泛使用的轴承寿命设计理论是在Lundberg-Palmgren理论(如式1)的基础上发展来的，这也是滚动接触疲劳寿命分析的一个公认的理论，该理论经过一定的演化，形成了现在轴承行业中通用轴承寿命设计模型(式2)，并发展为国际标准。

$\ln \frac{1}{S}=A\frac{N^e{\mathrm{\τ}}_0^{c}V}{z_0^h}---\left(1\right)$

$L_{10}=a_{123}{\left(\frac{\mathrm{Ca}}{\mathrm{Pa}}\right)}^3---\left(2\right)$

上式中，为RCF可靠度，A为常数，N为RCF寿命(应力循环次数)，τ₀为最大正交剪应力，V为接触应力体积，z₀为最大正交剪应力深度，e为Weibull分布斜率，c和h为材料参数，L₁₀为90％可靠度(10％的失效概率)时轴承的寿命，a₁₂₃为修正系数，Ca为轴承基本额定动容量，Pa为当量动载荷。

式(2)的轴承滚动接触疲劳寿命模型是一个通用模型，然而由于各企业轴承制造质量的差异，即使结构和受载完全相同的轴承相同可靠度下的寿命也不完全相同，因此有必要通过测试检测轴承质量并拟合出适合各自企业产品的轴承滚动接触疲劳寿命模型。

由于轴承寿命的定义是基于统计学的，因此轴承滚动接触疲劳寿命测试需要以大量样本的测试为基础，对于普通轴承而言，由于其尺寸较小、成本较低，这种大量样本的测试方法是可行的；但是对于转盘轴承而言，其尺寸巨大、成本较高，大样本测试耗资、耗时巨大，因此很有必要探讨一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法。

转盘轴承可承受轴向力、倾覆力矩、径向力，当式(2)用于转盘轴承时为当量轴向动载荷，即可将复合载荷的作用效果等效为纯轴向力的作用效果，转盘轴承在纯轴向力下滚道任意位置所受工况相同，即任意位置的失效概率相同，这也就为通过评价转盘轴承纯轴向力下任意位置到可靠性来评价整体转盘轴承的可靠性提供了理论依据。

本发明对转盘轴承施加纯轴向力，分析失效情况时将转盘轴承滚道划分为若干区域，通过统计每个区域的失效情况来评估整个转盘轴承的当量动载荷——疲劳寿命——可靠度模型，从而实现小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试，目前国内外还没有类似的测试方法，本方法属于首创。

发明内容

本发明目的在于提出一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，本方法以Palmgren-Lundberg理论和目前工程上通用的轴承寿命理论为基础，通过对滚动局部区域损伤情况统计，最终评价转盘轴承的抗滚动接触疲劳能力，并拟合出转盘轴承滚动接触疲劳寿命模型。

本发明的技术方案如下：

本发明的一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，只需要1～4只转盘轴承即可通过测试评价出转盘轴承的抗滚动接触疲劳能力，拟合出转盘轴承的滚动接触疲劳寿命模型。

本发明的一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，将转盘轴承滚道人为划分为若干区域，对转盘轴承施加纯轴向力，通过对每个划分区域失效情况的统计拟合出转盘轴承等效当量动载荷——疲劳寿命——可靠度模型，评价转盘轴承的抗疲劳能力。

一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，包括以下步骤：

1)测试时对转盘轴承施加纯轴向力作为测试载荷，纯轴向力大小介于0.25～2倍转盘轴承动容量(Ca)之间；

2)运行10⁷转后第一次拆机检查，拆卸转盘轴承，将转盘轴承内、外圈分别划分为N个区域，观测每个区域是否发生疲劳剥落，如果有剥落发生，统计内、外圈发生剥落区域数目，分别记为Fi1、Fo1；

3)转盘轴承清洗后重新装配、润滑，再进行疲劳运行测试，测试过程中如果检测到滚道故障发生，则停机检查，拆开转盘轴承，统计内、外圈发生剥落区域数目，分别记为Fii、Foi(下标i表示第i次拆卸)，记录此时转盘轴承转过的圈数Li，如果没有检测到故障信号，则每隔10⁷转拆机检查一次，如此往复，直至内、外圈发生剥落区域数目都已超过N/5；

4)根据公式S_Nii＝(N-Fi_i)/N和S_Noi＝(N-Fo_i)/N分别计算第i次拆机时转盘轴承内、外圈每个区域的可靠度S_Nii和S_Noi，根据公式S_Ni＝S_NiiS_Noi计算转盘轴承可靠度，根据公式

拟合得到转盘轴承的当量动载荷——疲劳寿命——可靠度模型，Pa为转盘轴承当量动载荷，Ca为转盘轴承动容量，拟合得到参数B和e，B为材料常数，e为Weibull分布斜率。

按照权利要求1所述的测试方法对1-4只转盘轴承进行测试。

测试前应先准备好可以对待测试转盘轴承加载纯轴向力并驱动转盘轴承的测试台一套，将转盘轴承安装到测试台后，对转盘轴承加载纯轴向载荷，然后驱动转盘轴承，根据检测到的转盘轴承故障信号或转盘轴承转动的圈数拆机检查转盘轴承的损伤情况。

将转盘轴承滚道划分为N个区域，建议N取值等于转盘轴承内滚珠数目，记录第i次拆机检查时统计内、外圈发生剥落区域数目，分别记为Fii、Foi，同时记录拆机时转盘轴承转过的圈数Li，计算第i次拆机时转盘轴承内、外圈每个区域的可靠度分别为S_Nii、S_Noi，如式(3)，转盘轴承可靠度与S_Ni可按式(5)计算得到。按式(6)拟合可得到转盘轴承的当量动载荷——疲劳寿命——可靠度模型，拟合得到参数B和e。

S_Nii＝(N-Fi_i)/N    (3)

S_Noi＝(N-Fo_i)/N    (4)

S_Ni＝S_NiiS_Noi      (5)

$L_i=B{\left(\frac{\mathrm{Ca}}{\mathrm{Pa}}\right)}^3{\left(N\ln \frac{1}{S_{\mathrm{Ni}}}\right)}^{\frac{1}{e}}---\left(6\right)$

本发明的有益效果是：

本发明的一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，只需要1～4只转盘轴承即可通过测试评价出转盘轴承的抗滚动接触疲劳能力，尤其适用于尺寸巨大的转盘轴承的测试评价，具有测试简单易行、小成本测试耗资较小、节约时间和成本的优点。

附图说明

图1是本发明实施例的测试流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1，，实施步骤：

本发明实施流程可用图1所示示意图来描述，可以分为以下几个步骤：

(1)装配测试台；

(2)对待测试转盘轴承施加介于0.25～2倍Ca的纯轴向力，驱动转盘轴承；

(3)如果在测试过程中观测到新的故障信号，则拆机检查并将转盘轴承滚道划分为若干区域，如果检测不到明显故障信号则在转盘轴承运转达到10⁷转整数倍时拆机检查；

(4)统计内、外圈滚道损伤区域数目；

(5)如果损伤区域数目是否小于N/5，则按式(3)～(5)计算转盘轴承可靠度，再重新清理、装配测试台，从新执行步骤(1)～(4)，依此循环直至损伤区域数目不小于N/5；

(6)如果损伤区域数目不小于N/5，则停止测试，用在前述步骤中获得的数据按式(6)拟合得到转盘轴承滚动接触疲劳的当量动载荷——疲劳寿命——可靠度模型。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (2)

1.一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，其特征是包括以下步骤：

1)测试时对转盘轴承施加纯轴向力作为测试载荷，纯轴向力大小介于0.25～2倍转盘轴承动容量(Ca)之间；

2)运行10⁷转后第一次拆机检查，拆卸转盘轴承，将转盘轴承内、外圈分别划分为N个区域，观测每个区域是否发生疲劳剥落，如果有剥落发生，统计内、外圈发生剥落区域数目，分别记为Fi1、Fo1；

3)转盘轴承清洗后重新装配、润滑，再进行疲劳运行测试，测试过程中如果检测到滚道故障发生，则停机检查，拆开转盘轴承，统计内、外圈发生剥落区域数目，分别记为Fii、Foi(下标i表示第i次拆卸)，记录此时转盘轴承转过的圈数Li，如果没有检测到故障信号，则每隔10⁷转拆机检查一次，如此往复，直至内、外圈发生剥落区域数目都已超过N/5；

4)根据公式S_Nii＝(N-Fi_i)/N和S_Noi＝(N-Fo_i)/N分别计算第i次拆机时转盘轴承内、外圈每个区域的可靠度S_Nii和S_Noi，根据公式S_Ni＝S_NiiS_Noi计算转盘轴承可靠度，根据公式

拟合得到转盘轴承的当量动载荷——疲劳寿命——可靠度模型，Pa为转盘轴承当量动载荷，Ca为转盘轴承动容量，拟合得到参数B和e，B为材料常数，e为Weibull分布斜率。

2.根据权利要求1所述的一种小样本转盘轴承滚动接触疲劳测试方法，其特征在于按照权利要求1所述的测试方法对1-4只转盘轴承进行测试。