CN102564946A - 一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

属于轴承的测试方法和装置的一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法及装置，用于滚动轴承白层组织剥落试验。本发明的试验方法采取旋转的试验滚动轴承内密封的封入润滑脂，电流通过被施加径向载荷的试验滚动轴承的技术方案；本发明的试验装置采取封入润滑脂的试验滚动轴承装配在安装轴上，驱动电机驱动对试验滚动轴承施加径向载荷，安装轴安装在滑座上，平衡作用力装置对试验滚动轴承的作用力与径向载荷大小相等方向相反，试验滚动轴承与滑座绝缘，试验装置电源的电流通过试验滚动轴承的技术方案，解决了现有的白层组织剥落试验方法和试验装置存在试验数据一致性、重复性和可靠性差，白层组织剥落时间长且分散的技术问题。

Description

一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法及装置

技术领域

本发明属于轴承的测试方法和装置，具体的讲是一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法及装置。

背景技术

滚动轴承在特殊使用条件下，微动摩擦产生的白层组织剥落大大的缩短了轴承的使用寿命。有的学者认为法向载荷、相对滑移速度和距离以及材料性质三方面的因素对摩擦白层的形成和剥落影响比较显著；也有学者认为摩擦白层的形成和剥落必需具备高度变形、快速升温和快速冷却三个条件。总之，目前对白层形成和剥落条件、机理的研究不少，但都未取得突破，没有明确的研究成果，有的仅仅提出一些概念和设想。中国发明专利申请，公开号CN1525079A《滚动、滑动部件及其制造方法》中认为滚动轴承在高温、高速、高载荷、高振动等严酷的工作条件下使用时，会产生白层疲劳组织。鉴于学术界对于摩擦白层剥落形成条件的现有认识，现在白层组织剥落的试验方法和装置，例如公开号CN1525079A专利申请公开的试验方法和装置，采取的是将润滑脂封入试验轴承，对试验轴承施以径向载荷，快速加速、减速的试验方法及相应装置的技术方案。现有白层组织剥落试验方法的试验条件可控性和针对性较差，实践证明使用现有试验装置进行白层组织剥落的试验方法存在试验数据一致性、重复性和可靠性差，甚至白层组织剥落试验没有结果而失败；白层组织剥落从上百至上千小时，时间长且分散的缺点。现有的白层组织剥落试验方法和装置不适于对滚动轴承白层组织剥落进行科学研究，滚动轴承材料改进、加工工艺提高等技术成果缺少准确、真实和较快获得检验结果的试验方法和装置。

发明内容

本发明要解决采用现有的白层组织剥落试验方法和试验装置进行的白层组织剥落试验存在试验数据一致性、重复性和可靠性差，白层组织剥落时间长且分散的技术问题，提供一种试验数据一致性、重复性和可靠性好，白层组织形成和剥落的时间短而集中的滚动轴承白层组织剥落的试验方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法，包括旋转的试验滚动轴承内密封的封入润滑脂，试验滚动轴承被施加径向载荷，电流通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体和试验滚动轴承外圈。

电流流过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体和试验滚动轴承外圈，由于试验滚动轴承内部存在间隙，旋转中的试验滚动轴承滚动体在滚动的同时与试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承外圈断续接触，产生振动，发生断续放电现象，放电过程中破坏润滑脂油膜，放电部位产生微动摩擦。持续的微动摩擦，会导致试验滚动轴承内微动摩擦部位的金相组织发生变化，产生白层组织；在径向载荷作用力的作用下，白层组织产生应变，白层组织的周围产生微裂纹，并且最终形成剥落。本发明试验方法的试验结果可以重复实现；相同的滚动轴承多次试验的试验结果差别小，一致性高；白层组织形成和剥落的时间短且集中。本发明试验方法的试验滚动轴承白层组织剥落时间比现有试验方法缩短80%以上，在相同试验条件下，相同试验滚动轴承的白层组织剥落时间差异在30%以内，白层组织形成和剥落的时间短且集中。

直流电流通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体和试验滚动轴承外圈。

试验滚动轴承匀速旋转，转数是2000～20000r/min，或在转数2000～20000r/min之间变速旋转。转数在2000 r/min以下，试验时间过长，试验效果不明显，白层组织剥落现象重复性差，甚至不能出现；转数在20000r/min以上，试验滚动轴承受其他方面的影响，例如离心力的影响，产生急剧发热等现象，导致试验失效，对试验结果产生严重干扰。

试验滚动轴承匀速旋转，转数是8000～15000r/min，或在转数8000～15000r/min之间变速旋转。8000～15000r/min是试验滚动轴承匀速旋转优选的转数，或者试验滚动轴承优选在8000～15000r/min之间变速旋转。

不同的滚动轴承的承载能力不同，通常尺寸较大的滚动轴承的承载能力比尺寸较小的承载能力大。试验中，对试验滚动轴承施加的径向载荷受实验滚动轴承承载能力的影响。例如6203-2RS试验滚动轴承，试验施加径向载荷500～2500N；6303试验滚动轴承承载能力大于6203-2RS，试验施加径向载荷1000～4000N。施加径向载荷小于下限，试验时间过长，试验效果不明显，白层组织剥落现象重复性差，甚至不能出现；施加径向载荷大于上限，试验滚动轴承磨损、发热急剧增加，导致试验失效，对试验结果产生严重干扰。施加径向载荷1000～2000N是6203-2RS试验滚动轴承试验优选的径向载荷；施加径向载荷1500～3000N是6303试验滚动轴承试验优选的径向载荷。

通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈电流的电流强度是0.1～3.0A。试验电流小于0.1A，试验时间长，试验效果不明显，白层组织剥落现象重复性差，甚至不能发生；试验电流大于3.0A，容易产生较大的电击损伤，导致试验失败，对试验结果产生严重干扰。 

通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈电流的电流强度是0.2～1.0A。0.2～1.0A是优选的通过试验滚动轴承的电流强度。

为了完成上述滚动轴承白层组织剥落的试验方法的滚动轴承白层组织剥落的试验装置，采取的技术方案是：一种滚动轴承白层组织剥落的试验装置，包括固定在底座上的驱动电机；内部封入润滑脂的试验滚动轴承装配在安装轴上；驱动电机上的驱动皮带轮通过驱动皮带驱动安装轴上的安装轴皮带轮旋转，对试验滚动轴承施加径向载荷；安装轴安装在滑座上；底座上的导轨与径向载荷的方向平行，滑座和导轨配合；平衡作用力装置对试验滚动轴承的作用力与径向载荷大小相等方向相反，试验滚动轴承与滑座绝缘；试验装置电源形成的电流通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈。

试验装置电源两端的导线分别连通试验滚动轴承内圈和试验滚动轴承外圈，电流通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈和试验装置电源形成回路。电流流过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈，导致试验滚动轴承内微动摩擦部位的金相组织发生变化，产生白层组织。驱动电机驱动试验滚动轴承旋转。径向载荷和平衡作用力装置施加的作用力使试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承外圈与试验滚动轴承滚动体之间产生挤压，在径向作用力的作用下，白层组织产生应变，白层组织的周围产生微裂纹，并且最终形成剥落。使用本发明的试验装置，能够保证本发明的滚动轴承白层组织剥落的试验方法对试验滚动轴承的实施，保证试验结果可以重复实现，白层组织形成和剥落的时间短而且集中，试验结果的数据一致性高。

驱动电机是变频调速电机，连接控制系统。控制系统控制变频器调节驱动电机转速，实现无级调速，满足不同的试验条件和要求。驱动电机的电流通过变频器显示，控制系统显示试验滚动轴承的转数。

平衡作用力装置是S型拉力传感器；S型拉力传感器的一端连接的螺杆与滑座远离驱动电机的侧面连接，其另一端连接的螺杆连接在底座上；控制系统连接S型拉力传感器和驱动电机。S型拉力传感器的拉力形成与驱动电机对试验滚动轴承施加的径向载荷相平衡的作用力。调整S型拉力传感器施加给滑座、试验滚动轴承的拉力，进而调节了试验滚动轴承承受径向载荷的大小，例如，S型拉力传感器两端连接的是能够旋转的螺杆，旋转的螺杆与滑座的侧面和底座上的螺纹孔配合，通过旋转螺杆能够实现调整拉力；又如，S型拉力传感器两端固定连接螺杆，螺杆穿过滑座的侧面和底座上的通孔与螺帽配合，通过旋转螺帽能够实现调整拉力。根据控制系统接受的S型拉力传感器的电信号，测知试验滚动轴承承受的径向载荷的大小。

平衡作用力装置是压力传感器，压力传感器的一端接触滑座靠近驱动电机的侧面；压力传感器的另一端固定在调节座上；调节座与底座上的滑动轨道配合；控制系统连接压力传感器和驱动电机。压力传感器抵压在滑座靠近驱动电机的侧面，形成与驱动电机对试验滚动轴承施加的径向载荷相平衡的作用力。调整压力传感器施加给滑座、试验滚动轴承的压力，进而调节了试验滚动轴承承受径向载荷的大小。根据控制系统接受的压力传感器的电信号，测知试验滚动轴承承受的径向载荷的大小。有诸多的现有技术实现调节座沿滑动轨道移动，例如调节座上连接能够旋转的螺杆，螺杆与底座上螺纹孔配合。

平衡作用力装置有诸多的选择，例如是穿在调节螺杆上的压缩弹簧或拉力弹簧，利用调节螺杆，调整压缩弹簧或拉力弹簧施加给滑座、试验滚动轴承弹力大小，进而调节了试验滚动轴承承受径向载荷的大小。压缩弹簧或拉力弹簧的弹力与驱动皮带的张力相平衡。

安装轴是导电性能良好的材料制成，其前部、后部分别安装试验滚动轴承和辅助支撑轴承，安装轴靠近试验滚动轴承的一端固定连接安装轴皮带轮；试验滚动轴承和辅助支撑轴承分别安装在导电性能良好的前部和后部的轴承座上，轴承座通过绝缘衬套固定安装在滑座上；试验装置电源两端的导线分别连通试验滚动轴承内圈和试验滚动轴承外圈；平衡作用力装置的S型拉力传感器和驱动电机连接控制系统。驱动皮带通过安装轴皮带轮驱动试验滚动轴承内圈旋转，试验滚动轴承外圈不转动。试验装置电源一端的导线直接连接前部的轴承座或试验滚动轴承外圈，试验装置电源另一端的导线直接连接后部的轴承座或辅助支撑轴承外圈，电流流过试验滚动轴承外圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承内圈、安装轴、辅助支撑轴承内圈、辅助支撑轴承滚动体和辅助支撑轴承外圈。驱动皮带的张力与S型拉力传感器的拉力大小相等，方向相反，驱动皮带的张力作用于安装轴皮带轮上，试验滚动轴承靠近安装轴皮带轮，试验滚动轴承承受大部分的驱动皮带的张力，试验滚动轴承承受的径向载荷和试验滚动轴承厚度中心与驱动皮带厚度中心的距离有关，与驱动皮带的张力呈线性关系，根据S型拉力传感器传递的电信号推测出试验滚动轴承承受的径向载荷。

安装轴是导电性能良好的材料制成；试验滚动轴承安装在导电性能良好的轴承座上，轴承座通过绝缘衬套固定安装在滑座上；安装轴穿过试验滚动轴承内孔；安装轴与安装轴皮带轮固定连接；试验装置电源一端的导线通过电刷接触连接安装轴或试验滚动轴承内圈，另一端的导线连接试轴承座或试验滚动轴承外圈。驱动电机驱动安装轴旋转，安装轴带动试验滚动轴承内圈旋转，试验滚动轴承外圈不转动。

安装轴是导电性能良好的材料制成，穿过试验滚动轴承内孔；试验滚动轴承安装在导电性能良好的材料制成的安装轴皮带轮中心孔内；安装轴与绝缘轴套固定连接，绝缘轴套与滑座固定连接；试验装置电源一端的导线连接安装轴或试验滚动轴承内圈，另一端的导线通过电刷接触连接试验滚动轴承外圈或安装轴皮带轮。驱动电机驱动安装轴皮带轮旋转，安装轴皮带轮带动试验滚动轴承外圈旋转，试验滚动轴承内圈不转动。

试验装置电源是可调电流电压的直流电源，直流电源连接控制系统。直流电源的电压和电流的大小可以根据试验要求进行调节。

本发明的优点是：本发明的滚动轴承白层组织剥落的试验方法采取电流和径向载荷共同作用于实验滚动轴承，试验结果能够重复实现，白层组织形成和剥落的时间短而且集中，试验结果的数据一致性高。本发明的滚动轴承白层组织剥落的试验装置，结构简单、可靠，能够保证本发明的滚动轴承白层组织剥落的试验方法的完成。

附图说明

本发明滚动轴承白层组织剥落的试验装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

图示实施例的驱动电机1是转速最高达到9000r/min的高速、交流变频调速电机，其转速通过变频器进行调节，可以实现无级调速，满足不同的试验条件和要求，驱动电机1的电流通过变频器显示，控制系统显示试验滚动轴承16的转数。驱动电机1固定在底座24上。驱动电机输出轴上安装大的驱动皮带轮2，其规格尺寸与汽车发动机驱动带轮的规格尺寸相当。辅助支撑轴承11安装在导电能性能良好的金属安装轴8的后端，试验滚动轴承16安装在安装轴8的前部，安装轴8的前端安装小的安装轴皮带轮7，安装轴皮带轮7靠近试验滚动轴承16。驱动皮带3是多楔带，连接驱动皮带轮2和安装轴皮带轮7。驱动电机1驱动安装轴8、辅助支撑轴承11和试验滚动轴承16高速旋转，辅助支撑轴承外圈和试验滚动轴承外圈不动。轴承座13由金属制成，具有良好导电性能。前部和后部的轴承座13安装在各自的绝缘衬套10内，安装前部和后部的轴承座13的绝缘衬套10分别固定安装在滑座4的前面和后面。辅助支撑轴承11和试验滚动轴承16分别安装在后部和前部的轴承座13内，辅助支撑轴承11和试验滚动轴承16与滑座4绝缘。滑座4的底部安装有滑套，滑套与导轨5配合。导轨5固定在底座24上，与驱动皮带3平行，滑座4能够在导轨5上左右往复滑动。滑座4的右侧面远离驱动电机1。驱动皮带3的张紧力施加给试验滚动轴承16，为试验滚动轴承16提供径向载荷。本实施例的试验滚动轴承16的试验滚动轴承滚动体是试验滚动轴承钢球。试验滚动轴承16的内部填充用于润滑的润滑脂，两侧的试验滚动轴承密封圈进行密封，防止试验中润滑脂流失。本实施例的平衡作用力装置是S形拉力传感器6，S形拉力传感器6是大型弹簧结构，通过弹簧结构变形检测拉力。S形拉力传感器6的左端通过其固定连接的螺杆与滑座4的右侧面固定连接，右端固定连接的螺杆穿过支座上的通孔与螺帽配合，支座固定在底座24上，通过旋转螺帽调整S形拉力传感器6的拉力。S形拉力传感器6的拉力是与驱动皮带3施加的张紧力相平衡的作用力。安装轴8由辅助支撑轴承11和试验滚动轴承16两个轴承支撑。径向作用力在试验滚动轴承内部产生应力。本实施例的试验装置电源是12～36V的可调电流电压直流电源12，直流电源12的电压和电流的大小可以根据试验要求进行调节。前部的轴承座13前端面上的电极插座与连接直流电源正极的电源插头连接，后部的轴承座13后端面上的电极插座与连接直流电源负极的电源插头连接。直流电源12产生的电流通过前部的轴承座13、试验滚动轴承外圈、试验滚动轴承钢球、试验滚动轴承内圈、安装轴8、辅助支撑轴承内圈、辅助支撑轴承钢球、辅助支撑轴承外圈和后部的轴承座13返回直流电源12。驱动电机1、S形拉力传感器6、直流电源12连接控制系统。驱动电机1的电流、转速、试验滚动轴承16承受试验载荷、滚动轴承白层组织剥落的试验时间及试验中通过试验滚动轴承16的电流等都由控制系统控制和显示。图中没有显示控制系统。

利用上述实施例的试验装置对两种型号规格的滚动轴承按本发明的试验方法进行了试验。九只6203-2RS和九只6303的十八只滚动轴承为一组试验滚动轴承16，试验条件作1至18的编号。共有两组试验滚动轴承16进行试验，两组中试验条件相同的编号相同。每只试验滚动轴承16的试验时间最长为1000h，1000h未发生白层组织剥落的不再继续试验。控制系统控制变频器调节驱动电机1的转数，实现无级调速。根据控制系统的显示，调整S形拉力传感器6的拉力，使试验滚动轴承16承受试验要求的径向载荷。下面“利用上述实施例试验装置对6203-2RS和6303两种型号滚动轴承按本发明试验方法进行试验的试验数值表”表中试验转数为试验滚动轴承16的转数，注明变速的是指试验中，间隔10分钟进行在0.5秒内从转数的下限加速到转数的上限和在0.5秒内从转数的上限减速至转数的下限的加减速操作，未注明的是指试验中试验滚动轴承16匀速旋转。表中试验电流是指通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈电流的电流强度。试验滚动轴承16白层组织剥落时噪音明显增加。具体实验数值见“利用上述实施例试验装置对6203-2RS和6303两种型号滚动轴承按本发明试验方法进行试验的试验数值表”，该表为第一组实验滚动轴承16的试验数值，第二组的试验数值没有列出。第一组编号2、4至9，11、13至18试验滚动轴承16的转数、承受径向载荷、通过电流的电流强度在本发明试验方法要求的范围内，白层组织剥落时间在200h以内；第二组编号2、4至9，11、13至18试验滚动轴承16的白层组织剥落时间也都在在200h以内，试验结果可以重复实现，且两组相同编号的试验滚动轴承16的白层组织剥落时间差异在20%以内。编号1和10的试验滚动轴承16的试验条件中都没有电流通过轴承，虽然其它试验条件在本发明试验方法的要求范围之内，但试验1000h没有发生白层组织剥落。编号2或 11的试验滚动轴承16的试验条件中有本发明试验方法要求范围之内的电流通过轴承，其它试验条件与编号1和10的试验条件相当，编号2或 11的试验结果都在200h以内发生白层组织剥落，且第二组与第一组相同编号的白层组织剥落时间差异20%以内。编号7、8、9、16、17和18的试验条件都在本发明试验方法的优选范围之内，白层组织剥落时间都在100h之内，其中编号9和18的试验条件更接近本发明试验方法的优选试验条件的上限值，白层组织剥落时间最短，但是试验滚动轴承16过热、磨损过快、电击损伤等对试验结果不良影响加大。编号6和15的试验条件是本发明试验方法要求的上限，白层组织剥落时间最短，试验滚动轴承16过热、磨损过快、电击损伤等对试验结果产生更大的不良影响。编号3和12的试验条件中没有电流通过轴承，但是试验转数和径向载荷与现有白层组织剥落试验方法的试验条件相当，白层组织剥落时间在500h以上，且第二组与第一组编号3白层组织剥落时间差异在70%，第二组编号12试验1000h没有发生白层组织剥落，白层组织剥落现象重复性差。

同一型号的试验滚动轴承16，采用不同的材料和不同的处理方式，白层组织剥落试验的白层组织剥落时间会有一定的差异。

利用上述实施例试验装置对6203-2RS和6303两种型号滚动轴承

   按本发明试验方法进行试验的试验数值表

Claims (10)

1.一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法，包括旋转的试验滚动轴承（16）内密封的封入润滑脂，试验滚动轴承（16）被施加径向载荷，其特征在于电流通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体和试验滚动轴承外圈。

2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法，其特征在直流电流通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体和试验滚动轴承外圈。

3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法，其特征在于试验滚动轴承（16）匀速旋转，转数是2000～20000r/min，或在转数2000～20000r/min之间变速旋转。

4.根据权利要求1所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法，其特征在于试验滚动轴承（16）匀速旋转，转数是8000～15000r/min，或在转数8000～15000r/min之间变速旋转。

5.根据权利要求1或2所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法，其特征在于通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈电流的电流强度是0.1～3.0A。

6.根据权利要求1或2所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验方法，其特征在于通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈电流的电流强度是0.2～1.0A。

7.一种滚动轴承白层组织剥落的试验装置，包括固定在底座（24）上的驱动电机(1)；内部封入润滑脂的试验滚动轴承(16)装配在安装轴(8)上；驱动电机(1)上的驱动皮带轮(2)通过驱动皮带(3)驱动安装轴(8)上的安装轴皮带轮(7)旋转，对试验滚动轴承(16)施加径向载荷；安装轴(8)安装在滑座(4)上；底座(24)上的导轨(5)与径向载荷的方向平行，滑座(4)和导轨(5)配合；平衡作用力装置对试验滚动轴承(16)的作用力与径向载荷大小相等方向相反，其特征在于试验滚动轴承(16)与滑座(4)绝缘；试验装置电源形成的电流通过试验滚动轴承内圈、试验滚动轴承滚动体、试验滚动轴承外圈。

8.根据权利要求7所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验装置，其特征在于驱动电机(1)是变频调速电机，连接控制系统；试验装置电源是可调电流电压的直流电源(12)，直流电源(12)连接控制系统。

9.根据权利要求7所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验装置，其特征在于平衡作用力装置是S型拉力传感器(6)；S型拉力传感器(6)的一端连接的螺杆与滑座(4)远离驱动电机(1)的侧面连接，其另一端连接的螺杆连接在底座(24)上；控制系统连接S型拉力传感器（6）和驱动电机(1)。

10.根据权利要求7所述的一种滚动轴承白层组织剥落的试验装置，其特征在于安装轴(8)是导电性能良好的材料制成，其前部、后部分别安装试验滚动轴承（16）和辅助支撑轴承（11），安装轴（8）靠近试验滚动轴承(16)的一端固定连接安装轴皮带轮(7)；试验滚动轴承(16)和辅助支撑轴承(11)分别安装在导电性能良好的前部和后部的轴承座(13)上，轴承座(13)通过绝缘衬套(10)固定安装在滑座(4)上；试验装置电源两端的导线分别连通试验滚动轴承内圈和试验滚动轴承外圈；平衡作用力装置的S型拉力传感器(6)和驱动电机(1)连接控制系统。

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