CN108426795A - 高速滚动接触疲劳磨损试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速滚动接触疲劳磨损试验台，它包括试验平台、活动平台、加载构件、标准试样驱动组件和测试试样驱动组件；试验平台为阶梯式平台，包括高安装面和低安装面，低安装面上设有通孔和多个导向柱；活动平台置于低安装面上装配于导向柱外，活动平台能够沿导向柱上下移动；加载构件的加载端穿过通孔与活动平台连为一体，提供活动平台上下移动的动力；标准试样驱动组件安装于活动平台上，测试试样驱动组件安装于高安装面上，两驱动组件相向布置使两滚子试样上下对正。使用时，将两试样分别安装于相应的驱动组件上，控制活动平台上行，同时控制两试样相对滚动，能够大幅度的提高试样接触速度。

Description

高速滚动接触疲劳磨损试验台
技术领域
本发明涉及一种疲劳磨损试验台，尤其涉及一种高速滚动接触疲劳磨损试验台。
背景技术
齿轮是机器设备的重要零部件，也是最重要的传动形式之一，多半机器设备的传动都由齿轮传动来实现。预防齿轮失效、提高齿轮的疲劳寿命有极其重大的意义。
滚动接触疲劳失效(Rolling Contact Fatigue Failure)是齿轮最为常见的失效形式，在循环接触应力、齿面摩擦力以及润滑油的反复作用一段时间后，齿轮表面的表层内会产生微小的裂纹，随着传动继续裂纹会扩展、相互连接，直至形成小片脱落，在齿面留下凹坑或麻点。齿轮表面的接触疲劳破坏与齿面间的滑动、材料的硬度及润滑油的粘度等相关，在一定范围内对齿轮表面相对滑动速度越高、硬度越大，润滑油粘度数值越高，对齿轮抵抗疲劳破坏的性能越有利。在进行齿轮设计前，针对齿轮材料做高速滚动接触疲劳试验来研究各因素对材料疲劳寿命的影响，从而为实际设计时合理确定满足工况条件的最佳设计参数。
当前，国内外用于检测滚动接触疲劳性能的试验台的种类不少，大致有球盘式试验机、三点接触式试验机、球柱式试验机以及滚子接触式试验机等。其余类别接触方式均为点接触，与齿轮啮合时的线接触差别较大，一般用滚子(圆盘试样)接触式来模拟齿轮试验。但是目前国内外用于线接触的滚子疲劳磨损试验台，普遍有以下几个方面的问题：转速不高，普遍在5000r/min以下；加载不精确，传统的加挂砝码方式在高速运转时会产生误差，弹簧和杠杆组合方式在长时间运转后会产生误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够大幅提高试样接触速度的高速滚动接触疲劳磨损试验台。
本发明提供的这种高速滚动接触疲劳磨损试验台，它包括试验平台、活动平台、加载构件、标准试样驱动组件和测试试样驱动组件；试验平台为阶梯式平台，包括高安装面和低安装面，低安装面上设有通孔和多个导向柱；活动平台置于低安装面上装配于导向柱外，活动平台能够沿导向柱上下移动；加载构件的加载端穿过通孔与活动平台连为一体，提供活动平台上下移动的动力；标准试样驱动组件安装于活动平台上，测试试样驱动组件安装于高安装面上，两驱动组件相向布置使两滚子试样上下对正。
在一个具体实施方式中，使所述标准试样驱动组件包括电机、转轴、安装座、轴承座和联轴器，安装座和轴承座分别设置于所述活动平台上，电机装配于安装座上，转轴装配于轴承座内，转轴与电机的输出轴之间通过联轴器连为一体。
在一个具体实施方式中，使所述测试试样驱动组件包括电机、转轴、安装座、轴承座和扭矩传感器，轴承座、扭矩传感器和安装座依次装配于高安装面上，电机装配于安装座上，转轴装配于轴承座内，扭矩传感器的一端通过联轴器与电机的输出轴连为一体、另一端通过联轴器与转轴连为一体。
为了便于调节试样的相对位置，在所述转轴的外端设有轴肩，轴肩外的转轴段上螺纹连接有限位螺母，滚子试样套于轴肩上通过限位螺母配合垫片锁紧限位；所述联轴器为梅花型联轴器。
为了避免试验过程中转轴温度过高，使所述轴承座包括中空的座体和座盖，座体的内腔与外部降温回路连通。
为了便于实时监测，在所述测试试样驱动组件的轴承座外侧设有声发射传感器。
为了实现无极加载，使所述加载构件为液压缸，液压缸的活塞杆与所述活动平台装配为一体，液压缸的缸体内设有油压传感器。
为了提高试验效果，使本试验台还包括装配于试验平台上的喷油嘴和红外测温传感器，喷油嘴和红外测温传感器分别布置于两滚子试样对滚面的两侧。
在一个具体实施方式中，在所述试验平台的低安装面的中心位置处设有所述通孔，低安装面的四角分别设有阶梯孔；所述导向柱包括螺纹段和光杆段，螺纹段的外径小于光杆段的外径，导向柱有四个，四个导向柱关于通孔对称布置；导向柱以其螺纹段朝下穿过阶梯孔配合螺母与试验平台紧固。
作为优选，在所述活动平台上对应各所述导向柱位置处均嵌装有直线轴承，活动平台通过直线轴承与导向柱装配为一体。
本发明在使用时，首先将测试试样和标准试样分别安装于相应的驱动组件上，然后控制加载构件工作使活动平台上行，使两个试样接触，同时控制两试样相对滚动，进行滚子线接触的高速滚动接触疲劳磨损试验。试验过程中通过两个驱动组件分别驱动试样相对转动，能够大幅度的提高试样接触速度。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例的主视示意图。
图2为图1的俯视示意图。
图3为试样及喷油嘴和红外测温传感器的布置放大示意图。
图4为本优选实施例的测量及控制流程框图。
图示序号：
1—试验平台，11—低安装面，12—高安装面；
2—活动平台；
3—加载构件，31—活塞杆；
4—标准试验驱动组件，41—安装座，42—电机，43—轴承座，44—转轴，
45—联轴器；
5—测试试验驱动组件；
6—导向柱，61—螺纹段，62—光杆段；
7—喷油嘴；8—红外测温传感器；9—扭矩传感器；
C—直线轴承；D—油压传感器。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例提供的这种高速滚动接触疲劳磨损试验台，它包括试验平台1、活动平台2、加载构件3、标准试样驱动组件4和测试试样驱动组件5。
试验平台1为Z型的阶梯式平台，包括左侧的低安装面11和右侧的高安装面12，低安装面11的中心位置处设有一个通孔，低安装面11的四角均设有阶梯孔，四个阶梯孔关于通孔对称设置；各阶梯孔内均设有导向柱6，导向柱的下部为螺纹段61，上部为光杆段62，螺纹段的外径小于光杆段的外径，导向柱以其下部螺纹段朝下穿过阶梯孔后配合相应的螺母与试验平台紧固。
活动平台2上对应四个导向柱位置处均设有穿透孔，孔内设有直线轴承C，各直线轴承套于相应的导向柱上，活动平台2的底端与穿过通孔A的加载构件3连为一体，通过加载构件工作使活动平台能够沿导向柱上下移动。通孔设置于中心位置处，四个导向柱关于通孔对称设置，装配时调节好五个安装位置的垂直度以保证试样加载时试验力的大小、方向准确。
加载构件3选用为液压缸，液压缸的活塞杆31与活动平台装配为一体，液压加载的方式能够实时精准的进行所加载荷的无极调节，同时在液压缸的缸体内设有油压传感器D，以便于实时反馈所施加负载的大小。加载构件3通过活塞杆的运动带动活动平台运动，从而实现标准试样驱动组件4的移动使两个滚子试件相互接触完成载荷的施加。
标准试样驱动组件4包括安装座41、电机42、轴承座43、转轴44和联轴器45。安装座41为L型座体，其水平段与活动平台通过螺钉连为一体，其竖直段用于安装电机42；轴承座43包括中空的座体和座盖，座体的内腔与外部降温回路连通，以降低试验过程中转轴的温度，座体安装于活动平台上，转轴44穿过轴承座，转轴的内端通过联轴器45与电机的输出轴相连，外端设有轴肩，轴肩外的转轴段外壁设有螺纹，标准试样套于轴肩上定位，并通过配套的螺母锁紧，锁紧时可通过增设垫片以调节标准试样在轴肩上的相对位置。
测试试样驱动组件5与标准试样驱动组件4的结构基本相同，区别在于，测试试样驱动组件5的转轴与电机的输出轴之间设置有扭矩传感器7，扭矩传感器9的一端通过联轴器与电机的输出轴连为一体、另一端通过联轴器与转轴连为一体。并在测试试样驱动组件5的轴承座外设有声发射传感器，可获得所需测试试样的声发射信号，通过计算机程序分析信号特点来实时监测试样磨损状态。其中电机选用为变频电机，联轴器选用为梅花型联轴器。
如图3所示，本实验台还在试验平台上设置了喷油嘴7和红外测温传感器8，喷油嘴和红外测温传感器分别布置于两滚子试样对滚面的两侧，喷油嘴在两试样接触运转时，从一侧喷出润滑油进行润滑，红外测温传感器照射两试样接触表面附近区域获得接触区温度。
本实施例在使用时通过一个计算机和一个PLC控制柜控制整个系统；并通过前置放大器和声发射数据采集卡将声发射传感器采集到的数据传送至主机，红外测温传感器采集到的数据直接传递至主机；将油压传感器测得数据通过压力变送器反馈至PLC后由计算机处理分析，扭矩传感器所测数据通过扭矩变送器反馈至PLC由计算机处理分析，计算机根据分析结果通过PLC控制变频电机和液压缸的动作；整个流程如图4所示。
相比目前已有设备，本发明有以下优点：试样实验运转速度可达10000r/min；加载方式可靠，不借助杠杆等其他中间结构，误差小，液压作动器施加的负载无级可调，且可长时间保持稳定，使试样的疲劳寿命随负载的波动产生的误差减小，最大负载可达3000N；可适应试样不同的尺寸及外形轮廓，满足不同试验的需求；声发射信号监测可做到在线监测试样磨损状态。

Claims (10)

1.一种高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：它包括试验平台、活动平台、加载构件、标准试样驱动组件和测试试样驱动组件；
试验平台为阶梯式平台，包括高安装面和低安装面，低安装面上设有通孔和多个导向柱；
活动平台置于低安装面上装配于导向柱外，活动平台能够沿导向柱上下移动；加载构件的加载端穿过通孔与活动平台连为一体，提供活动平台上下移动的动力；
标准试样驱动组件安装于活动平台上，测试试样驱动组件安装于高安装面上，两驱动组件相向布置使两滚子试样上下对正。
2.根据权利要求1所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述标准试样驱动组件包括电机、转轴、安装座、轴承座和联轴器，安装座和轴承座分别设置于所述活动平台上，电机装配于安装座上，转轴装配于轴承座内，转轴与电机的输出轴之间通过联轴器连为一体。
3.根据权利要求1所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述测试试样驱动组件包括电机、转轴、安装座、轴承座和扭矩传感器，轴承座、扭矩传感器和安装座依次装配于高安装面上，电机装配于安装座上，转轴装配于轴承座内，扭矩传感器的一端通过联轴器与电机的输出轴连为一体、另一端通过联轴器与转轴连为一体。
4.根据权利要求2或3所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述转轴的外端设有轴肩，轴肩外的转轴段上螺纹连接有限位螺母，滚子试样套于轴肩上通过限位螺母配合垫片锁紧限位；所述联轴器为梅花型联轴器。
5.根据权利要求2或3所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述轴承座包括中空的座体和座盖，座体的内腔与外部降温回路连通。
6.根据权利要求3所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述测试试样驱动组件的轴承座外侧设有声发射传感器。
7.根据权利要求1所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述加载构件为液压缸，液压缸的活塞杆与所述活动平台装配为一体，液压缸的缸体内设有油压传感器。
8.根据权利要求1所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：它还包括装配于试验平台上的喷油嘴和红外测温传感器，喷油嘴和红外测温传感器分别布置于两滚子试样对滚面的两侧。
9.根据权利要求1所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述试验平台的低安装面的中心位置处设有所述通孔，低安装面的四角分别设有阶梯孔；所述导向柱包括螺纹段和光杆段，螺纹段的外径小于光杆段的外径，导向柱有四个，四个导向柱关于通孔对称布置；导向柱以其螺纹段朝下穿过阶梯孔配合螺母与试验平台紧固。
10.根据权利要求9所述的高速滚动接触疲劳磨损试验台，其特征在于：所述活动平台上对应各所述导向柱位置处均嵌装有直线轴承，活动平台通过直线轴承与导向柱装配为一体。
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