CN112067295A - 全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置及试验方法，包括动力驱动组件、加载部件、多向移动工作台组件、试验平台以及控制台。动力驱动组件、多向移动工作台组件和控制台安装于试验平台上；动力驱动组件中的主轴一端通过联轴器与驱动伺服电机连接，另一端通过键槽连接及螺母连接与加载部件相连接；加载部件包括左右两个形状及尺寸相同的回转零件以及陶瓷滚动体。两回转零件通过螺栓连接装配于一体，陶瓷滚动体置于加载部件的球形凹坑内部。滚动接触疲劳试验时，多向移动工作台组件使工作台组件上的陶瓷试件滚道与加载部件相接触，通过加载部件随主轴的高速转动对全陶瓷球轴承外圈滚道进行滚动接触疲劳试验。

Description

全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于滚动接触疲劳试验领域，特别涉及一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置及试验方法。

背景技术

轴承是工业机械领域的关键零部件，素有“装备的关节”之称。随着工业技术的发展，在航空、航天、核能等领域要求轴承在高温、高速、腐蚀等特殊环境下仍能工作，这使得钢制球轴承和混合陶瓷球轴承已远远不能满足使用要求，而全陶瓷球轴承由于内外套圈及滚动体均采用陶瓷材料，因此具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等突出性能恰好弥补以上两类轴承的不足。全陶瓷球轴承虽然具有优良的使用性能，但由于陶瓷材料的高硬度、低韧性等特点造成了其去除方式主要以断裂去除为主，这使得在机械加工中全陶瓷球轴承套圈表面易形成表面及亚表面裂纹。已有研究表明，陶瓷套圈表面及亚表面裂纹是制约全陶瓷球轴承应用性能及寿命的关键因素。因此，通过滚动接触疲劳试验，分析陶瓷套圈与陶瓷滚动体滚动接触下的裂纹产生及扩展对于提升全陶瓷球轴承的使用寿命具有极大的工程意义。

对于球轴承而言，滚动接触疲劳失效是其最主要的失效形式。滚动接触疲劳试验也是测试和评定轴承疲劳寿命的主要方法。目前，国内外虽已有较多可对球轴承滚动接触疲劳试验装置，但存在一定不足，主要体现在：(1)现有装置虽可对球轴承疲劳损伤进行试验，但少有针对全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳专用试验装置。(2)在确定球轴承外圈滚道疲劳损伤位置时，需对试验轴承进行拆解，该方法过于繁琐。(3)虽可通过后续的检测方法确定外圈滚道损伤最终位置及程度，但无法满足对引起外圈滚道疲劳损伤的裂纹产生及扩展过程的观测。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置及试验方法。可模拟全陶瓷球轴承滚动体与外圈滚道间的滚动接触疲劳状态，满足全陶瓷球轴承滚动接触疲劳试验的加载要求，便于后续通过一定的检测方法实现引起外圈滚道疲劳损伤的裂纹产生及扩展的多次观测。

一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置包括动力驱动组件、加载部件、多向移动工作台组件、试验平台以及控制台。

动力驱动组件包括驱动伺服电机，主轴，安装座，轴承座、联轴器以及轴承。安装座和轴承座通过螺栓连接固定于安装面上。驱动伺服电机装配于安装座上。轴承的外圈固定在轴承座中，主轴穿过并固定在轴承的内圈，起到支撑主轴的作用。主轴的一端与驱动伺服电机的输出轴之间通过联轴器连为一体，主轴另一端设有轴肩，轴肩外的转轴段上有螺纹。

加载部件包括两个相同形状及尺寸的左回转零件、右回转零件以及陶瓷滚动体。左回转零件中心有第一通孔，第一通孔周围有多个阶梯孔。左回转零件边缘均匀分布多个第一球形凹坑。右回转零件中心有第二通孔，第二通孔周围有多个螺纹孔。右回转零件边缘均匀分布多个第二球形凹坑，用于在加载部件装配时放置陶瓷滚动体。加载部件由左回转零件及右回转零件通过螺栓连接装配与一体。在装配时，要求左回转零件及右回转零件的球形凹坑、第一通孔、第二通孔、阶梯孔及螺栓孔完全对中。在装配时，将陶瓷滚动体置于左回转零件及右回转零件的球形凹坑内并有部分突出于加载部件外。加载部件通过键槽连接方式套在主轴的一端。加载部件一端与主轴轴肩接触，另一端通过螺母连接固定于主轴上。加载部件的优点在于有效模拟了全陶瓷球轴承的内圈和滚动体结构。在疲劳试验中，当加载部件中的陶瓷滚动体与陶瓷试件相接触时，陶瓷滚动体不仅随着加载部件的旋转而转动，并且由于陶瓷滚动体与陶瓷试件间接触载荷的作用，使得陶瓷滚动在陶瓷试件上发生滚动。由此可高度模拟全陶瓷球轴承滚动体与外圈的接触状态。

多向移动工作台组件包括垂直升降系统、多向导轨系统、工作台组件、压力传感器以及加速度传感器。垂直升降系统包括第一电机和电动推杆。垂直升降系统装配于安装面下方。垂直升降系统的电动推杆一端经过安装面上的第三通孔与多向导轨系统中的导轨支撑底座装配一体。试验加载时，电动推杆沿Z方向上的移动可使多向导轨系统和工作台组件上的陶瓷试件与加载部件相接触。多向导轨系统包括导轨支撑底座、Y方向导轨、X方向导轨、Y方向导轨移动滑块、X方向导轨移动滑块、第二电机以及第三电机。导轨支撑底座置于安装面上方装配于导向柱，导轨支撑底座可沿导向柱的Z方向移动。Y方向导轨包括左侧Y方向导轨和右侧Y方向导轨。左侧Y方向导轨和右侧Y方向导轨相互平行固定在导轨支撑底座两侧。左侧Y方向导轨和右侧Y方向导轨间通过传动轴相连，以保证Y方向导轨移动滑块移动距离相同。第二电机安装于左侧Y方向导轨和右侧Y方向导轨的端部。X方向导轨通过Y方向导轨移动滑块安装在Y方向导轨上。X方向导轨与Y方向导轨保持垂直。第三电机装配于X方向导轨一端。工作台组件包括工作台和夹紧装置。工作台通过X方向导轨移动滑块安装在X方向导轨上。夹紧装置通过螺纹连接固定于工作台上，用于装夹陶瓷试件。压力传感器置于工作台与X方向导轨移动滑块之间，用于检测陶瓷试件与加载部件间的接触载荷并将接触载荷信号多次反馈至控制台的数据采集控制系统。需要指明的是陶瓷试件为长方体，其上的轴承外圈滚道仅是球轴承外圈滚道的一部分，需通过机械加工得到，滚道的尺寸要根据测试轴承型号以及加载部件尺寸来确定。该陶瓷试件的优点在于，当陶瓷滚动体与滚道相接触时可有效模拟全陶瓷球轴承滚动体与外圈滚道间的滚动接触状态。再则，便于通过后续的检测方法来确定外圈滚道疲劳损伤位置并为实现引起外圈滚道疲劳损伤的裂纹产生及扩展的多次观测提供有利条件。加速度传感器安装于陶瓷试件上的滚道附近，用于检测疲劳试验中陶瓷试件的振动并实时的将振动信号反馈至控制台的数据采集控制系统。

试验平台包括安装面及平台支架。平台支架通过焊接固定于安装面下方。安装面上有第三通孔和多个导向柱。安装座、轴承座、垂直升降系统以及控制台通过螺栓连接与试验平台连为一体。

控制台通过螺栓连接固定在安装面上。控制台包括数据采集控制系统。数据采集控制系统与驱动伺服电机、第一电机、第二电机、第三电机、压力传感器和加速度传感器通信连接。试验过程中数据采集控制系统可对陶瓷试件与加载部件间的接触载荷和振动信号进行反馈及控制。

一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验的试验方法，采用上述装置，该方法包括如下步骤：

步骤一：启动控制台中数据采集控制系统，开启垂直升降系统中的第一电机，电动推杆推动多向导轨系统和工作台组件沿Z方向移动，使得装夹在工作台组件上的陶瓷试件与加载部件相接触。关闭第一电机。

步骤二：开启第二电机以及第三电机，通过Y方向导轨移动滑块及X方向导轨移动滑块在Y方向导轨与X方向导轨的移动，使陶瓷试件上的滚道移至加载部件上的陶瓷滚动体的正下方。关闭第二电机以及第三电机。

步骤三：开启第一电机，电动推杆推动陶瓷试件上的滚道与加载部件上的陶瓷滚动体接触。当陶瓷试件与加载部件之间的接触载荷加载至试验设置的接触载荷值后保载一定时间。

步骤四：开启动力驱动组件中的驱动伺服电机，使得连接在主轴上的加载部件转速达到试验设置的预设值。由此全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验开始。

步骤五：疲劳试验中，控制台中的数据采集控制系统自动采集压力传感器传送的载荷信号并实时反馈和控制第一电机动作，以保证陶瓷试件和加载部件恒定的接触载荷。

步骤六：疲劳试验中，控制台中的数据采集控制系统自动采集加速度传感器传送的振动信号。在试验初始阶段，通常振动信号较为平稳。当振动信号出现较大波动时将认定陶瓷试件上的滚道可能出现裂纹，这时需将陶瓷试件从夹紧装置上拆卸下来，通过其他检测设备对陶瓷试件上出现裂纹位置进行观测并记录数据。观测后再将陶瓷试件重新安装至工作台上并重复步骤一、二、三和四，以保证接触疲劳试验继续运行。

步骤七：在陶瓷试件裂纹出现后的接触疲劳试验中，可根据加速度传感器反馈的振动信号的变化，多次停止试验装置并拆卸陶瓷试件后，通过其他检测设备对裂纹扩展进行检测并记录数据。每次检测后陶瓷试件需重新装夹并重复步骤一、二、三和四。

步骤八：通过试验中陶瓷试件的振动信号数值与疲劳失效振动信号预设值相比较。当振动信号数值达到或大于预设值时，确定陶瓷试件已发生疲劳失效。试验结束。

本发明的有益效果：

(1)本发明可实现陶瓷滚动体与陶瓷试件滚道间的滚动接触，有效的模拟全陶瓷球轴承工作时滚动体与外圈滚道间的接触作用。

(2)由于陶瓷试件上的滚道仅是轴承外圈滚道的一部分，无需像已有设备一样对轴承进行拆解，为确定疲劳失效位置以及滚道裂纹的产生与扩展的实时检测提供极大便利。

(3)仅需更换加载部件即可完成对不同型号全陶瓷球轴承外圈滚道的滚动接触疲劳试验。

附图说明

图1是本发明的全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置的三维结构示意图；

图2是本发明的全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置的主视图；

图3是本发明的全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置的俯视图；

图4是本发明的全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置的左视图；

图5是本发明的动力驱动组件的结构图；

图6是本发明的加载部件的结构图；

图7是本发明的左回转零件的结构图；

图8是本发明的右回转零件的结构图；

图9是本发明的多向导轨系统的结构图；

图10是本发明的陶瓷试件的结构示意图；

图11是本发明的数据采集控制系统操控流程图。

符号说明：1、动力驱动组件；1-1、驱动伺服电机；1-2、主轴；1-3、安装座；1-4、轴承座；1-5、联轴器；1-6、轴承；2、加载部件；2-1、左回转零件；2-1-1、第一通孔；2-1-2、阶梯孔；2-1-3、第一球形凹坑；2-2、右回转零件；2-2-1、第二通孔；2-2-2、螺纹孔；2-2-3、第二球形凹坑；2-3、陶瓷滚动体；3、多向移动工作台组件；3-1、垂直升降系统；3-1-1、第一电机；3-1-2、电动推杆；3-2、多向导轨系统；3-2-1、导轨支撑底座；3-2-2、Y方向导轨；3-2-2-1、左侧Y方向导轨；3-2-2-2、右侧Y方向导轨；3-2-2-3、传动轴；3-2-3、X方向导轨；3-2-4、Y方向导轨移动滑块；3-2-5、X方向导轨移动滑块；3-2-6、第二电机；3-2-7、第三电机；3-3、工作台组件；3-3-1、工作台；3-3-2、夹紧装置；3-3-3、陶瓷试件；3-4、压力传感器；3-5、加速度传感器；A、陶瓷试件上的滚道；4、试验平台；4-1、安装面；4-2、平台支架；4-3、导向柱；5、控制台；

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明，结合附图对本发明进行进一步详细描述。

下面参照图1-10描述根据本发明的实施例提供的一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置及试验方法。

如图1至图4所示，一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，包括动力驱动组件1、加载部件2、多向移动工作台组件3、试验平台4以及控制台5。

如图5所示，动力驱动组件1包括驱动伺服电机1-1，主轴1-2，安装座1-3，轴承座1-4、联轴器1-5以及轴承1-6。安装座1-3和轴承座1-4通过螺栓连接固定于安装面4-1上。驱动伺服电机1-1装配于安装座1-3上。轴承1-6的外圈固定在轴承座1-4中，主轴1-2穿过并固定在轴承1-6的内圈，起到支撑主轴1-2的作用。主轴1-2的一端与驱动伺服电机1-1的输出轴之间通过联轴器1-5连为一体，主轴1-2另一端设有轴肩，轴肩外的转轴段上有螺纹。

如图6至图8所示，加载部件2包括两个相同形状及尺寸的左回转零件2-1、右回转零件2-2以及陶瓷滚动体2-3。左回转零件2-1中心有第一通孔2-1-1，第一通孔2-1-1周围有多个阶梯孔2-1-2。左回转零件2-1边缘均匀分布多个第一球形凹坑2-1-3。右回转零件2-2中心有第二通孔2-2-1，第二通孔2-2-1周围有多个螺纹孔2-2-2。右回转零件2-2边缘均匀分布多个第二球形凹坑2-2-3，球形凹坑用于在加载部件2装配时放置陶瓷滚动体2-3。加载部件2由左回转零件2-1及右回转零件2-2通过螺栓连接装配与一体。在装配时，要求左回转零件2-1及右回转零件2-2的球形凹坑、第一通孔2-1-1、第二通孔2-2-1、阶梯孔2-1-2及螺纹孔2-2-2完全对中。在装配时，将陶瓷滚动体2-3置于左回转零件2-1及右回转零件2-2的球形凹坑内并有部分突出于加载部件2外。加载部件2通过键槽连接方式套在主轴1-2的一端。加载部件2一端与主轴1-2轴肩接触，另一端通过螺母2-4连接固定于主轴1-2上。加载部件2的优点在于有效模拟了全陶瓷球轴承的内圈和滚动体结构。在疲劳试验中，当加载部件中的陶瓷滚动体与陶瓷试件相接触时，陶瓷滚动体不仅随着加载部件的旋转而转动，并且由于陶瓷滚动体与陶瓷试件间接触载荷的作用，使得陶瓷滚动体在陶瓷试件上发生滚动。由此可高度模拟全陶瓷球轴承滚动体与外圈的接触状态。

如图2、如图9、图10所示，多向移动工作台组件3包括垂直升降系统3-1、多向导轨系统3-2、工作台组件3-3、压力传感器3-4以及加速度传感器3-5。垂直升降系统3-1包括第一电机3-1-1和电动推杆3-1-2。垂直升降系统3-1装配于安装面4-1下方。垂直升降系统3-1的电动推杆3-1-2一端经过安装面4-1上的第三通孔与多向导轨系统3-2中的导轨支撑底座3-2-1装配一体。试验加载时，电动推杆3-1-2沿Z方向上的移动可使多向导轨系统3-2和工作台组件3-3上的陶瓷试件3-3-3与加载部件2相接触。多向导轨系统3-2包括导轨支撑底座3-2-1、Y方向导轨3-2-2、X方向导轨3-2-3、Y方向导轨移动滑块3-2-4、X方向导轨移动滑块3-2-5、第二电机3-2-6以及第三电机3-2-7。导轨支撑底座3-2-1置于安装面4-1上方装配于导向柱4-3，导轨支撑底座3-2-1可沿导向柱4-3的Z方向移动。Y方向导轨3-2-2包括左侧Y方向导轨3-2-2-1和右侧Y方向导轨3-2-2-2。左侧Y方向导轨3-2-2-1和右侧Y方向导轨3-2-2-2相互平行固定在导轨支撑底座3-2-1两侧。左侧Y方向导轨3-2-2-1和右侧Y方向导轨3-2-2-2间通过传动轴3-2-2-3相连，以保证Y方向导轨移动滑块3-2-4移动距离相同。第二电机3-2-6安装于左侧Y方向导轨3-2-2-1和右侧Y方向导轨3-2-2-2的端部。X方向导轨3-2-3通过Y方向导轨移动滑块3-2-4安装在Y方向导轨3-2-2上。X方向导轨3-2-3与Y方向导轨3-2-2保持垂直。第三电机3-2-7装配于X方向导轨3-2-3一端。工作台组件3-3包括工作台3-3-1和夹紧装置3-3-2。工作台3-3-1通过X方向导轨移动滑块3-2-5安装在X方向导轨3-2-3上。夹紧装置3-3-2通过螺纹连接固定于工作台3-3-1上，用于装夹陶瓷试件3-3-3。压力传感器3-4置于工作台3-3-1与X方向导轨移动滑块3-2-5之间，用于检测陶瓷试件3-3-3与加载部件2间的接触载荷并将接触载荷信号多次反馈至控制台5的数据采集控制系统。需要指明的是陶瓷试件3-3-3为长方体，其上的轴承外圈滚道A仅是球轴承外圈滚道的一部分，需通过机械加工得到，滚道的尺寸要根据测试轴承型号以及加载部件2尺寸来确定。该陶瓷试件3-3-3的优点在于，当陶瓷滚动体与滚道相接触时可有效模拟全陶瓷球轴承滚动体与外圈滚道间的滚动接触状态。再则，便于通过后续的检测方法来确定外圈滚道疲劳损伤位置并为实现引起外圈滚道疲劳损伤的裂纹产生及扩展的多次观测提供有利条件。加速度传感器3-5安装于陶瓷试件上的滚道A附近，用于检测疲劳试验中陶瓷试件3-3-3的振动并实时的将振动信号反馈至控制台5的数据采集控制系统。

如图2所示，试验平台4包括安装面4-1及平台支架4-2。平台支架4-2通过焊接固定于安装面4-1下方。安装面上有第三通孔和多个导向柱4-3。安装座1-3、轴承座1-4、垂直升降系统3-1以及控制台5通过螺栓连接与试验平台4连为一体。

如图4、图11所示，控制台5通过螺栓连接固定在安装面上4-1。控制台5包括数据采集控制系统。数据采集控制系统包括工控机、PLC(CP1H-XA40DT1-D)、数据采集卡(PCI-1712)以及Labview软件。数据采集控制系统与驱动伺服电机1-1、第一电机3-1-1、第二电机3-2-6、第三电机3-2-7、压力传感器3-4和加速度传感器3-5通信连接。在疲劳试验中，通过数据采集卡将压力传感器3-4及加速度传感器3-5采集到的信号传至工控机并由Labview软件将采集到的信号转为数值在控制台5中显示。工控机通过PLC对驱动伺服电机1-1、第一电机3-1-1、第二电机3-2-6和第三电机3-2-7的动作进行控制。

本发明的工作原理如下：

本发明通过垂直升降系统和多向导轨系统使陶瓷试件移动并与加载部件中的滚动体接触。疲劳试验时，随着主轴带动加载部件的转动，实现了加载部件中的滚动体与陶瓷试件上的滚道的滚动接触，有效模拟了全陶瓷球轴承滚动体与外圈间的接触状态。发明中的压力传感器可测量疲劳试验中加载部件与陶瓷试件间的接触载荷。当疲劳试验接触载荷与预设值出现偏差时，通过控制垂直升降系统使得试验中加载部件与陶瓷试件间的接触载荷保持恒定。加速度传感器主要用于测量疲劳试验中陶瓷试件的振动数据。通过试验时振动数据的变化来判定何时陶瓷试件滚道出现裂纹及其失效。

本发明的试验方法包括如下步骤：

步骤一：启动控制台中数据采集控制系统，开启垂直升降系统3-1中的第一电机3-1-1，电动推杆3-1-2推动多向导轨系统3-2和工作台组件3-3沿Z方向移动，使得装夹在工作台组件3-3上的陶瓷试件3-3-3与加载部件2相接触。关闭第一电机3-1-1。

步骤二：开启第二电机3-2-6以及第三电机3-2-7，通过Y方向导轨移动滑块3-2-4及X方向导轨移动滑块3-2-5在Y方向导轨3-2-2与X方向导轨3-2-3的移动，使陶瓷试件上的滚道A移至加载部件2上的陶瓷滚动体2-3的正下方。关闭第二电机3-2-6以及第三电机3-2-7。

步骤三：开启第一电机3-1-1，电动推杆3-1-2推动陶瓷试件上的滚道A与加载部件2上的陶瓷滚动体2-3接触。当陶瓷试件3-3-3与加载部件2之间的接触载荷加载至试验设置的接触载荷值后保载一定时间。

步骤四：开启动力驱动组件1中的驱动伺服电机1-1，使得连接在主轴1-2上的加载部件2转速达到试验设置的预设值。由此全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验开始。

步骤五：疲劳试验中，控制台5中的数据采集控制系统自动采集压力传感器3-4传送的载荷信号并实时反馈和控制第一电机3-1-1动作，以保证陶瓷试件3-3-3和加载部件2恒定的接触载荷。

步骤六：疲劳试验中，控制台5中的数据采集控制系统自动采集加速度传感器3-5传送的振动信号。在试验初始阶段，通常振动信号较为平稳。当振动信号出现较大波动时将认定陶瓷试件上的滚道A可能出现裂纹，这时需将陶瓷试件3-3-3从夹紧装置3-3-2上拆卸下来，通过其他检测设备对陶瓷试件3-3-3上出现裂纹位置进行观测并记录数据。观测后再将陶瓷试件3-3-3重新安装至工作台3-3-1上并重复步骤一、二、三和四，以保证接触疲劳试验继续运行。

步骤七：在陶瓷试件裂纹出现后的接触疲劳试验中，可根据加速度传感器3-5反馈的振动信号的变化，多次停止试验装置并拆卸陶瓷试件3-3-3后，通过其他检测设备对裂纹扩展进行检测并记录数据。每次检测后陶瓷试件3-3-3需重新装夹并重复步骤一、二、三和四。

步骤八：通过试验中陶瓷试件3-3-3的振动信号数值与疲劳失效振动信号预设值相比较。当振动信号数值达到或大于预设值时，确定陶瓷试件3-3-3已发生疲劳失效。试验结束。

Claims (10)

1.一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于：包括动力驱动组件(1)、加载部件(2)、多向移动工作台组件(3)、试验平台(4)以及控制台(5)；

所述动力驱动组件包括主轴(1-2)、安装座(1-3)、轴承座(1-4)，加载部件(2)通过键槽连接方式套在主轴(1-2)的一端，且加载部件(2)一端与主轴(1-2)轴肩接触，另一端通过螺母(2-4)连接固定于主轴(1-2)上；所述安装座(1-3)和轴承座(1-4)通过螺栓连接固定于试验平台(4)的安装面(4-1)上；

所述多向移动工作台组件(3)包括垂直升降系统(3-1)、多向导轨系统(3-2)、工作台组件(3-3)，所述垂直升降系统(3-1)装配于试验平台(4)的安装面(4-1)下方；垂直升降系统(3-1)的电动推杆(3-1-2)沿Z方向上的移动可使多向导轨系统(3-2)和工作台组件(3-3)上的陶瓷试件(3-3-3)与加载部件(2)相接触；所述控制台(5)通过螺栓连接固定在安装面上(4-1)。

2.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，所述动力驱动组件(1)还包括驱动伺服电机(1-1)、联轴器(1-5)以及轴承(1-6)，驱动伺服电机(1-1)装配于安装座(1-3)上；轴承(1-6)的外圈固定在轴承座(1-4)中，主轴(1-2)穿过并固定在轴承(1-6)的内圈；主轴(1-2)的一端与驱动伺服电机(1-1)的输出轴之间通过联轴器(1-5)连为一体，主轴(1-2)一端设有轴肩，轴肩外的转轴段上有螺纹。

3.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，所述加载部件(2)包括两个相同形状及尺寸的左回转零件(2-1)、右回转零件(2-2)以及陶瓷滚动体(2-3)；

所述左回转零件(2-1)中心有第一通孔(2-1-1)，第一通孔(2-1-1)周围有多个阶梯孔(2-1-2)，左回转零件(2-1)边缘均匀分布多个第一球形凹坑(2-1-3)；

所述右回转零件(2-2)中心有第二通孔(2-2-1)，第二通孔(2-2-1)周围有多个螺纹孔(2-2-2)，右回转零件(2-2)边缘均匀分布多个第二球形凹坑(2-2-3)；

所述加载部件(2)由左回转零件(2-1)及右回转零件(2-2)通过螺栓连接装配与一体；

所述陶瓷滚动体(2-3)放置于左回转零件(2-1)及右回转零件(2-2)的球形凹坑内并有部分突出于加载部件(2)外。

4.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，所述垂直升降系统(3-1)包括第一电机(3-1-1)和电动推杆(3-1-2)，垂直升降系统(3-1)的电动推杆(3-1-2)一端经过安装面(4-1)上的第三通孔与多向导轨系统(3-2)中的导轨支撑底座(3-2-1)装配一体。

5.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，所述多向导轨系统(3-2)包括导轨支撑底座(3-2-1)、Y方向导轨(3-2-2)、X方向导轨(3-2-3)、Y方向导轨移动滑块(3-2-4)、X方向导轨移动滑块(3-2-5)、第二电机(3-2-6)以及第三电机(3-2-7)；

所述导轨支撑底座(3-2-1)置于安装面(4-1)上方装配于导向柱(4-3)，导轨支撑底座(3-2-1)可沿导向柱(4-3)的Z方向移动；Y方向导轨(3-2-2)包括左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-2)；左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-2)相互平行固定在导轨支撑底座(3-2-1)两侧，左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-2)间通过传动轴(3-2-2-3)相连，第二电机(3-2-6)安装于左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-2)的端部；

所述X方向导轨(3-2-3)通过Y方向导轨移动滑块(3-2-4)安装在Y方向导轨(3-2-2)上，X方向导轨(3-2-3)与Y方向导轨(3-2-2)保持垂直；

所述第三电机(3-2-7)装配于X方向导轨(3-2-3)一端。

6.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，所述工作台组件(3-3)包括工作台(3-3-1)和夹紧装置(3-3-2)；

所述工作台(3-3-1)通过X方向导轨移动滑块(3-2-5)安装在X方向导轨(3-2-3)上；

夹紧装置(3-3-2)通过螺纹连接固定于工作台(3-3-1)上，用于装夹陶瓷试件(3-3-3)。

7.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，所述多向移动工作台组件(3)还包括压力传感器(3-4)、加速度传感器(3-5)，所述压力传感器(3-4)置于工作台(3-3-1)与X方向导轨移动滑块(3-2-5)之间；

所述加速度传感器(3-5)安装于陶瓷试件上的滚道(A)附近。

8.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，

所述陶瓷试件(3-3-3)为长方体，陶瓷试件上的滚道(A)仅是球轴承外圈滚道的一部分，需通过机械加工得到，陶瓷试件上的滚道(A)的尺寸要根据测试轴承型号以及加载部件(2)尺寸来确定。

9.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置，其特征在于，

所述试验平台(4)包括安装面(4-1)及平台支架(4-2)，平台支架(4-2)通过焊接固定于安装面(4-1)下方，安装面(4-1)上有第三通孔和多个导向柱(4-3)；

所述控制台(5)包括数据采集控制系统，数据采集控制系统与驱动伺服电机(1-1)、第一电机(3-1-1)、第二电机(3-2-6)、第三电机(3-2-7)、压力传感器(3-4)和加速度传感器(3-5)通信连接。

10.一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置的使用方法，采用权利要求1所述的装置，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：启动控制台中数据采集控制系统，开启垂直升降系统(3-1)中的第一电机(3-1-1)，电动推杆(3-1-2)推动多向导轨系统(3-2)和工作台组件(3-3)沿Z方向移动，使得装夹在工作台组件(3-3)上的陶瓷试件(3-3-3)与加载部件(2)相接触，关闭第一电机(3-1-1)；

步骤二：开启第二电机(3-2-6)以及第三电机(3-2-7)，通过Y方向导轨移动滑块(3-2-4)及X方向导轨移动滑块(3-2-5)在Y方向导轨(3-2-2)与X方向导轨(3-2-3)的移动，使陶瓷试件上的滚道(A)移至加载部件(2)上的陶瓷滚动体(2-3)的正下方，关闭第二电机(3-2-6)以及第三电机(3-2-7)；

步骤三：开启第一电机(3-1-1)，电动推杆(3-1-2)推动陶瓷试件上的滚道(A)与加载部件(2)上的陶瓷滚动体(2-3)接触，当陶瓷试件(3-3-3)与加载部件(2)之间的接触载荷加载至试验设置的接触载荷值后保载一定时间；

步骤四：开启动力驱动组件(1)中的驱动伺服电机(1-1)，使得连接在主轴(1-2)上的加载部件(2)转速达到试验设置的预设值，由此全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验开始；

步骤五：疲劳试验中，控制台(5)中的数据采集控制系统自动采集压力传感器(3-4)传送的载荷信号并实时反馈和控制第一电机(3-1-1)动作，以保证陶瓷试件(3-3-3)和加载部件(2)恒定的接触载荷；

步骤六：疲劳试验中，控制台(5)中的数据采集控制系统自动采集加速度传感器(3-5)传送的振动信号；在试验初始阶段，通常振动信号较为平稳，当振动信号出现较大波动时将认定陶瓷试件上的滚道(A)可能出现裂纹，这时需将陶瓷试件(3-3-3)从夹紧装置(3-3-2)上拆卸下来，通过其他检测设备对陶瓷试件(3-3-3)上出现裂纹位置进行观测并记录数据；观测后再将陶瓷试件(3-3-3)重新安装至工作台(3-3-1)上并重复步骤一、二、三和四，以保证接触疲劳试验继续运行；

步骤七：在陶瓷试件裂纹出现后的接触疲劳试验中，可根据加速度传感器(3-5)反馈的振动信号的变化，多次停止试验装置并拆卸陶瓷试件(3-3-3)后，通过其他检测设备对裂纹扩展进行检测并记录数据；每次检测后陶瓷试件(3-3-3)需重新装夹并重复步骤一、二、三和四；

步骤八：通过试验中陶瓷试件(3-3-3)的振动信号数值与疲劳失效振动信号预设值相比较，当振动信号数值达到或大于预设值时，确定陶瓷试件(3-3-3)已发生疲劳失效，试验结束。

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