CN117268960A - 一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承测试技术领域，具体涉及一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置及测试方法。一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，包括：机体，设有转轴；加载施力组件，设于机体上，加载施力组件包括施力顶杆，施力顶杆与转轴对应设置，施力顶杆与转轴间形成有第一容纳空间；料仓组件，设于所述第一容纳空间内，所述料仓组件设有至少三颗待测试球体和保持环架，所述转轴部分设于料仓组件内，所述保持环架容纳有待测试球体，所述保持环架套设于转轴的外周，所述施力顶杆与料仓组件抵接。本发明解决试验机在测试中，当待测试球体出现震动时，会导致压缩弹簧的压缩量出现偏差，进而造成施加的载荷力出现变化，影响到测试结果的精准度的问题。

Description

一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及轴承测试技术领域，具体涉及一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置及测试方法。

背景技术

氮化硅陶瓷轴承已经有几十年的应用历史。早在上世纪80年代，它就开始在航空航天领域广泛应用。随着材料科学和制造技术的进步，氮化硅陶瓷轴承逐渐在机械制造、汽车工业和医疗设备等领域得到应用。尤其是近年来，随着新能源汽车行业的快速发展，氮化硅陶瓷混合轴承在风力发电机以及汽车电机等领域得到了大量应用。

如今，氮化硅陶瓷球已经成为常见的高性能轴承材料，逐渐取代了传统的钢质轴承球，在特殊领域和苛刻工况下表现出优势。然而，由于制备工艺、原料和烧结助剂等因素的影响，氮化硅陶瓷球的表面和次表面可能存在微小的不均匀性、内部缺陷或裂纹，导致其疲劳寿命存在很大的离散性。因此，疲劳寿命检测成为衡量氮化硅陶瓷球质量的直观且可靠的方法之一。

现有的试验机加载需要对待测试球体施加压缩应力，试验负载由压缩弹簧的刚度调节，当待测试球体出现震动时，会导致压缩弹簧的压缩量出现偏差，进而造成施加的载荷力出现变化，影响到测试结果的精准度。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的试验机在测试中，当待测试球体出现震动时，会导致压缩弹簧的压缩量出现偏差，进而造成施加的载荷力出现变化，影响到测试结果的精准度的缺陷，从而提供一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置及测试方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，包括：

机体，所述机体上设有转轴；

加载施力组件，所述加载施力组件设于机体上，所述加载施力组件包括施力顶杆，所述施力顶杆与转轴对应设置，所述施力顶杆与转轴间形成有第一容纳空间；

料仓组件，设于所述第一容纳空间内，所述料仓组件设有至少三颗待测试球体和保持环架，所述转轴部分设于料仓组件内，所述保持环架容纳有待测试球体，所述保持环架套设于转轴的外周，所述施力顶杆与料仓组件抵接。

可选地，所述料仓组件包括转轴盖、试验料仓和试验板，所述转轴盖和试验板均设于试验料仓内，所述保持环架位于转轴盖和试验板之间，所述试验板的外径与试验料仓的内径相等，所述转轴盖套设于转轴的外周，所述试验板与施力顶杆抵接设置，所述保持环架上设有至少三个试验孔，所述试验孔内适于容纳待测试球体，所述转轴盖和试验板分别与待测试球体抵接。

可选地，所述试验孔以相等角度均匀分布于保持环架的周向上。

可选地，所述料仓组件还包括试验料仓盖，所述试验料仓盖设于转轴盖背离保持环架的一侧，所述试验料仓盖上设有滴油器和温度传感器，所述试验料仓的侧壁上设有试验仓加热器。

可选地，所述加载施力组件包括施力件，所述施力件设于机体的外侧。

可选地，所述加载施力组件还包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一销轴、第二销轴、第三销轴和第四销轴，所述第三销轴和第四销轴分别与机体固定，所述第一连杆的一端与第一销轴连接，所述第一连杆的另一端穿设有施力顶杆，所述施力顶杆与第一连杆螺纹转动连接，所述第二连杆的一端与第一销轴连接、所述第二连杆的另一端与第二销轴连接，所述第三连杆的一端与第二销轴连接，所述第三连杆的另一端与施力件的伸出端转动连接，所述第一连杆与第三销轴连接。

可选地，所述机体包括机座，所述机座包括对应设置的第一竖板和第二竖板，所述第一竖板和第二竖板间设有第二容纳空间，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一销轴、第二销轴、第三销轴和第四销轴设于第二容纳空间内，所述机座上设有位移指示器。

可选地，还包括控制器，所述控制器分别与转轴、温度传感器、试验仓加热器、位移指示器、施力件线路连接。

一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置的测试方法，在测试状态下，转轴带动保持环架转动，使待测试球体沿转轴的周向进行运动，施力顶杆以施加给待测试球体以预设的压力。

可选地，包括以下步骤：

1）在保持环架内放入待测试球体，安装好料仓组件放置于第一容纳空间内，滴油器滴入润滑油；

2）通过手动调整施力顶杆，调整加载施力组件，使第三连杆水平设置、且位移显示器显示为0，以保证加载施力组件的施力顶杆的载荷为0；

3）控制器设置转轴为预设转速，控制施力件的伸缩达到加载目的以实现额定加载载荷，同时采集待测试球体的温度、载荷、振动、转速等试验参数，以得到测试结果。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，包括：机体，机体上设有转轴；加载施力组件，设于机体上，加载施力组件包括施力顶杆，施力顶杆与转轴对应设置，施力顶杆与转轴间形成有第一容纳空间；料仓组件，设于第一容纳空间内，料仓组件设有至少三颗待测试球体和保持环架，转轴部分设于料仓组件内，保持环架容纳有待测试球体，保持环架套设于转轴的外周，施力顶杆与料仓组件抵接。在测试状态下，转轴带动保持环架转动，使待测试球体沿转轴的周向进行运动，施力顶杆以施加给待测试球体以预设的压力。

通过转轴转动带动保持环架进行转动，使待测试球体既随转轴进行周向转动、又进行自转，同时，施力顶杆施加给料仓组件力以传递至待测试球体，真实地模拟出待测试球体的受力状态。在整个测试过程中，由于施力顶杆无法进行伸缩，当测试球体出现振动时，即使带动料仓出现振动，也不会影响到施力顶杆施加力的大小，保证施加的载荷力的一致，保证测试结果的准确性。此外，本申请提供的试验装置，在试验过程中无需用到陪试球，自然不会出现陪试球损坏的情况，不会影响到测试结果。

2.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，料仓组件包括转轴盖、试验料仓和试验板，转轴盖和试验板均设于试验料仓内，保持环架位于转轴盖和试验板之间，试验板的外周径与试验料仓的内径相等，转轴盖套设于转轴的外周，试验板与施力顶杆抵接设置，保持环架上设有至少三个试验孔，试验孔内适于容纳待测试球体，转轴盖和试验板分别与待测试球体抵接。

上述结构以限制待测试球体的任意移动，保证由试验板传递的力传递至待测试球体上，使待测试球体在转轴盖和试验板间进行转动。

3.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，试验孔以相等角度均匀分布于保持环架的周向上，以使力均匀地分布到每一待测试球体上，同时，模拟出真实的使用环境。

4.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，料仓组件还包括试验料仓盖，试验料仓盖设于转轴盖背离保持环架的一侧，试验料仓盖上设有滴油器和温度传感器，试验料仓的侧壁上设有试验仓加热器，试验仓加热器加热料仓组件的整体温度以模拟待测试球体真实的工况，温度传感器测量料仓组件内的温度，滴油器保证待测试球体在测试中的润滑。

5.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，加载施力组件包括施力件，施力件设于机体的外侧，施力件以提供给施力顶杆作用力。

6.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，加载施力组件还包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一销轴、第二销轴、第三销轴和第四销轴，第三销轴和第四销轴分别与机体固定，第一连杆的一端与第一销轴连接，第一连杆的另一端穿设有施力顶杆，施力顶杆与第一连杆螺纹转动连接，第二连杆的一端与第一销轴连接、第二连杆的另一端与第二销轴连接，第三连杆的一端与第二销轴连接，第三连杆的另一端与施力件的伸出端转动连接，第一连杆与第三销轴连接，以传递力。

7.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，机体包括机座，机座包括对应设置的第一竖板和第二竖板，第一竖板和第二竖板间设有第二容纳空间，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一销轴、第二销轴、第三销轴和第四销轴设于第二容纳空间内，机座上设有位移指示器，由位移指示器测量加载施力组件的变化。

8.本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，还包括控制器，控制器分别与转轴、温度传感器、试验仓加热器、位移指示器、施力件线路连接，以实现自动控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置的主视图；

图2为本发明的实施方式中提供的料仓组件的爆炸示意图；

图3为本发明的实施方式中提供的加载施力组件的示意图；

图4为本发明的实施方式中提供的加载施力组件的受力分析图；

图5为本发明的实施方式中提供的转轴盖的示意图。

附图标记说明：1、机体；101、机座；102、底座；103、液压泵站；104、转轴；105、位移指示器；106、传力轴；2、料仓组件；201、试验料仓；202、试验板；203、试验料仓盖；204、保持环架；205、转轴盖；206、温度传感器；207、滴油器；208、凹槽；3、加载施力组件；301、施力件；302、施力顶杆；303、第三连杆；304、第二销轴；305、第二连杆；306、第一销轴；307、第一连杆；308、振动传感器；309、第三销轴；310、第四销轴；4、待测试球体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-5所示的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置的一种具体实施方式，包括：机体1，机体1上设有转轴104和加载施力组件3，其中，转轴104和加载施力组件3对应设置，转轴104和施力加载组件间设有料仓组件2，转轴104的转速为50rpm/min～20000rpm/min。

如图1所示，机体1包括底座102、以及设于底座102上方的机座101，机座101包括对应设置的第一竖板和第二竖板，第一竖板和第二竖板间设有第二容纳空间，且机座101上设有转轴104。如图1所示，底座102内设有液压泵站103。

如图2所示，料仓组件2包括试验料仓盖203、转轴盖205、试验料仓201、保持环架204和试验板202，其中，试验料仓201为具有中空结构的环形，试验料仓盖203和试验板202以对试验料仓201进行封闭，且试验板202的外径与试验料仓201的内径相等、试验板202与试验料仓201固定连接，试验料仓盖203留有允许转轴104通过的通孔。如图2所示，转轴盖205和保持环架204设于中空内，自试验料仓盖203朝向试验板202方向依次设有转轴盖205和保持环架204，且转轴盖205和保持环架204分别套设固定于转轴的外周壁上，即，保持环架204位于转轴盖205和试验板202之间，且转轴盖205和保持环架204随着转轴104转动而相对于试验料仓201进行转动。如图2所示，保持环架204上设有九个试验孔，九个试验孔以相等角度均匀分布于保持环架204的周向上，每一试验孔内分别容纳有一颗待测试球体4，即，试验孔与待测试球体4一一对应设置，且转轴盖205和试验板202分别与待测试球体4进行抵接，转轴盖205设有凹槽208，如图5所示，凹槽208截面为与待测试球体4适配的弧形，试验板为平面。具体的，待测试球体4为氮化硅陶瓷球。如图1所示，试验料仓盖203上还分别设有滴油器207和温度传感器206，试验料仓201的侧壁上设有试验仓加热器，滴油器207和料仓组件2分别与液压泵站103管路连通，即，由液压泵站103向滴油器207供油，滴油器207滴入料仓组件2内润滑油，再由料仓组件2通过管路回流到液压泵站103内。

如图1、图3所示，加载施力组件3还包括施力顶杆302、施力件301、第一连杆307、第二连杆305、第三连杆303、第一销轴306、第二销轴304、第三销轴309和第四销轴310，施力件301固定于底座102的外侧。具体的，施力件301为伺服电缸。如图3所示，第三销轴309和第四销轴310分别与机体1固定，第一连杆307的一端与第一销轴306转动连接，第一连杆307的另一端穿设有施力顶杆302，施力顶杆302与第一连杆307螺纹转动连接，第二连杆305的一端与第一销轴306转动连接、第二连杆305的另一端与第二销轴304转动连接，第三连杆303的一端与第二销轴304转动连接，第三连杆303的另一端与施力件301的伸出端转动连接，第一连杆307与第三销轴309连接。需要注意的是，施力件301的伸出端为伸出杆，第一销轴306和第二销轴304可以相对于机体1进行转动和移动，即，第一销轴306和第二销轴304不与机体1连接，第一销轴306仅与第一连杆307和第二连杆305连接、第二销轴304仅与第二连杆305和第三连杆303连接。如图1所示，第一连杆307、第二连杆305、第三连杆303、第一销轴306、第二销轴304、第三销轴309和第四销轴310均设于第二容纳空间内，机座101上设有位移指示器105，位移指示器105与第三连杆303接触。如图1、图3所示，施力顶杆302穿过第一连杆307，施力顶杆302和第一连杆307螺纹转动连接，施力顶杆302的朝向料仓组件2设置。如图1、图3所示，施力件301与第三连杆303转动连接，第三连杆303上设有振动传感器308，施力件301上设有压力传感器。如图1所示，施力顶杆302与料仓组件2的试验板202间还设有传力轴106，传力轴106与机体1滑动连接，传力轴106的一端与施力顶杆302抵接、另一端与试验料仓201抵接，即，传力轴106受到的施力顶杆302的力传递至试验料仓201，再由试验料仓201传递给试验板202。如图4所示，图4为图3的受力分析图，当施力件301施加向下的力F₁的时候，第三连杆303的一端受到施力件301的向下的力、另一端通过第四销轴310固定于机体1上静止不动，使第二连杆305的下端受到向下的力、第二连杆305的上端受到向下的力，再传递至第一连杆307，通过第一连杆307传递给施力顶杆302向上的力F₂。

为了实现自动控制，还包括控制器，控制器分别与转轴104、振动传感器308、滴油器207、温度传感器206、位移指示器105、液压泵站103、施力件301、压力传感器线路连接。

一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置的测试方法，包括以下步骤：

1）在保持环架204内放入待测试球体4，安装好料仓组件2放置于第一容纳空间内，滴油器207滴入润滑油；

2）通过手动调整施力顶杆302，调整加载施力组件3，使第三连杆303水平设置、且位移显示器显示为0，以保证加载施力组件3的施力顶杆302的载荷为0；

3）控制器设置转轴104为预设转速，控制施力件301的伸缩达到加载目的以实现额定加载载荷，同时采集待测试球体4的温度、载荷、振动、转速等试验参数，以得到测试结果。

需要注意的是，本申请提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置的测试方法，可以实现转速的循环、加载力的循环，以模拟待测试球体4在真实运行中的连续工作状态。

本发明提供的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，具有以下优点：（1）模仿推力球轴承等轴承内的氮化硅陶瓷球等的真实工作环境，可以通过料仓组件2安装3个以上的实验球；（2）采用控制器的工控机程序来控制伺服电机转轴的转速、以及加载施力组件3的载荷，操作人员可以自主编辑实验运行循环程序；（3）取消了传统实验装置中的陪试球或陪试滚子，杜绝了因陪试球及滚子出现损伤造成的非正常原因停机概率；（4）通过加载施力组件3的杠杆结构，以实现相应的载荷和接触应力；（5）在控制器的控制下，滴油器207滴入润滑油有效降低待测试球体4温度，液压泵站103接收料仓组件2内的润滑油，通过在液压泵站103内设置过滤器提高料仓组件2的清洁度，通过温度传感器206实时监测料仓组件2内的温度；（6）通过振动振动传感器308，及时发现实验过程中的振动、并反馈给控制器进行以处理异常情况。

作为一种替代的实施方式，试验孔的数量还可为3个、4个甚至更多个。

作为一种替代的实施方式，待测试球体4还可为钢珠球，试验板为氮化硅板，以检测氮化硅板的材料性能是否符合标准。

作为一种替代的实施方式，施力顶杆302与料仓组件2的试验板202间还可不设传力轴106。

作为一种替代的实施方式，传力轴106与试验板202间还可设有传力钢球。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，包括：

机体（1），所述机体（1）上设有转轴（104）；

加载施力组件（3），所述加载施力组件（3）设于机体（1）上，所述加载施力组件（3）包括施力顶杆（302），所述施力顶杆（302）与转轴（104）对应设置，所述施力顶杆（302）与转轴（104）间形成有第一容纳空间；

料仓组件（2），设于所述第一容纳空间内，所述料仓组件（2）设有至少三颗待测试球体（4）和保持环架（204），所述转轴（104）部分设于料仓组件（2）内，所述保持环架（204）容纳有待测试球体（4），所述保持环架（204）套设于转轴（104）的外周，所述施力顶杆（302）与料仓组件（2）抵接。

2.根据权利要求1所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，所述料仓组件（2）包括转轴盖（205）、试验料仓（201）和试验板（202），所述转轴盖（205）和试验板（202）均设于试验料仓（201）内，所述保持环架（204）位于转轴盖（205）和试验板（202）之间，所述试验板（202）的外径与试验料仓（201）的内径相等，所述转轴盖（205）套设于转轴（104）的外周，所述试验板（202）与施力顶杆（302）抵接设置，所述保持环架（204）上设有至少三个试验孔，所述试验孔内适于容纳待测试球体（4），所述转轴盖（205）和试验板（202）分别与待测试球体（4）的抵接。

3.根据权利要求2所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，所述试验孔以相等角度均匀分布于保持环架（204）的周向上。

4.根据权利要求3所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，所述料仓组件（2）还包括试验料仓盖（203），所述试验料仓盖（203）设于转轴盖（205）背离保持环架（204）的一侧，所述试验料仓盖（203）上设有滴油器（207）和温度传感器（206），所述试验料仓（201）的侧壁上设有试验仓加热器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，所述加载施力组件（3）包括施力件（301），所述施力件（301）设于机体（1）的外侧。

6.根据权利要求5所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，所述加载施力组件（3）还包括第一连杆（307）、第二连杆（305）、第三连杆（303）、第一销轴（306）、第二销轴（304）、第三销轴（309）和第四销轴（310），所述第三销轴（309）和第四销轴（310）分别与机体（1）固定，所述第一连杆（307）的一端与第一销轴（306）连接，所述第一连杆（307）的另一端穿设有施力顶杆（302），所述施力顶杆（302）与第一连杆（307）螺纹转动连接，所述第二连杆（305）的一端与第一销轴（306）连接、所述第二连杆（305）的另一端与第二销轴（304）连接，所述第三连杆（303）的一端与第二销轴（304）连接，所述第三连杆（303）的另一端与施力件（301）的伸出端转动连接，所述第一连杆（307）与第三销轴（309）连接。

7.根据权利要求6所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，所述机体（1）包括机座（101），所述机座（101）包括对应设置的第一竖板和第二竖板，所述第一竖板和第二竖板间设有第二容纳空间，所述第一连杆（307）、第二连杆（305）、第三连杆（303）、第一销轴（306）、第二销轴（304）、第三销轴（309）和第四销轴（310）设于第二容纳空间内，所述机座（101）上设有位移指示器（105）。

8.根据权利要求7所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与转轴（104）、温度传感器（206）、试验仓加热器、位移指示器（105）、施力件（301）线路连接。

9.一种氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置的测试方法，用于使用权利要求1所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置，其特征在于，在测试状态下，转轴（104）带动保持环架（204）转动，使待测试球体（4）沿转轴（104）的周向进行运动，施力顶杆（302）以施加给待测试球体（4）以预设的压力。

10.根据权利要求9所述的氮化硅陶瓷球疲劳寿命试验装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在保持环架（204）内放入待测试球体（4），安装好料仓组件（2）放置于第一容纳空间内，滴油器（207）滴入润滑油；

2）通过手动调整施力顶杆（302），调整加载施力组件（3），使第三连杆（303）水平设置、且位移显示器显示为0，以保证加载施力组件（3）的施力顶杆（302）的载荷为0；

3）控制器设置转轴（104）为预设转速，控制施力件（301）的伸缩达到加载目的以实现额定加载载荷，同时采集待测试球体（4）的温度、载荷、振动、转速等试验参数，以得到测试结果。