CN202974824U

CN202974824U - 一种滚动/滑动接触疲劳试验装置

Info

Publication number: CN202974824U
Application number: CN 201220646467
Authority: CN
Inventors: 覃文洁; 尹松
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-11-29

Abstract

本实用新型涉及一种滚动/滑动接触疲劳试验装置，属于机械产品的组成及结构技术领域，装置包括底座、调频电机、滚子轴、陪试件、从动轴、气缸以及气动系统的气源装置、控制元件和辅助元件。其中滚子轴由电机带动旋转，陪试件安装在从动轴的一端并与滚子接触，从动轴的另一端与气缸相连。陪试件可根据需要更换为平底件或滚子组件，选用平底陪试件时，采用不同的滚子试件半径或转速，就可形成不同滑差的滚动/滑动接触。通过调节电机转速可控制滚子的转动速度，通过调节气缸压力可产生不同的接触压力，最终本试验装置可用于进行不同滑差、不同转速、不同载荷的材料滚动/滑动接触疲劳试验。

Description

一种滚动/滑动接触疲劳试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种滚子元件的材料接触疲劳试验装置，属于机械产品的组成及结构技术领域。

背景技术

接触疲劳广泛存在于两个相互反复接触的零部件表面，比如齿轮、轴承、凸轮以及钢轨等。这些零部件在经过一定周次的循环接触应力后,在工作表面的局部区域产生小块剥落,形成麻点或凹坑,使其在工作中产生噪声、磨损、振动及温升,从而导致失效，因此接触疲劳性能是这些关键零部件用材料的重要技术指标。由于接触疲劳失效机理的复杂性和理论研究的局限性，进行接触疲劳试验无疑成为评定这项指标的有效途径。由于诸如齿轮、轴承、凸轮、钢轨等零部件接触的特征都是在高负荷下进行纯滚动或带有滑动的滚动，因此对其进行接触疲劳测试通常是利用疲劳试验装置对以上零件直接进行模拟加载测试。

各国研究人员针对材料的滚动疲劳设计了多种不同接触形式的疲劳试验装置，比如美国NASA为了发展航空航天技术,从五十年代末起,就资助GE公司专门研制了开展材料接触疲劳性能试验的专用试验机设备——ROLLING-CONTECT FATIGUE TESTER，此后陆续又研制了超高速和新型力加载控制方式的同类试验设备。国内常用的试验机也有4球试验机、5球试验机、球与V形环试验机、推力片试验机等，这些试验机都是针对轴承的接触疲劳模仿其工作原理进行试验的，因此设备整体结构复杂，测试过程中轴承的滚动、滑动状态无法控制。

材料的疲劳特能是产品疲劳设计的基础，根据零件的接触工况进行相应的材料疲劳试验，就能掌握产品的疲劳性能，目前公开的报道中未见可用于对材料滚动/滑动接触疲劳试验装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种滚动/滑动接触疲劳试验装置，根据待测材料需满足的工况选择滚子试件半径或转速，以及平底陪试件的结构和材料；利用调节电机的转速控制滚子的转动速度，通过调节气缸压力可产生不同的接触压力，实现对材料不同滑差、不同转速、不同载荷的滚动/滑动接触疲劳试验。

材料滚动/滑动接触疲劳试验装置，包括底座、调频电机、滚子轴、两个滚子轴支架、从动轴左支架、从动轴右支架、陪试件、转速传感器、加速度传感器、从动轴和气缸。

其中滚子轴通过一对滚动轴承安装在两个固定在底座的滚子轴支架上，滚子轴通过联轴器与调频电机的输出端相连，滚子轴与电机的主轴同轴，滚子同心固定在滚子轴上，滚子轴上安装转速传感器；从动轴通过一对滑动轴承安装在从动轴左支架和从动轴右支架上，从动轴的轴线与滚子轴的轴线互相垂直，从动轴的一端安装陪试件，另一端通过联接件与气缸相连，陪试件与滚子相对；从动轴外套装预紧弹簧，预紧弹簧的两端分别抵触在从动轴的弹簧座和从动轴右支架之间，弹簧座上安装加速度传感器。

其中，陪试件分为平底陪试件和滚子组件两种，滚子组件由陪试滚子和陪试滚子安装头组成，陪试滚子通过其上的滚动轴滚动配合安装在陪试滚子安装头上，平底陪试件和滚子组件上均设有与从动轴连接的螺纹孔；

上述装置中，滚子轴和从动轴均采用配对轴承支撑，以保证其径向和轴向精度。两个滚子轴支架的轴承安装孔均与电机主轴同轴，以保证滚子轴与电机主轴同轴；从动轴左支架和从动轴右支架的轴承安装孔位置要保证从动轴轴线与滚子轴轴线等高且垂直，并使陪试件与滚子无偏接触。

上述装置中，从动轴右支架的紧固螺栓位置在底座上一定范围内可左右调节，使得从动轴右支架的固定位置可左右调节，以便调整预紧弹簧的安装长度；

通过选择合适的弹簧刚度、自由长度以及从动轴右支架的位置调整弹簧安装长度，可在陪试件与滚子间施加合适的预紧力，保证陪试件与滚子的紧密接触，由于从动轴与连接件之间为滑动配合，预紧弹簧使滚子和陪试件在安装时为气缸预留气缸行程。

上述装置中，陪试件可根据实验需要更换为平底件或滚子组件，当陪试件选为平底件时，采用不同的滚子试件半径或转速，就可形成不同滑差的滚动/滑动接触。

上述装置中，滚子轴通过联轴器与调频电机相连，通过调节电机转速，就可使滚子按所需转速旋转。

上述装置中，滚子与陪试件的接触力由连接在从动轴右端的气缸提供，通过调节气缸的气压，就可进行不同接触载荷下的接触疲劳试验。

有益效果：

1、本实用新型结构简单可靠，操作方便，实用性强，利用本实用新型能直观得到零件材料在实际接触工况下的疲劳特性，为采用此材料所要加工的产品提供必要的基础数据。

2、通过选用不同的陪试件，可进行滚动或不同滑差的滚动/滑动接触疲劳试验，陪试件旋转速度由电机决定，可进行不同转速的试验，测试范围广。

3、滚子与陪试件之间的接触压力由气缸提供，可在10～10000N的范围内进行调节，接触压力可达到6000MPa，还可进行可变载荷的接触疲劳试验；当滚子出现疲劳失效时，以增大的加速度响应来终止试验，或以给定的循环次数来终止试验，使试验的进程易于控制。

附图说明

图1是本实用新型一种滚动/滑动接触疲劳试验装置结构示意俯视图；

图2是本实用新型一种滚动/滑动接触疲劳试验装置结构示意主视图；

图3是图2的A-A局部剖视图；

图4是本实用新型一种滚动/滑动接触疲劳试验装置平底陪试件结构示意图；

图5是本实用新型一种滚动/滑动接触疲劳试验装置滚子陪试组件结构示意图；

图6是本实用新型一种滚动/滑动接触疲劳试验装置联接件结构示意图。

1-调频电机、2-联轴器、3-滚子轴支架、4-滚子轴、5-转速传感器、6-陪试件、7-从动轴、8-弹簧座、9-预紧弹簧、10-联接件、11-气缸、12-底座、13-加速度传感器、14-滑动轴承、15-从动轴右支架、16-螺栓、17-滚动轴承、18-滴油器、19-陪试滚子、20-陪试滚子安装头。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

如附图1、2和3所示，本实用新型提供了一种滚动/滑动接触疲劳试验装置，包括底座12、调频电机1、滚子轴4、转速传感器5、陪试件6、从动轴左支架、加速度传感器13、从动轴右支架15、从动轴7和气缸11。

其中滚子轴4通过一对滚动轴承17安装在两个固定在底座12的滚子轴支架3上，滚子轴4通过联轴器2与调频电机1相连，滚子轴4与调频电机1的主轴同轴，滚子同心固定在滚子轴4上，滚子轴4上安装转速传感器5；陪试件6安装在从动轴7的左端并与滚子接触，从动轴7通过一对滑动轴承14安装在两个固定在底座12的从动轴支架15上，其右端通过联接件10与气缸11相连。从动轴外套装一预紧弹簧9，弹簧9的一端压在固定在从动轴7的弹簧座8上，另一端通过弹簧座压在从动轴右支架15上，弹簧座8上安装加速度传感器13。

上述装置中，滚子轴4和从动轴7均采用配对轴承支撑，两个滚子轴支架3的轴承安装孔均与电机1的主轴同轴；从动轴左支架和从动轴右支架15的轴承安装孔位置要保证从动轴7的轴线与滚子轴4的轴线等高且垂直，并使陪试件6与滚子无偏接触。

从动轴右支架15用螺栓16固定在底座12上，其固定位置可在一定范围内左右调节，以便调整预紧弹簧9的安装长度，从而在陪试件6与滚子间施加合适的预紧力，保证陪试件与滚子的紧密接触。

如附图4和图5所示，陪试件6分为平底陪试件和滚子组件两种，滚子组件由陪试滚子19和陪试滚子安装头20组成，陪试滚子19通过其上的滚动轴滚动配合安装在陪试滚子安装头20上，平底陪试件和滚子组件上均设有与从动轴7连接的螺纹孔，两种陪试件6都通过螺纹与从动轴7的左端固定连接；当陪试件选为平底陪试件时，采用不同的滚子试件半径或转速，就可形成不同滑差的滚动/滑动接触。

滚子轴4由电机1带动旋转，通过调节电机转速，就可使滚子获得所需转速，其旋转圈数由转速传感器5拾取。

气缸11输出的压力通过联接件10、从动轴7施加在与滚子接触的陪试件6上。联接件10的结构示意图见附图6，其右端与气缸相连，左端套装在从动轴7上，二者之间可相对轴向移动，气缸11未工作时，二者之间的轴向距离为气缸11行程；气缸工作时，气缸活塞在气体压力作用下向左移动，使联接件10与从动轴7逐渐接触，传递压力；通过调节气缸11的气压，就可进行不同接触载荷下的接触疲劳试验。

润滑油从位于滚子上方的滴油器18注入滚子与陪试件的接触区，滚子出现疲劳失效时，增大的加速度响应由加速度传感器13拾取。

本装置的调节和工作过程如下：

调节两个滚子轴支架3的高度，保证滚子轴4与电机1的主轴同轴；

调整两个从动轴支架15的高度和位置，保证从动轴7的轴线与滚子轴4的轴线等高且垂直，并使陪试件6与滚子无偏接触；

调节预紧弹簧9的安装长度，使陪试件6与滚子紧密接触；

打开滴油器18，使润滑油注入滚子与陪试件的接触区；

开动电机1并调节其转速，带动滚子轴按一定转速旋转，其旋转圈数由转速计数器5拾取；

开动气缸，气缸活塞在气体压力作用下向左移动，使联接件10与从动轴7逐渐接触，调节气缸11的压力，控制滚子和陪试件间的接触压力；

观察加速度传感器13的数据，滚子出现疲劳失效、加速度响应增大时终止试验，或当循环次数达到给定值终止试验。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种滚动/滑动接触疲劳试验装置，其特征在于，包括底座（12）、调频电机（1）、滚子轴（4）、转速传感器（5）、陪试件（6）、从动轴左支架、加速度传感器（13）、从动轴右支架（15）、从动轴（7）和气缸（11）；

其中滚子轴（4）通过一对滚动轴承（17）安装在两个固定在底座（12）的滚子轴支架（3）上，滚子轴（4）通过联轴器（2）与调频电机（1）相连，滚子轴（4）与调频电机（1）的主轴同轴，滚子同心固定在滚子轴（4）上，滚子轴（4）上安装转速传感器（5）；陪试件（6）安装在从动轴（7）的左端并与滚子接触，从动轴（7）通过一对滑动轴承（14）安装在两个固定在底座（12）的从动轴支架（15）上，其右端通过联接件（10）与气缸（11）相连，从动轴外套装一预紧弹簧（9），弹簧（9）的一端压在固定在从动轴（7）的弹簧座（8）上，另一端通过弹簧座压在从动轴右支架（15）上，弹簧座（8）上安装加速度传感器（13）。

2.如权利要求1所述的滚动/滑动接触疲劳试验装置，其特征在于所述滚子轴（4）和从动轴（7）均采用配对轴承支撑，两个滚子轴支架（3）的轴承安装孔均与电机（1）的主轴同轴；从动轴左支架和从动轴右支架（15）的轴承安装孔位置要保证从动轴（7）的轴线与滚子轴（4）的轴线等高且垂直，并使陪试件（6）与滚子无偏接触。

3.如权利要求1或2所述的滚动/滑动接触疲劳试验装置，其特征在于所述从动轴右支架（15）用螺栓（16）固定在底座（12）上，其固定位置可在一定范围内左右调节。

4.如权利要求3所述的滚动/滑动接触疲劳试验装置，其特征在于所述陪试件（6）分为平底陪试件和滚子组件两种，滚子组件由陪试滚子（19）和陪试滚子安装头（20）组成，陪试滚子（19）通过其上的滚动轴滚动配合安装在陪试滚子安装头（20）上，平底陪试件和滚子组件上均设有与从动轴（7）连接的螺纹孔，两种陪试件（6）都通过螺纹与从动轴（7）的左端固定连接。

5.如权利要求4所述的滚动/滑动接触疲劳试验装置，其特征在于所述滚子轴（4）由电机（1）带动旋转，通过调节电机转速使滚子获得所需转速，其旋转圈数由转速传感器（5）拾取。

6.如权利要求5所述的滚动/滑动接触疲劳试验装置，其特征在于所述联接件（10）的右端与气缸（11）相连，左端套装在从动轴（7）上，二者之间可相对轴向移动，气缸未工作时，二者之间的轴向距离为气缸（11）行程。

7.如权利要求6所述的滚动/滑动接触疲劳试验装置，其特征在于还包括一个内装润滑油的滴油器（18），所述润滑油从位于滚子上方的滴油器（18）注入滚子与陪试件的接触区，滚子出现疲劳失效时，增大的加速度响应由加速度传感器（13）拾取。