一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置的製作方法

2023-06-21 05:55:16

專利名稱：一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置的製作方法
技術領域：
一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種滾子元件的材料接觸疲勞試驗裝置，屬於機械產品的組成及結構技術領域。
背景技術：
[0002]接觸疲勞廣泛存在於兩個相互反覆接觸的零部件表面，比如齒輪、軸承、凸輪以及鋼軌等。這些零部件在經過一定周次的循環接觸應力後，在工作表面的局部區域產生小塊剝落，形成麻點或凹坑，使其在工作中產生噪聲、磨損、振動及溫升，從而導致失效，因此接觸疲勞性能是這些關鍵零部件用材料的重要技術指標。由於接觸疲勞失效機理的複雜性和理論研究的局限性，進行接觸疲勞試驗無疑成為評定這項指標的有效途徑。由於諸如齒輪、軸承、凸輪、鋼軌等零部件接觸的特徵都是在高負荷下進行純滾動或帶有滑動的滾動，因此對其進行接觸疲勞測試通常是利用疲勞試驗裝置對以上零件直接進行模擬加載測試。[0003]各國研究人員針對材料的滾動疲勞設計了多種不同接觸形式的疲勞試驗裝置，t匕如美國NASA為了發展航空航天技術，從五十年代末起，就資助GE公司專門研製了開展材料接觸疲勞性能試驗的專用試驗機設備——ROLLING-CONTECT FATI⑶E TESTER,此後陸續又研製了超高速和新型力加載控制方式的同類試驗設備。國內常用的試驗機也有4球試驗機、5球試驗機、球與V形環試驗機、推力片試驗機等，這些試驗機都是針對軸承的接觸疲勞模仿其工作原理進行試驗的，因此設備整體結構複雜，測試過程中軸承的滾動、滑動狀態無法控制。[0004]材料的疲勞特能是產品疲勞設計的基礎，根據零件的接觸工況進行相應的材料疲勞試驗，就能掌握產品的疲勞性能，目前公開的報導中未見可用於對材料滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置。實用新型內容[0005]有鑑於此，本實用新型提供了一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，根據待測材料需滿足的工況選擇滾子試件半徑或轉速，以及平底陪試件的結構和材料；利用調節電機的轉速控制滾子的轉動速度，通過調節氣缸壓力可產生不同的接觸壓力，實現對材料不同滑差、不同轉速、不同載荷的滾動/滑動接觸疲勞試驗。[0006]材料滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，包括底座、調頻電機、滾子軸、兩個滾子軸支架、從動軸左支架、從動軸右支架、陪試件、轉速傳感器、加速度傳感器、從動軸和氣缸。[0007]其中滾子軸通過一對滾動軸承安裝在兩個固定在底座的滾子軸支架上，滾子軸通過聯軸器與調頻電機的輸出端相連，滾子軸與電機的主軸同軸，滾子同心固定在滾子軸上，滾子軸上安裝轉速傳感器；從動軸通過一對滑動軸承安裝在從動軸左支架和從動軸右支架上，從動軸的軸線與滾子軸的軸線互相垂直，從動軸的一端安裝陪試件，另一端通過聯接件與氣缸相連，陪試件與滾子相對；從動軸外套裝預緊彈簧，預緊彈簧的兩端分別牴觸在從動軸的彈簧座和從動軸右支架之間，彈簧座上安裝加速度傳感器。[0008]其中，陪試件分為平底陪試件和滾子組件兩種，滾子組件由陪試滾子和陪試滾子安裝頭組成，陪試滾子通過其上的滾動軸滾動配合安裝在陪試滾子安裝頭上，平底陪試件和滾子組件上均設有與從動軸連接的螺紋孔；[0009]上述裝置中，滾子軸和從動軸均採用配對軸承支撐，以保證其徑向和軸向精度。兩個滾子軸支架的軸承安裝孔均與電機主軸同軸，以保證滾子軸與電機主軸同軸；從動軸左支架和從動軸右支架的軸承安裝孔位置要保證從動軸軸線與滾子軸軸線等高且垂直，並使陪試件與滾子無偏接觸。[0010]上述裝置中，從動軸右支架的緊固螺栓位置在底座上一定範圍內可左右調節，使得從動軸右支架的固定位置可左右調節，以便調整預緊彈簧的安裝長度；[0011]通過選擇合適的彈簧剛度、自由長度以及從動軸右支架的位置調整彈簧安裝長度，可在陪試件與滾子間施加合適的預緊力，保證陪試件與滾子的緊密接觸，由於從動軸與連接件之間為滑動配合，預緊彈簧使滾子和陪試件在安裝時為氣缸預留氣缸行程。[0012]上述裝置中，陪試件可根據實驗需要更換為平底件或滾子組件，當陪試件選為平底件時，採用不同的滾子試件半徑或轉速，就可形成不同滑差的滾動/滑動接觸。[0013]上述裝置中，滾子軸通過聯軸器與調頻電機相連，通過調節電機轉速，就可使滾子按所需轉速旋轉。[0014]上述裝置中，滾子與陪試件的接觸力由連接在從動軸右端的氣缸提供，通過調節氣缸的氣壓，就可進行不同接觸載荷下的接觸疲勞試驗。[0015]有益效果:[0016]1、本實用新型結構簡單可靠，操作方便，實用性強，利用本實用新型能直觀得到零件材料在實際接觸工況下的疲勞特性，為採用此材料所要加工的產品提供必要的基礎數據。[0017]2、通過選用不同的陪試件，可進行滾動或不同滑差的滾動/滑動接觸疲勞試驗，陪試件旋轉速度由電機決定，可進行不同轉速的試驗，測試範圍廣。[0018]3、滾子與陪試件之間的接觸壓力由氣缸提供，可在10 10000N的範圍內進行調節，接觸壓力可達到6000MPa，還可進行可變載荷的接觸疲勞試驗；當滾子出現疲勞失效時，以增大的加速度響應來終止試驗，或以給定的循環次數來終止試驗，使試驗的進程易於控制。


[0019]圖1是本實用新型一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置結構示意俯視圖；[0020]圖2是本實用新型一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置結構示意主視圖；[0021]圖3是圖2的A-A局部剖視圖；[0022]圖4是本實用新型一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置平底陪試件結構示意圖；[0023]圖5是本實用新型一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置滾子陪試組件結構示意圖；[0024]圖6是本實用新型一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置聯接件結構示意圖。[0025]1-調頻電機、2-聯軸器、3-滾子軸支架、4-滾子軸、5-轉速傳感器、6_陪試件、7-從動軸、8-彈簧座、9-預緊彈簧、10-聯接件、11-氣缸、12-底座、13-加速度傳感器、14-滑動軸承、15-從動軸右支架、16-螺栓、17-滾動軸承、18-滴油器、19-陪試滾子、20-陪試滾子安裝頭。
具體實施方式
[0026]
以下結合附圖並舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。[0027]如附圖1、2和3所示，本實用新型提供了一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，包括底座12、調頻電機1、滾子軸4、轉速傳感器5、陪試件6、從動軸左支架、加速度傳感器13、從動軸右支架15、從動軸7和氣缸11。[0028]其中滾子軸4通過一對滾動軸承17安裝在兩個固定在底座12的滾子軸支架3上，滾子軸4通過聯軸器2與調頻電機I相連，滾子軸4與調頻電機I的主軸同軸，滾子同心固定在滾子軸4上，滾子軸4上安裝轉速傳感器5 ;陪試件6安裝在從動軸7的左端並與滾子接觸，從動軸7通過一對滑動軸承14安裝在兩個固定在底座12的從動軸支架15上，其右端通過聯接件10與氣缸11相連。從動軸外套裝一預緊彈簧9，彈簧9的一端壓在固定在從動軸7的彈簧座8上，另一端通過彈簧座壓在從動軸右支架15上，彈簧座8上安裝加速度傳感器13。[0029]上述裝置中，滾子軸4和從動軸7均採用配對軸承支撐，兩個滾子軸支架3的軸承安裝孔均與電機I的主軸同軸；從動軸左支架和從動軸右支架15的軸承安裝孔位置要保證從動軸7的軸線與滾子軸4的軸線等高且垂直，並使陪試件6與滾子無偏接觸。[0030]從動軸右支架15用螺栓16固定在底座12上，其固定位置可在一定範圍內左右調節，以便調整預緊彈簧9的安裝長度，從而在陪試件6與滾子間施加合適的預緊力，保證陪試件與滾子的緊密接觸。[0031]如附圖4和圖5所示，陪試件6分為平底陪試件和滾子組件兩種，滾子組件由陪試滾子19和陪試滾子安裝頭20組成，陪試滾子19通過其上的滾動軸滾動配合安裝在陪試滾子安裝頭20上，平底陪試件和滾子組件上均設有與從動軸7連接的螺紋孔，兩種陪試件6都通過螺紋與從動軸7的左端固定連接；當陪試件選為平底陪試件時，採用不同的滾子試件半徑或轉速，就可形成不同滑差的滾動/滑動接觸。[0032]滾子軸4由電機I帶動旋轉，通過調節電機轉速，就可使滾子獲得所需轉速，其旋轉圈數由轉速傳感器5拾取。[0033]氣缸11輸出的壓力通過聯接件10、從動軸7施加在與滾子接觸的陪試件6上。聯接件10的結構示意圖見附圖6，其右端與氣缸相連，左端套裝在從動軸7上，二者之間可相對軸向移動，氣缸11未工作時，二者之間的軸向距離為氣缸11行程；氣缸工作時，氣缸活塞在氣體壓力作用下向左移動，使聯接件10與從動軸7逐漸接觸，傳遞壓力；通過調節氣缸11的氣壓，就可進行不同接觸載荷下的接觸疲勞試驗。[0034]潤滑油從位於滾子上方的滴油器18注入滾子與陪試件的接觸區，滾子出現疲勞失效時，增大的加速度響應由加速度傳感器13拾取。[0035]本裝置的調節和工作過程如下:[0036]調節兩個滾子軸支架3的高度，保證滾子軸4與電機I的主軸同軸；[0037]調整兩個從動軸支架15的高度和位置，保證從動軸7的軸線與滾子軸4的軸線等高且垂直，並使陪試件6與滾子無偏接觸；[0038]調節預緊彈簧9的安裝長度，使陪試件6與滾子緊密接觸；[0039]打開滴油器18，使潤滑油注入滾子與陪試件的接觸區；[0040]開動電機I並調節其轉速，帶動滾子軸按一定轉速旋轉，其旋轉圈數由轉速計數器5拾取；[0041]開動氣缸，氣缸活塞在氣體壓力作用下向左移動，使聯接件10與從動軸7逐漸接觸，調節氣缸11的壓力，控制滾子和陪試件間的接觸壓力；[0042]觀察加速度傳感器13的數據，滾子出現疲勞失效、加速度響應增大時終止試驗，或當循環次數達到給定值終止試驗。[0043]綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，其特徵在於，包括底座(12)、調頻電機(I )、滾子軸(4)、轉速傳感器(5)、陪試件(6)、從動軸左支架、加速度傳感器(13)、從動軸右支架(15)、從動軸(7)和氣缸(11)； 其中滾子軸(4)通過一對滾動軸承(17)安裝在兩個固定在底座(12)的滾子軸支架(3)上，滾子軸(4)通過聯軸器(2)與調頻電機(I)相連，滾子軸(4)與調頻電機(I)的主軸同軸，滾子同心固定在滾子軸(4)上，滾子軸(4)上安裝轉速傳感器(5);陪試件(6)安裝在從動軸(7)的左端並與滾子接觸，從動軸(7)通過一對滑動軸承(14)安裝在兩個固定在底座(12)的從動軸支架(15)上，其右端通過聯接件(10)與氣缸(11)相連，從動軸外套裝一預緊彈黃(9)，彈黃(9)的一端壓在固定在從動軸(7)的彈黃座(8)上，另一端通過彈黃座壓在從動軸右支架(15 )上，彈簧座(8 )上安裝加速度傳感器(13 )。
2.如權利要求1所述的滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，其特徵在於所述滾子軸(4)和從動軸(7 )均採用配對軸承支撐，兩個滾子軸支架(3 )的軸承安裝孔均與電機(I)的主軸同軸；從動軸左支架和從動軸右支架(15)的軸承安裝孔位置要保證從動軸(7)的軸線與滾子軸(4)的軸線等高且垂直，並使陪試件(6)與滾子無偏接觸。
3.如權利要求1或2所述的滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，其特徵在於所述從動軸右支架(15)用螺栓(16)固定在底座(12)上，其固定位置可在一定範圍內左右調節。
4.如權利要求3所述的滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，其特徵在於所述陪試件(6)分為平底陪試件和滾子組件兩種，滾子組件由陪試滾子(19)和陪試滾子安裝頭(20)組成，陪試滾子(19)通過其上的滾動軸滾動配合安裝在陪試滾子安裝頭(20)上，平底陪試件和滾子組件上均設有與從動軸(7)連接的螺紋孔，兩種陪試件(6)都通過螺紋與從動軸(7)的左端固定連接。
5.如權利要求4所述的滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，其特徵在於所述滾子軸(4)由電機(I)帶動旋轉，通過調節電機轉速使滾子獲得所需轉速，其旋轉圈數由轉速傳感器(5)拾取。
6.如權利要求5所述的滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，其特徵在於所述聯接件(10)的右端與氣缸(11)相連，左端套裝在從動軸(7)上，二者之間可相對軸向移動，氣缸未工作時，二者之間的軸向距離為氣缸(11)行程。
7.如權利要求6所述的滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，其特徵在於還包括一個內裝潤滑油的滴油器(18)，所述潤滑油從位於滾子上方的滴油器(18)注入滾子與陪試件的接觸區，滾子出現疲勞失效時，增大的加速度響應由加速度傳感器(13)拾取。
專利摘要本實用新型涉及一種滾動/滑動接觸疲勞試驗裝置，屬於機械產品的組成及結構技術領域，裝置包括底座、調頻電機、滾子軸、陪試件、從動軸、氣缸以及氣動系統的氣源裝置、控制元件和輔助元件。其中滾子軸由電機帶動旋轉，陪試件安裝在從動軸的一端並與滾子接觸，從動軸的另一端與氣缸相連。陪試件可根據需要更換為平底件或滾子組件，選用平底陪試件時，採用不同的滾子試件半徑或轉速，就可形成不同滑差的滾動/滑動接觸。通過調節電機轉速可控制滾子的轉動速度，通過調節氣缸壓力可產生不同的接觸壓力，最終本試驗裝置可用於進行不同滑差、不同轉速、不同載荷的材料滾動/滑動接觸疲勞試驗。
文檔編號G01N19/00GK202974824SQ20122064646
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者覃文潔, 尹松 申請人:北京理工大學