本发明专利技术涉及材料使役行为评价领域，特别涉及高端轴承中陶瓷球的使役行为评价，具体地说是一种模拟角接触陶瓷球轴承结构及润滑的陶瓷球滚动接触疲劳性能测试装置及测试方法。该装置包括固定板、立柱、限位板、上推力轴承、下推力轴承、上锥环底座、下锥环底座、上锥环、下锥环、保持架、轴承钢棒、陶瓷球，根据待测试陶瓷球的直径尺寸，设计计算球棒接触的几何关系，确定转速及接触应力；根据所选接触应力和摸索试验的疲劳周次，确定定数截尾试验的截尾值；对待测试陶瓷球开展滚动接触疲劳试验，对陶瓷球的接触疲劳性能进行评价。本发明专利技术可以评价不同直径尺寸的陶瓷球，无需特殊制备样品，从而可以直接采用实际轴承中的陶瓷球进行测试。试。
【技术实现步骤摘要】
模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试装置及测试方法
[0001]本专利技术涉及材料使役行为评价领域，特别涉及高端轴承中陶瓷球的使役行为评价，具体地说是一种模拟角接触陶瓷球轴承结构及润滑的陶瓷球滚动接触疲劳性能测试装置及测试方法。
技术介绍
[0002]陶瓷材料是一类无机非金属材料，相比传统的轴承材料，其具有密度小、硬度高、耐磨性好、弹性模量高、绝缘、耐高温等优点。以上优点，使其成为高速轴承的理想材料，目前高速机床中使用最广泛的就是滚动体为陶瓷材料的角接触陶瓷球轴承。有研究表明，与轴承钢轴承相比，使用氮化硅作为滚动体材料的陶瓷球轴承极限转速可提高约25％～35％，疲劳寿命可提高约3倍。
[0003]作为角接触陶瓷球轴承中的关键核心部件，陶瓷球的滚动接触疲劳性能是决定轴承服役性能和寿命的重要因素。以往人们比较关注陶瓷球滚动接触疲劳性能中的接触疲劳循环周次寿命。随着高端机床的发展，角接触陶瓷球轴承的精度寿命变得更为关键。精度寿命指的是：轴承在运行过程中的振动、摩擦力矩、外圈温升等指标超过规定数值就认为轴承失效了，轴承就达到了实际使用寿命，该实际使用寿命就是轴承精度寿命。可见，精度寿命与陶瓷球滚动接触疲劳性能中的表面形貌变化密切相关，例如：表面微凹坑的大小、多少、深浅和形状等。
[0004]然而，目前有关角接触陶瓷球轴承中陶瓷球滚动接触疲劳性能的评价，还没有成熟可靠的方法。目前最为常用的方法是直接开展轴承台架试验，由于影响因素众多，台架试验只能勉强考核轴承部件的服役性能，无法获得其中陶瓷球滚动体的滚动接触疲劳性能信息。此外，也有一些专门针对陶瓷球的滚动接触疲劳性能测试试验机及方法，但是存在只能考核单一陶瓷球尺寸、测试工况中的润滑条件、对摩副及保持架材料等无法根据角接触陶瓷球轴承实际情况而改变等缺点，因此无法给出可靠的陶瓷球滚动接触疲劳性能评价。最后，已有的评价方法均没有综合考虑接触疲劳循环周次寿命和陶瓷球在滚动接触疲劳过程中形貌变化对精度寿命的影响，对于陶瓷球的评价已经不适用于现在高端装备的发展。
[0005]因此，亟需发展一种可在模拟角接触陶瓷球轴承的典型结构和关键工况条件下评价所用陶瓷球的滚动接触疲劳性能的方法。该方法将为用于轴承的陶瓷球的开发及优化设计提供可靠的试验手段，推动我国高端装备制造业的发展。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种模拟角接触陶瓷球轴承结构及润滑的陶瓷球滚动接触疲劳性能测试装置及测试方法，可在模拟角接触陶瓷球轴承的典型结构和关键工况条件下评价所用陶瓷球的滚动接触疲劳性能，以解决现有方法多采用台架试验考核，导致费用高、影响因素众多和无法准确获取滚动接触疲劳性能等问题，同时解决现有针对陶瓷球的评价方法存在陶瓷球尺寸单一、与角接触球轴承结构差别较大、润滑条件无法模拟工况、对摩副
及保持架材料影响无法去除等问题。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]一种模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试装置，该装置包括固定板、立柱、限位板、上推力轴承、下推力轴承、上锥环底座、下锥环底座、上锥环、下锥环、保持架、轴承钢棒、陶瓷球，具体结构如下：
[0009]水平的固定板上垂直设置两个相对平行的立柱，轴承钢棒沿竖向设置于两个立柱之间，上推力轴承、上锥环底座、上锥环、下锥环、下锥环底座、下推力轴承自上至下依次套装于轴承钢棒，轴承钢棒分别与上推力轴承和下推力轴承的内圈连接，上锥环、下锥环的内表面为环形锥面且上下相对应，上锥环嵌设于上锥环底座的中心孔内，下锥环嵌设于下锥环底座的中心孔内，在上锥环、下锥环之间设置保持架和陶瓷球，三个陶瓷球均匀安装于保持架上，通过上锥环的上表面向下加载，由上锥环的内表面对陶瓷球施加压力，通过下锥环的下表面向上加载，由下锥环的内表面对陶瓷球施加压力；水平的限位板上开设三个孔，位于两侧的孔与立柱相对应并匹配，位于中间的孔与轴承钢棒相对应并匹配；装配后，限位板套设于两个立柱和轴承钢棒，并与立柱和轴承钢棒呈滑动配合。
[0010]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试装置，轴承钢棒模拟角接触陶瓷球轴承内圈，上锥环、下锥环模拟角接触陶瓷球轴承外圈，保持架通过其上的润滑脂或者润滑油模拟实际轴承的润滑，润滑条件与实际轴承保持一致。
[0011]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试装置，与实际角接触陶瓷球轴承类似，测试时陶瓷球同时与中心轴承钢棒、上下锥环和保持架在润滑脂或者润滑油润滑下发生滚动接触。
[0012]一种模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，包括下列步骤：
[0013]a)根据待测试陶瓷球的直径尺寸，设计计算球棒接触的几何关系，根据以上几何关系，选择相应型号的圆锥滚子轴承外套圈及轴承钢棒料直径组合；以上参数确定后，设计保持架外形尺寸；
[0014]b)确定转速及接触应力，两个参数主要参考轴承的服役工况确定，固定并选择不同水平的转速及接触应力；
[0015]c)根据所选接触应力和摸索试验的疲劳周次，确定定数截尾试验的截尾值；
[0016]d)对待测试陶瓷球开展滚动接触疲劳试验，所用润滑油脂及用量根据实际轴承润滑条件确定；
[0017]e)对陶瓷球的接触疲劳性能进行评价：综合滚动接触疲劳试验的周次数据和试验后陶瓷球表面的显微形貌观察结果，将周次作为疲劳寿命的表征，将表面的微凹坑做为精度寿命的度量，综合评判陶瓷球的滚动接触疲劳性能。
[0018]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，在模拟实际角接触陶瓷球轴承中陶瓷球与内外套圈间接触形式、润滑条件、套圈及保持架材料的工况下，开展陶瓷球的滚动接触疲劳试验。
[0019]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，测试陶瓷球外径尺寸可变，根据陶瓷球的外径尺寸进行相应的锥环选型加工和对摩轴承钢棒及保持架外形尺寸设计，根据陶瓷球的外径尺寸进行相应的锥环选型加工和对摩轴承钢棒及保持架外形尺寸设计；对摩的轴承钢棒模拟角接触陶瓷球轴承的内圈，其材料及加工工艺与实际轴承内圈材料及
加工工艺保持一致。
[0020]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，将待测试陶瓷球装在球棒式滚动接触疲劳试验机上，进行滚动接触疲劳试验。
[0021]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，通过定数截尾试验，获得陶瓷球的滚动接触疲劳循环周次寿命。
[0022]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，开展不同周次的疲劳试验，对试验后陶瓷球的表面形貌进行显微三维形貌观察。
[0023]所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，统计分析滚动接触疲劳试验后陶瓷球表面的微凹坑多少、大小、形状和深浅，并将其作为陶瓷球对角接触陶瓷球轴承精度寿命影响的度量。
[0024]本专利技术的设计思想是：
[0025]采用球棒式滚动接触疲劳试验机的结构(三个球成120
°
分布，与中心对摩轴承钢棒滚动接触)，根据待测试陶瓷球的直径尺寸，按照陶瓷球与中心对摩轴承钢棒及上下锥环形成三点接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试装置，其特征在于，该装置包括固定板、立柱、限位板、上推力轴承、下推力轴承、上锥环底座、下锥环底座、上锥环、下锥环、保持架、轴承钢棒、陶瓷球，具体结构如下：水平的固定板上垂直设置两个相对平行的立柱，轴承钢棒沿竖向设置于两个立柱之间，上推力轴承、上锥环底座、上锥环、下锥环、下锥环底座、下推力轴承自上至下依次套装于轴承钢棒，轴承钢棒分别与上推力轴承和下推力轴承的内圈连接，上锥环、下锥环的内表面为环形锥面且上下相对应，上锥环嵌设于上锥环底座的中心孔内，下锥环嵌设于下锥环底座的中心孔内，在上锥环、下锥环之间设置保持架和陶瓷球，三个陶瓷球均匀安装于保持架上，通过上锥环的上表面向下加载，由上锥环的内表面对陶瓷球施加压力，通过下锥环的下表面向上加载，由下锥环的内表面对陶瓷球施加压力；水平的限位板上开设三个孔，位于两侧的孔与立柱相对应并匹配，位于中间的孔与轴承钢棒相对应并匹配；装配后，限位板套设于两个立柱和轴承钢棒，并与立柱和轴承钢棒呈滑动配合。2.按照权利要求1所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试装置，其特征在于，轴承钢棒模拟角接触陶瓷球轴承内圈，上锥环、下锥环模拟角接触陶瓷球轴承外圈，保持架通过其上的润滑脂或者润滑油模拟实际轴承的润滑，润滑条件与实际轴承保持一致。3.按照权利要求1所述的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试装置，其特征在于，与实际角接触陶瓷球轴承类似，测试时陶瓷球同时与中心轴承钢棒、上下锥环和保持架在润滑脂或者润滑油润滑下发生滚动接触。4.一种使用权利要求1至3之一所述装置的模拟角接触陶瓷球轴承的疲劳性能测试方法，其特征在于，包括下列步骤：a)根据待测试陶瓷球的直径尺寸，设计计算球棒接触的几何关系，根据以上几何关系，选择相应型号的圆锥滚子轴承外套圈及轴承钢棒料直径组合；以上参数确定后，设计保持架外形尺寸；b)确定转速及接触应力，两个参数主...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛伟海，李林龙，段德莉，高禩洋，吴彼，赵智超，李曙，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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