滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法、采用它的疲劳极限面压力的推算方法和装置的制作方法

专利名称：滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法、采用它的疲劳极限面压力的推算方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，采用它的疲劳极限面压力的推算方法以及装置，本发明涉及比如，快速地评价轴承用钢这样的滚动轴承用的高 强度金属材料的剪切疲劳特性的方法和装置。
背景技术：
在剪切疲劳特性的评价中，具有液压伺服型扭转疲劳试验机，)工O式扭转疲劳试验机。对于负荷频率，前者最高为IOHz程度，后者为30Hz程度，在求出疲劳极限的场合等的情况下，为了评价到超长寿命区域处的的剪切疲劳特性，需要许多的时间。作为滚动轴承用的高强度金属材料，目前最常使用的是高碳素铬轴承钢JIS-SUJ2，在还原气氛中，力口热到Al转变点以上的温度(850°C程度)，然后淬火，在较低的温度(180°C程度)回火，硬度为750HV程度。在滚动轴承的场合，人们认为，对于在良好的润滑条件下确保寿命的内部起点型剥离，因在表层内部，振幅最大的交替剪切应力(基本为双振)的反复，产生裂缝，该裂缝进展，由此产生上述剥离。在张拉压缩疲劳试验(轴荷载疲劳试验，旋转弯曲疲劳试验)的场合，习惯上将IO7次的疲劳强度作为疲劳极限。相对该情况，对于滚动轴承，在润滑条件良好的场合，即使施加非常高的负荷，在IO7次程度的负荷次数的场合，仍不产生内部起点型剥离。作为通过剪切应力而产生疲劳破坏的试验，具有扭转疲劳试验，但液压伺服型扭转疲劳试验的负荷频率最高为10Hz，比如，为了达到IO9次的负荷次数，需要3年以上的时间。为此,求出到超长寿命区域时的剪切疲劳特性这一点实质上是不可能的。代替上述方式，由于非金属夹杂物处于内部起点型剥离的起点的状态的观点，所述非金属夹杂物是钢中不可避免地包含的，成为了体系的不连续的蓄积应力集中源，故考虑了通过极限值统计分析，推算任意的体积中包含的非金属夹杂物的最大尺寸的方法，形成将非金属夹杂物的最大尺寸作为钢的品质的指标的方法(比如，专利文献I 4)。现有技术文献特许文献专利文献I :日本特开2004-251898号公报
专利文献2 :日本特开2005-105363号公报专利文献3 :日本特开2006-138865号公报专利文献4 日本特开2006-349698号公报专利文献5 :日本特开2004-176156号公报专利文献6 :日本特开2005-133768号公报专利文献7 :日本特开2006-308019号公报专利文献8 :日本特开2008-008419号公报专利文献9 日本特开2006-138376号公报 非特许文献非专利文献I :藤井幸生，前田喜久男，大塚昭夫，NTN Technical Review,69(2001)53—60。非专利文献2:7 4.力S、； 一 ·寸力工、工>·厂7夕'著(Y. Murakami,C. Sakae and S. Hamada),疲劳工学(Engineering Against Fatigue) ,Univ. ofSheffield,UK, (1997)，473p.非专利文献3:7 4 ·工一 · ^、1J 7 (T. A. Harris),滚动轴承解析(Rolling Bearing Analysis)(Third Edition), ffiley-Interscience, New York, (1991),147p非专利文献4 :日本材料学会，修订材料强度学，日本材料学会，京都，(2006)，94p.非专利文献5 :日本材料学会，修订材料强度学，日本材料学会，京都，(2006)，211ρ·非专利文献6 : 7 -i . I '、，弓、工 '、，午· ,、7 夕'著(Y. Matsubara and H. Hamada),轴承钢技术(Bearing Steel Technology), ASTM STP1465, J. M. Beswick Ed. , (2007)，153-166.非专利文献7 M. A. Devanathan and Z. Stachurski, Proc. Royal Soc.,A270 (1962)90-102.

发明内容
本发明要解决的课题在内部起点型剥离之前，滚动接触面表层中的疲劳裂缝的进展样式视为模式II型。作为根据上述非金属夹杂物的最大尺寸，推算不产生内部起点型剥离的最大接触面压力的疲劳极限面压力的方法，具有在非专利文献I的考察中记载的想法。人们认为，像非专利文献I的

图13那样，对于赫茨(Herz)接触压力移动的场合，在交替剪切应力振幅基本最大的深度b/2(b为接触椭圆的短轴半径)处，存在直径2a的圆板状裂缝。判断该裂缝为最大夹杂物的直径。在非专利文献I中，进行独自的模式II疲劳裂缝进展实验，将疲劳裂缝不再进展的应力扩大系数的下限值求解为MTiw, =3ΜΡα‘。在非专利文献I的图14中，对于AKim =3ΜΡα—的场合，将裂缝面之间的摩擦系数假定为0. 5，则呈现最大接触面压力和疲劳裂缝是否进展的临界裂缝直径2a的关系。比如，如果2a=50 μ m,则经过推算，疲劳极限面压力Pmaxlim = 2. 5GPa。但是，在该方法中，裂缝之间的摩擦系数是未知的，必须假定为某值。另外，在非专利文献2中，进行独自的模式II疲劳裂缝进展实验，将疲劳裂缝不再进展的应力扩大系数的下限值求解为ΔΑ; 二 UMPah，大大不同于非专利文献I中的AKllth。但是，如果滚动轴承在混入水的条件下、伴随有滑动的条件下、产生通电的条件下等的场合使用，则水或润滑剂分解，产生氢，其侵入钢中，由此有早期产生剥离的情况。由于氢显著地降低钢的疲劳强度，故即使在接触要素之间由油膜分隔的良好的润滑条件下，仍在交替剪切应力大的表层内部产生裂缝，该裂缝进展，在提前导致剥离。于是，作为评价滚动轴承的耐氢性的方法，人们提出快速对滚动轴承进行加减速的试验(专利文献5);在对滚动轴承进行盐水喷雾的同时，进行运转的试验(专利文献6)；在水混入润滑油中时，使滚动轴承运转的试验(专利文献7);在流过一定电流的同时，使滚动轴承运转的试验(专利文献8);进行在氢的充入后，可实现极极高速的垂直荷载的负荷的超声波轴荷载疲劳试验(交变振动)，在氢消散过程中发生疲劳的耐氢性评价方法(专利文献9)等。另外，作为在改变电流密度，对轴承钢SUJ2制的试验片，按照一定时间进行阴极 电解氢的充入后，进行超声波轴荷载疲劳试验的结果，还报告到伴随扩散性氢量的增加，IO7次的疲劳强度降低，在两者之间具有直线关系(参照非专利文献6)。该情况意味着扩散性氢量是疲劳强度降低的支配因素，表明控制侵入氢量的原来的耐氢性评价必须作为第I步骤。本发明的目的在于提供一种可通过试验，快速而以良好的精度评价滚动接触的金属材料的剪切疲劳特性的方法和装置。用于解决课题的技术方案本发明的滚动接触金属材料的剪切疲劳强度的评价方法包括试验过程，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系；剪切疲劳强度确定过程，其中，根据该已求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准确定超长寿命区域的剪切疲劳强度Tlim。在这里，上述“超长寿命区域的剪切疲劳强度”与“剪切疲劳极限”同义，但是，在本说明书中，作为“超长寿命区域的剪切疲劳强度”而说明。在上述剪切疲劳强度确定过程中采用的上述“已确定的基准”指求出在比如，表示剪切疲劳强度的确立的理论曲线中适用试验结果的剪切应力振幅和负荷次数的关系的曲线，根据该曲线，求出剪切疲劳强度的处理。具体来说，可采用符合日本材料学会的金属材料疲劳可靠性评价标准JSMS-SD-6-02的疲劳极限型折线模型而求出的S-N曲线图(破坏概率50%的疲劳强度曲线图)。并不限于疲劳极限型折线模型，也可符合连续降低型曲线模型而求出S-N曲线图。其中，在此场合，Tlim必须作为比如，“101(1次的S-N曲线图上的值”等而定义。按照该方法，由于进行加振频率在超声波区域的极高速的超声波扭转疲劳试验，故关于滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价，可在短时间达到必要的负荷次数，快速地评价剪切疲劳特性。比如，如果按照20000Hz而连续加振，则以仅半天多一点的时间，达到IO9次的负荷次数。另外，实际上由于进行产生剪切疲劳破坏的试验，故与过去的非金属夹杂物的最大尺寸为钢的品质的指标的方法相比较，可以良好的精度求出剪切疲劳特性。支配材料的疲劳破坏的应力为垂直应力、剪切应力中的某者。为了高速地评价垂直应力的疲劳特性，从市场上开始销售超声波轴荷载疲劳试验机(交变振动)计算，已过了数年。相对该情况，用于高速地评价剪切疲劳特性的超声波扭转疲劳试验的研究几乎没有进行，到目前为止，评价的材料为最大剪切应力振幅(交变振动)在250MPa以下的发生疲劳破坏的软钢和铝合金。本发明在这样的技术水平下，针对滚动轴承的轨道圈或滚动体的金属材料，可通过成为超声波区域的加振频率的扭转振动的施加，发生剪切疲劳破坏，实现快速的剪切疲劳特性的评价。上述超声波扭转疲劳试验为交变扭转疲劳试验，在该试验中，相对试验片施加正旋转方向和反旋转方向的扭转为对称的扭转振动。上述金属材料可为构成滚动轴承的轨道圈或滚动体的滚动轴承用钢。也可在该评价方法中按照下述方式确定上述超长寿命区域中的剪切疲劳强度τ lim，该方式为在上述试验过程中，进行多次的上述超声波扭转疲劳试验，多次求出金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系，在上述剪切疲劳强度确定过程中，根 据在上述多次的试验过程中求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系而求出任意的破坏概率的P— S— N曲线图，根据该P— S— N曲线图，确定上述超长寿命区域中的剪切疲劳强度Tlim。在具有上述应力梯度的疲劳试验中出现的尺寸效果因应力梯度的力学上的因素，承受大的负荷的体积(危险体积)增加减少的统计因素而造成。可根据统计的因素的观点，以多个应力水平进行多次的评价，获得P— S— N曲线图。也可在该场合，在上述剪切疲劳强度确定过程中，将根据上述P— S— N曲线图确定的上述超长寿命区域中的剪切疲劳强度的85%的值，作为在上述疲劳极限面压力计算过程中采用的剪切疲劳强度τ lim的值。为了最安全地评估，与上述情况相同，最好将根据上述P-S-N曲线图确定的上述超长寿命区域中的剪切疲劳强度的85%的值，进一步地将80%的值作为在上述疲劳极限面压力计算过程中采用的剪切疲劳强度τ lim的值。在该评价方法中，为了安全地评估剪切疲劳强度的绝对值，在上述试验过程中进行了多次的上述超声波扭转疲劳试验，多次地求出金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系，可组合下述3个补偿中的任意2个以上的补偿视求出的剪切疲劳强度τ lim为绝对值，该下述3个补偿包括破坏概率补偿，该补偿指在上述剪切疲劳强度确定过程中，根据上述多次的试验过程获得的剪切应力振幅和负荷次数的关系而求出任意的破坏概率的P-S-N曲线图，根据该P-S-N曲线图确定上述超长寿命区域的剪切疲劳强度τ lim的补偿；过大评价补偿，该补偿指在上述剪切疲劳强度确定过程中，将按照上述已确定的基准而确定的剪切疲劳强度的85%的值，作为在上述疲劳极限面压力计算过程中采用的剪切疲劳强度τ lim的值的补偿；尺寸效果补偿，该补偿指将在上述剪切疲劳强度确定过程中确定的上述超长寿命区域的剪切疲劳强度的80%的值，作为在上述疲劳极限面压力计算过程中使用的剪切疲劳强度Tlim的值的补偿。像这样，将2个以上的补偿组合，通过安全地评估剪切疲劳强度，可更加安全地推算疲劳极限面压力。本发明采用可高速负荷的超声波扭转疲劳试验，比如，进行加振频率为20000Hz，极高速的超声波扭转疲劳试验。由此，如果连续加振，则以仅半天多一点的时间，达到IO9次的负荷次数。但是，如果按照某种程度高的剪切应力振幅连续加振，则试验片发热，无法求出精度良好的剪切应力振幅和负荷次数的关系。由此，最好对试验片进行强制空气冷却。在仅仅通过强制空气冷却，试验片的发热抑制不充分的场合，最好交替地反复进行加振和停顿。通过停顿，实质的负荷频率变小，但是如果采用加振频率为20000Hz的超声波振动扭转疲劳试验机，则即使停顿时间为加振时间的10倍，依然是高速的，达到2000Hz，如果具有I周时间，可达到IO9次的负荷次数。在该评价方法中，上述超声波扭转疲劳试验比如，通过下述方式进行，该方式为采用扭转振动变频器，其通过外加交流电力，产生构成围绕旋转中心轴的正反的旋转的扭转振动；振幅放大喇叭，该振幅放大喇叭的前端具有同心地安装试验片的安装部，该振幅放大喇叭通过基端被固定于扭转振动变频器上，将提供给基端的上述振幅变频器的扭转振动的振幅放大，将上述试验片的形状、尺寸设为由上述扭转振动变频器的驱动而来的与振幅放大喇叭的振动共振的形状、尺寸，在超声波区域的频率范围驱动上述扭转振动变频器，使上述试验片与上述振幅放大喇叭的振动共振，使试验片发生剪切疲劳破坏。上述放大器的输出的值和导通、截止也可通过来自外部的输入而控制。另外，在本说明书中，“超声波区域的频率范围”指广义的大于16000Hz的音波的频率区域。驱动上述扭转振动变频器的频率的下限值为(20000-500+α)Ηζ，上限值为(20000+500)Ηζ，其中，α表示相对试验片的试验中的性能的变化的缓冲值，为200Hz以下。在像这样，频率的下限值为(20000-500+a) Hz，上限值为(20000+500) Ηζ，以可实施的最大
输出对扭转振动变频器进行试验的场合，可不产生共振不稳定。在上述频率的下限值和上限值为上述频率的场合，上述缓冲值可为200Hz。另外，在进行使上述试验片与上述振幅放大喇叭的振动共振，发生剪切疲劳破坏的试验时，最好使上述振幅放大喇叭与上述扭转振动变频器的振动共振。在该场合，上述振幅放大喇叭的横截面形状为圆形，除了基端部以外的部分的纵截面形状为前端尖细形。通过形成该形状，有效地进行振幅放大。最好，在该评价方法中，上述试验片为哑铃状，由两端的圆柱形状的肩部与中细部构成，该中细部与两侧的肩部连接，沿轴向的截面形状为圆弧曲线。如果为上述哑铃状，则容易在中细部，产生剪切疲劳破坏。必须使试验片共振，由此，必须适当地设计各部分的形状、尺寸。在可设计、制作可共振的适合的形状、尺寸时，最好为下述的方法。试验片的上述肩部的长度设SL1，作为上述中细部的一半的长度的半弦长度设为L2，上述肩部的半径设为R2，上述中细部的最小半径设为R1，上述圆弧曲线的半径设为R(它们的单位均为m，R根据Ri、R2、L2而求出)，共振频率设为f (单位为Hz)，杨式模量设为E (单位为Pa),泊松比设为V (无次元)，密度设为P (单位为kg/m3)；上述L2、R1, R2为任意值，上述共振频率f为上述振动变频器可驱动的频率范围20000±500Hz的任意值，通过下述式(I) ￠)，用上述共振频率f将L1作为理论解而求出试验片进行扭转共振的肩部的长度，制作稍稍缩短上述L2、R1, R2, R和作为理论解而求出的L1的多个试验片形状模型；针对这些形状模型，将E、V、P作为构成试验片的金属材料的实测物理性质值，通过基于有限元分析的自由扭转共振的固有值分析，求出按照上述共振频率f而进行扭转共振的分析值Lin，制作上述L2、Rp R2, R、Lin的尺寸的试验片，用于试验(数学式I)
权利要求
1.一种滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，该方法对滚动接触的金属材料的剪切疲劳特性进行评价，该方法包括 试验过程，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系; 剪切疲劳强度确定过程，其中，根据该已求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准确定超长寿命区域的剪切疲劳强度τ lim。
2.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，上述超声波扭转疲劳试验为交变扭转疲劳试验，在该试验中，相对试验片施加正旋转方向和反旋转方向的扭转为对称的扭转振动。
3.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，上述金属材料为构成滚动轴承的轨道圈或滚动体的滚动轴承用钢。
4.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，在上述剪切疲劳强度确定过程中，确定上述超长寿命区域的剪切疲劳强度τ lim的上述已确定的基准为下述的处理，在该处理中，将试验结果的剪切应力振幅和负荷次数的关系应用于表示剪切疲劳强度的疲劳限度型折线模型，求出曲线，根据该曲线求出剪切疲劳强度。
5.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，在上述剪切疲劳强度确定过程中，确定上述超长寿命区域的剪切疲劳强度τ lim的上述已确定的基准为下述的处理，在该处理中，将试验结果的剪切应力振幅和负荷次数的关系应用于表示剪切疲劳强度的连续降低型曲线模型，求出曲线，根据该曲线求出剪切疲劳强度。
6.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，在上述试验过程中，进行多次的上述超声波扭转疲劳试验，按照多次求出金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系，在上述剪切疲劳强度确定过程中，根据在上述多次的试验过程中求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，求出任意的破坏概率的P-S-N曲线图，根据该P-S-N曲线图确定上述超长寿命区域的剪切疲劳强度Tlim。
7.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，将下述的补偿中的任意2种以上的补偿进行组合的方式求出的值作为超长寿命区域的剪切疲劳强度τ lim，以用于评价剪切疲劳特性，该补偿包括 破坏概率补偿，该补偿指根据通过上述试验获得的剪切应力振幅和负荷次数的关系而求出任意的破坏概率的P-S-N曲线图，根据该P-S-N曲线图，将超长寿命区域的剪切疲劳强度作为用于剪切疲劳强度的评价的超长寿命区域的剪切疲劳强度τ lim的补偿； 过大评价补偿，该补偿指将下述值作为用于剪切疲劳特性的评价的超长寿命区域中的剪切疲劳强度τ lim的补偿，该值根据通过上述试验获得的剪切应力振幅和负荷次数的关系而求出、为相对超长寿命区域的剪切疲劳强度的85%的值； 尺寸效果补偿，该补偿指将下述值作为用于剪切疲劳特性的评价的超长寿命区域中的剪切疲劳强度τ lim的补偿，该值根据通过上述试验获得的负荷次数和剪切应力振幅的关系而求出、为相对超长寿命区域的剪切疲劳强度的80%的值。
8.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，采用扭转振动变频器，其通过外加交流电力以产生构成围绕旋转中心轴的正反的旋转的扭转振动；振幅放大喇叭，在其前端具有同心地安装试验片的安装部，该振幅放大喇叭通过基端固定于扭转振动变频器上，将提供给基端的上述振幅变频器的扭转振动的振幅放大；振荡器；放大器，其将该振荡器的输出放大，将其外加于上述扭转振动变频器上；控制机构，该机构将控制的输入提供给该放大器， 上述振幅放大喇叭的形状、尺寸为与上述扭转振动变频器的驱动产生的扭转振动共振的形状、尺寸， 上述试验片的形状、尺寸为与上述振幅放大喇叭的扭转振动共振的形状、尺寸， 进行使试验片发生剪切疲劳破坏的试验，在该试验中，在超声波区域的频率范围驱动上述振动变频器，使上述振幅放大喇叭和上述试验片共振， 采用通过试验获得的剪切应力振幅和负荷次数的关系，评价上述金属材料的剪切疲劳强度。
9.根据权利要求8所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，上述放大器的输出的值和导通、截止能通过来自外部的输入而控制。
10.根据权利要求8所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，驱动上述扭转振动变频器的频率的下限值为(20000-500+α )Hz，上限值为(20000+500+a ) Hz，其中，α表示相对试验片的试验中的性能的变化的缓冲值，为200Hz以下。
11.根据权利要求8所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，上述振幅放大喇叭的横截面形状为圆形，除了基端部以外的部分的纵截面形状为尖头形状。
12.根据权利要求8所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，上述试验片为哑铃状，由两端的圆柱形状的肩部与中细部构成，该中细部与两侧的肩部连接，沿轴向的截面形状为圆弧曲线， 上述肩部的长度设为L1，作为上述中细部的一半的长度的半弦长度设为L2，上述肩部的半径设为R2，上述中细部的最小半径设为R1，上述圆弧曲线的半径设为R(它们的单位均为m，R根据Ri、R2、L2而求出)，共振频率设为f (单位为Hz)，杨式模量设为E (单位为Pa)，泊松比设为V (无次元)，密度设为P (单位为kg/m3), 上述L2、R1, R2为任意值，上述共振频率f为上述振动变频器可驱动的频率范围20000±500Hz的任意值，通过下述式(I) (6)、用上述共振频率f将L1作为理论解而求出试验片进行扭转共振的肩部的长度， 制作稍稍缩短上述L2、R1, R2, R和作为理论解而求出的L1的多个试验片形状模型， 针对这些形状模型，将E、V、P作为构成试验片的金属材料的实测物理性质值，通过基于有限元分析的自由扭转共振的固有值分析，求出按照上述共振频率f而进行扭转共振的分析值Lin，制作上述L2、R1, R2、R、Lin的尺寸的试验片，用于试验，
13.根据权利要求12所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，上述扭转振动变频器的额定输出为300W，除了上述试验片中的安装于上述振幅放大喇叭前端上的外螺纹部、以及对于上述试验片的加工来说必要的相反安装部端面的中心孔部以外的体积为I. 2 X ΙΟ、3以下， 在上述试验片的端面扭转角为O. Olrad时，对于下述部分的试验片形状模型，将物理性质值设定为E = 2. 04X IO11Pa, v = O. 29、P = 7800kg/m3时，通过有限元分析的自由扭转共振固有值分析而求出的作用于试验片最小直径部的表面的最大剪切应力为520Mpa以上，该部分的试验片形状模型为除了安装于上述振幅放大喇叭前端上的外螺纹部、以及对于上述试验片的加工来说必要的相反安装部端面的中心孔部以外的试验片形状模型。
14.根据权利要求I所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，在对试验片进行氢的充入后，针对该试验片通过上述超声波扭转疲劳试验，评价上述金属材料的氢侵入下的剪切疲劳特性。
15.根据权利要求14所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，对氢进行阴极电解充入。
16.根据权利要求14所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的评价方法，其中，将氢浸溃于水溶液中，进行充入。
17.一种滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的推算装置，其为推算滚动接触的金属材料的剪切疲劳强度的装置，该装置包括 输入机构，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出的金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系存储于已确定的存储区域， 剪切疲劳强度确定机构，其中，根据该已存储的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准来确定超长寿命区域的剪切疲劳强度τ lim。
18.根据权利要求17所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的推算装置，其中，上述金属材料为构成滚动轴承的轨道圈或滚动体的滚动轴承用钢。
19.根据权利要求17所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的推算装置，其中，该推算装置包括扭转振动变频器，其通过外加交流电力，产生构成围绕旋转中心轴的正反旋转的扭转振动；振幅放大喇叭，其具有安装部，在其前端同心地安装有试验片，该振幅放大喇叭通过基端，固定于扭转振动变频器上，将提供给基端的上述振幅变频器的扭转角放大；振荡器；放大器，其将该振荡器的输出放大，将其外加于上述扭转振动变频器上；控制、数据采取机构，该机构将上述控制的输入提供给该放大器，并且采取包括试验中的加振频率、上述放大器的状态、以及负荷次数的数据， 上述振幅放大喇叭的形状、尺寸为与上述扭转振动变频器的驱动的扭转振动共振的形状、尺寸， 上述试验片的形状、尺寸为与上述振幅放大喇叭的扭转振动共振的形状、尺寸， 在超声波区域的频率范围，驱动上述扭转振动变频器，使上述振幅放大喇叭和上述试验片共振，使试验片发生剪切疲劳破坏。
20.根据权利要求19所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的推算装置，其中，驱动上述扭转振动变频器的频率的下限值为(20000-500+α)Ηζ，上限值为(20000+500+α )Ηζ，其中，α表示相对试验片的试验中的性能的变化的缓冲值，为200Hz以下。
21.根据权利要求19所述的滚动接触金属材料的剪切疲劳特性的推算装置，其中，在上述扭转振动变频器中，产生的扭转振动为作为正旋转方向和反旋转方向对称的振动的交变振动。
22.—种滚动接触金属材料的疲劳极限面压力的推算方法，该方法为采用权利要求I所述的评价方法推算疲劳极限面压力的方法，该方法包括疲劳极限面压力计算过程，在该过程中，求出作用于上述金属材料的物体的表层内部的最大交替剪切应力振幅τ。，其根据下述而确定通过上述金属材料制造的物体和与该物体滚动接触的物体的相互接触的面的形状、尺寸和提供接触面压力的负荷，该τ。为通过计算式而求出，该计算式中，确定与通过上述评价方法而求出的剪切疲劳强度τ lim相等的上述负荷被作用时的最大接触面压力Pmax，将该最大接触面压Ρ_作为疲劳极限面压力Pmax iim的推算值。
23.根据权利要求22所述的滚动接触金属材料的疲劳极限面压力的推算方法，上述疲劳极限面压力计算过程中的上述已确定的计算式为下述式 (疲劳极限面压力Pmax lim) = 4X (剪切疲劳强度τ lim)。
24.一种滚动接触金属材料的疲劳极限面压力的推算装置，其为采用权利要求17所述的推算装置推算疲劳极限面压力的装置，其中，该疲劳极限面压力的推算装置还包括疲劳极限面压力计算机构，在该机构中，作用于上述金属材料的物体的表层内部的最大交替剪切应力振幅τ。根据下述而确定通过上述金属材料制造的物体和与该物体滚动接触的物体的相互接触的面的形状、尺寸和提供接触面压力的负荷，该τ。为通过计算式而求出，该计算式中，确定与上述剪切疲劳强度τ lim相等的上述负荷被作用时的最大接触面压力卩_，将该最大接触面压Pmax作为疲劳极限面压力Pmax lim的推算值。
25.根据权利要求24所述的滚动接触金属材料的疲劳极限面压力的推算装置，其中，上述疲劳极限面压力计算机构中的上述已确定的计算式为下述式 (疲劳极限面压力Pmax lim) = 4X (剪切疲劳强度τ lim)。
全文摘要
本发明包括试验过程(S1)，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出滚动接触金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系；剪切疲劳强度确定过程(S2)，其中，根据在上述试验过程(S1)中已求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准，确定超长寿命区域的剪切疲劳强度τlim。上述超声波扭转疲劳试验为交变扭转疲劳试验，在该试验中，相对试验片(1)施加正旋转方向和反旋转方向的扭转对称的扭转振动。
文档编号G01N3/34GK102803922SQ201180013980
公开日2012年11月28日 申请日期2011年3月15日 优先权日2010年3月16日
发明者松原幸生, 坂中则晓, 石井仁 申请人:Ntn株式会社