一种滚动接触疲劳实验机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种疲劳试验测试装置，尤其是涉及一种滚动接触疲劳实验机。
【背景技术】
[0002]圆柱滚子轴承是一种广泛用于各种机械设备之中的轴承。其中的滚动体为圆柱滚子，它与滚道的接触类型为线接触。
[0003]在轴承的使用过程中，正常的疲劳失效是不可避免的，因而研究轴承的疲劳寿命与材料和工况之间的规律、寻找理想的设计方案，以及进一步地研究材料表面疲劳失效的机理，对于轴承的优化设计是非常重要的，而疲劳实验正是一种非常有效的实验研究方法。
[0004]经过现有专利的检索，发现在接触类型的疲劳实验机中，对于圆柱-平面接触对的滚动接触这一接触类型，目前尚未出现较有针对性且较为高效的疲劳实验方法或装备。比如:“一种滚动接触疲劳试验机”(参见中国发明专利，公开号CN102494963A)，涉及一种仅适用于单个滚柱元件接触的疲劳试验装置，由一对惰轮提供驱动力和加载；“工况模拟滚动接触疲劳试验机”(参见中国发明专利，公开号CN1715869A)，涉及一种仅适用于球体-平面滚动接触的疲劳试验装置，该装置不适合评估平面应变情况下的滚动接触疲劳失效；“一种轴承滚子接触疲劳试验机及操作方法”(参见中国发明专利，公开号CN102147341A)，涉及一种适用于具有凸度特征的滚柱元件滚动接触的疲劳试验装置，该装置不适合对一般精加工圆柱表面的滚动接触疲劳性能状态进行评价。此外，以上两个装置都不能对产生滚动表面的切削条件通过滚动接触疲劳性能实验进行快速评价和挑选。
[0005]因而开发出一种能够快速、理想地模拟圆柱-平面类型的滚动接触的疲劳实验机，实现对滚动接触疲劳性能的快速评价具有很高的工程应用价值，同时实验机也应当具备高效性以及模拟各种工况的能力。这不仅能够解决圆柱滚子轴承的疲劳实验问题，同时也能够为材料表面疲劳失效机理的实验研究提供很好的途径。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，针对于圆柱-平面接触对的滚动接触这一接触类型，提供了一种便捷、高效的疲劳实验设备。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]一种滚动接触疲劳实验机，包括框架机身、直线导轨、滑动平台、直线电机、加载平台、加载机构，所述的框架机身底部水平固定有直线导轨以及配套的滑块；所述的滑动平台固定在滑块上并沿直线导轨水平滑动；所述的滑块经连接杆与直线电机连接，在滑动平台上设有数个放入矩形长条试样的下试样槽，每个槽内的两端设有螺孔，用螺栓将试样紧固于滑动平台上；所述的加载机构固定在框架机身顶部，将垂直向下的正压力施加在加载平台上部模拟工况中的载荷，加载平台底部设有放置圆柱形试样的上试样槽，槽两端设有固定环，上下试样槽的数量和位置互相对应，以保证圆柱试样和矩形长条试样接触良好；
[0009]所述的加载机构对加载平台施加一定形式的正压力以模拟实际工况，直线电机驱动滑动平台按照一定的频率做一定幅度的往复运动，以实现圆柱试样和矩形长条试样的相对运动。
[0010]所述的框架机身起到稳定和结构支撑的作用，将其他部件包裹在内部，由于存在受力及振动，使用时应当与桌面固连。
[0011]所述的直线电机固定在电机底座上，该电机底座固定在框架机身底部直线导轨的两端，与滑动平台相连，工作时，两台电机分别以间歇式工作来实现平台的往复运动，从而避免了换相。直线导轨承受滑动平台所受的载荷，需要尽可能大的刚性，以保证平台能够顺畅地做往复运动。
[0012]所述的电机底座调整直线电机的高度、角度以配合滑动平台的几何特征。
[0013]所述的直线电机交替推动，滑动平台在加载机构施加的正压力下做小幅度、高频率的法向往复运动，使得圆柱试样在长条试样的表面做滚动运动，模拟圆柱滚子轴承中滚子和滚道的接触情况。
[0014]所述的加载机构根据不同的实验要求替换不同种类的加载模式，例如可以采用机械、液压、定载荷、周期载荷或冲击载荷。
[0015]所述的加载平台和滑动平台上还布置传感器以实时检测试样的应力应变状态以及表面失效情况，实现自动化实验。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017](I)能够针对性地模拟圆柱-平面接触对的相对运动，其结构直接、简单；
[0018](2)能够模拟平面应变状态，为研究材料表面疲劳失效机理的研究提供了较为理想的实验途径；
[0019](3)能够模拟圆柱滚子轴承中，滚子与滚道的疲劳状况，对轴承及其材料的实验研究提供了一种高效的方法；
[0020](4)载荷、频率等可任意给定，能够模拟多种工况；
[0021](5)试样可任意组合，能够同时进行多种试样的疲劳实验，效率较高；
[0022](6)结构具有开放性，可对其进行多种改进，比如换用能够提供变载荷的加载机构，布置传感器以实现自动化操作，更换加载平台来模拟滑动接触等等。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的结构示意图。
[0024]图中，I为框架机身，2为加载平台，3为滑动平台，4为直线电机，5为电机底座，6为连接杆，7为滑块,8为直线导轨,9为滑块,10为连接杆,11为电机底座，12为直线电机，13为矩形长条试样，14为圆柱形试样，15为加载机构，16为加载机构。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0026]实施例
[0027]—种滚动接触疲劳实验机，其结构如图1所示，主要包括有框架机身1、加载平台
2、滑动平台3、直线电机4、直线导轨8、直线电机12、加载机构15、加载机构16等。框架机身I主要起到稳定和结构支撑的作用，它将实验机的其他部件包裹在内部，由于存在受力及振动，使用时应当与桌面固连。框架机身I底部水平固定有直线导轨8以及配套的滑块7，滑块9 ;滑动平台3固定在滑块7，滑块9上并沿直线导轨8水平滑动；滑块7，滑块9经连接杆6，连接杆10与直线电机4，直线电机12连接，直线电机4，直线电机12分别固定在电机底座5，电机底座11上，上述电机底座固定在框架机身I底部直线导轨8的两端，并且可以调整直线电机4，直线电机12的高度、角度以配合滑动平台3的几何特征。
[0028]在滑动平台3上设有数个放入矩形长条试样13的下试样槽，每个槽内的两端设有螺孔，用螺栓将试样紧固于滑动平台3上。所述的加载机构15，加载机构16固定在框架机身I的顶部，将垂直向下的正压力施加在加载平台2上部模拟工况中的载荷，加载平台2底部设有放置圆柱形试样14的上试样槽，槽两端设有固定环上下试样槽的数量和位置互相对应，以保证圆柱试样和矩形长条试样接触良好。
[0029]实验机工作时，加载机构15,加载机构16对加载平台2施加一定形式的正压力以模拟实际工况，直线电机4，直线电机12驱动滑动平台3按照一定的频率做一定幅度的往复运动，以实现圆柱试样和矩形长条试样的相对运动。在一定周期后，可观察试样表面状态。
[0030]实验机具有较高的开放性，加载机构15，加载机构16可根据不同的实验要求，替换成不同种类的加载模式，如:机械、液压；定载荷、周期载荷、冲击载荷等；更换加载平台2来模拟滑动接触；加载平台2和滑动平台3上也可以布置传感器以实时检测试样的应力应变状态以及表面失效情况，以实现自动化实验。
【主权项】
1.一种滚动接触疲劳实验机，包括框架机身(I)、直线导轨(8)、滑动平台(3)、直线电机(4，12)、加载平台(2)、加载机构(15，16)，其特征在于:所述的框架机身(I)底部水平固定有直线导轨⑶以及配套的滑块(7，9);所述的滑动平台(3)固定在滑块(7，9)上并沿直线导轨⑶水平滑动；所述的滑块(7，9)经连接杆(6，10)与直线电机(4，12)连接，在滑动平台(3)上设有数个放入矩形长条试样(13)的下试样槽；所述的加载机构(15，16)固定在框架机身(I)顶部，将垂直向下的正压力施加在加载平台(2)上部模拟工况中的载荷，加载平台(2)底部设有放置圆柱形试样(14)的上试样槽，上下试样槽的数量和位置互相对应，以保证圆柱试样和矩形长条试样接触良好； 所述的加载机构(15，16)对加载平台(2)施加一定形式的正压力以模拟实际工况，直线电机(4，12)驱动滑动平台(3)按照一定的频率做一定幅度的往复运动，以实现圆柱试样和矩形长条试样的相对运动。2.根据权利要求1所述的一种滚动接触疲劳实验机，其特征在于，所述的直线电机(4，12)固定在电机底座(5，11)上，该电机底座(5，11)固定在框架机身(I)底部直线导轨(8)的两端。3.根据权利要求2所述的一种滚动接触疲劳实验机，其特征在于，所述的电机底座(5，11)调整直线电机(4，12)的高度、角度以配合滑动平台(3)的几何特征。4.根据权利要求1所述的一种滚动接触疲劳实验机，其特征在于，所述的直线电机(4，12)交替推动，滑动平台(3)在加载机构(15，16)施加的正压力下做小幅度、高频率的法向往复运动，使得圆柱试样(14)在长条试样(13)的表面做滚动运动，模拟圆柱滚子轴承中滚子和滚道的接触情况。5.根据权利要求1所述的一种滚动接触疲劳实验机，其特征在于，所述的加载机构(15，16)根据不同的实验要求替换不同种类的加载模式。6.根据权利要求5所述的一种滚动接触疲劳实验机，其特征在于，所述的加载模式包括机械、液压、定载荷、周期载荷或冲击载荷。7.根据权利要求1所述的一种滚动接触疲劳实验机，其特征在于，所述的加载平台(2)和滑动平台(3)上还布置传感器以实时检测试样的应力应变状态以及表面失效情况，实现自动化实验。
【专利摘要】本发明涉及一种滚动接触疲劳实验机，主要功能是针对平面应变状态的滚动接触进行快速疲劳实验，这种疲劳实验机能够对具有平面应变滚动接触特征的零件疲劳进行有效模拟，同时能够对形成滚动接触表面的加工参数进行评价和优选，是研究材料表面疲劳失效机理的较为理想的实验机。该疲劳实验机由框架机身、直线导轨、滑动平台、直线电机、加载平台、加载机构等部分组成。位于直线导轨上的滑动平台上可放置数枚长条形试样；加载平台下部对应地放置单个或数个圆柱滚动体。实验时，通过加载机构使得试样与滚动体以一定压力接触，再由直线电机驱动滑动平台作一定幅度的往复运动，运动一定周期后，可观察试样的疲劳情况。
【IPC分类】G01M13/04
【公开号】CN105571862
【申请号】CN201410553759
【发明人】张雪萍, 王晓骎
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年10月17日