一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件

本技术涉及滚动摩擦测试设备领域，具体涉及一种用于滚动球轴承材料摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件。

背景技术：

1、滚动球轴承主要包括轴承滚道、保持架、润滑脂以及轴承球，其中轴承球以滚动方式支撑机械旋转体，从而降低运动过程中的摩擦阻力。因此，轴承球的抗磨损和接触疲劳性能是影响滚动球轴承装配精度和服役寿命的重要因素之一。目前，常用来考核轴承用润滑油及其轴承球滚动接触疲劳寿命性能的试验机主要有四球摩擦试验机、五球疲劳试验机、推力盘试验机。四球试验机通过固定的钢套当作轴承的外圈，3个下球当作1个轴承滚道中的滚动体，上球当作内滚道，利用钢套下的活塞由杠杆臂加载，上球通过轴径安装在驱动轴上，与3个下球相接触，上、下球的接触处浸入润滑油中，其主要用来评价轴承球的摩擦磨损性能；五球疲劳试验机用于研究接触角、材料硬度、热处理、润滑、油膜厚度、变形、磨损、温度以及赫兹应力和残余应力对接触疲劳寿命的影响。四球摩擦试验机、五球疲劳试验机的被试球为上球，虽然分别有3点和4点接触受载，但其受力点不在最大圆截面内，而陪试球除绕自身轴线旋转外，同时还绕驱动轴轴线公转，因此陪试球的接触点间的速度关系不恒定，所以被试球与陪试球之间必是滚/滑状态，这会增加接触疲劳寿命的影响因素。最接近纯滚动接触工况的是推力盘试验机，被试球在绕推力圆盘轴线公转的同时还要绕自身轴线滚动，被试球因公转产生的离心力作用于保持架的径向，而球推动保持架转动或被保持架推动而向前滚动的力则作用于保持架的周向。因此被试球上仍有一些滑动摩擦，这些滑动及附加结构都增加了滚动接触疲劳寿命的影响因素。

2、此外，球/v形环试验机和3点接触纯滚动轴承球滚动接触疲劳寿命试验机也是常见的轴承球及润滑剂测试设备。球/v形环试验机是1个被试球被挤压在带ｖ形槽的两环之间，其中一个环承担摩擦传动，被试球有4个接触点，分别在最大圆截面的两侧，被试球与v形槽之间的接触角可模拟角接触轴承的接触角；3点接触纯滚动轴承球滚动接触疲劳寿命试验机被试球仅在最大圆截面上受力，并沿此圆周作纯滚动，被试球每转一周受到3次非等间隔但等接触强度的循环载荷作用，且3接触点共处在同一最大滚动圆周上，通过加载高速实验来评价轴承球的滚动疲劳寿命。

3、通过对比发现，以上试验机都是多球或多点接触的滚动方式测试，经过一个固定的轨道（圆形或短直线），主要用来评价润滑油的测试试验，包括承载能力，寿命测试，抗磨损性能等，无法评价轴承材料在服役工况下的摩擦性能退化行为和演变规律，进而无法对轴承球与滚道、轴承球与保持架之间的摩擦学性能、表面损伤和使役行为进行准确评估。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是基于以上所述，提供一种用于滚动球轴承材料摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，用于模拟轴承球与滚道、轴承球与保持架的服役环境，进而为滚动球轴承的性能提升和实际应用提供基础数据。

2、为实现其目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，包括旋转主轴，下轨道盘，上轨道盘，轴承球和碰撞引导柱；

4、所述旋转主轴顶端设置为轨道盘安装座，轨道盘安装座内镶嵌有下轨道盘，下轨道盘通过旋转主轴驱动旋转；

5、所述上轨道盘安装于加载轴底端，加载轴用于施加载荷；两个轨道盘平行且同心，中间夹装轴承球，加载轴顶部设有压扭复合传感器，下轨道盘转动时带动轴承球在两轨道盘内旋转；所述下轨道盘和上轨道盘与轴承球接触一面设有螺旋轨道，上轨道盘上设有摩擦力传感器；在所述两轨道盘开口处垂直设有碰撞引导柱，两轨道盘开口处轴承球与碰撞引导柱擦磨区为直线接触，碰撞引导柱上设有力传感器，可检测碰撞力。

6、作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述上轨道盘与轨道盘安装座外周设有同轴度调整弧板。

7、进一步地，所述下轨道盘中心由压紧螺栓与轨道盘安装座紧固。

8、进一步地，所述旋转主轴通过主轴向上的双速伺服电机驱动。

9、进一步地，所述加载轴通过上方设置的电动缸驱动。

10、进一步地，所述碰撞引导柱通过安装支架安装于摩擦磨损测试设备的主体框架上。

11、本实用新型的有益效果在于：

12、1、本实用滚动及碰撞摩擦模拟组件可用于滚动轴承在主轴转速（最大12000rpm），扭矩（17nm：30-3000rpm，7nm：12000rpm），载荷（最大加载力2000n）多因素环境下的摩擦磨损性能的测试，实现对轴承材料服役性能的精确掌握。具体的，可实现各种材质轴承球与滚道、球与保持架之间的摩擦学性能、表面损伤和使役行为的测试评估，为突破高精密轴承的国产化提供依据，进而加快我国高端装备的快速发展。

13、2、本实用新型轴承球在载荷下由下轨道盘驱动在一个下轨道盘与上轨道盘组成的圆形轨道上运动，此圆形轨道实际是一个开口的螺旋轨道，球与两轨道盘之间除滚动摩擦外，还会有微滑动产生。由于轴承球在轨道中运动时局部切向应力和摩擦系数与局部法向力的乘积大小不等，轴承球就会在轨道内出现粘着或滑动，滑动的方向垂直于碰撞引导柱。因此，开口处轴承球与碰撞引导柱擦磨区为直线接触，球在直线上滚动时，不存在旋转运动及其带来的能量消耗，在下轨道盘安装摩擦力传感器可测试纯滚动摩擦力，在碰撞引导柱端安装灵敏的力传感器可测试碰撞力。本实用新型设置轴承球在碰撞引导柱端直线接触方式来检测纯滚动摩擦力和碰撞力，消除其在轨道内的粘着力或微滑动力影响，并可实现轴承球与碰撞引导柱在高速运转下碰撞力的精确采集。

14、3、本实用新型通过在旋转主轴前端加装轨道盘安装座，借助沉降方法将下轨道盘精确卡套在旋转主轴上，轴端由紧固螺丝调整固定，可保证上下轨道盘的水平及与旋转主轴的高精度同心，使轴承球在轨道内运动过程受力均匀，电机主轴不发生偏摆，球在滚动过程不发生滑动现象。

技术特征：

1.一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，其特征在于，包括旋转主轴（1），下轨道盘（2），上轨道盘（3），轴承球（4）和碰撞引导柱（9）；

2.如权利要求1所述的一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，其特征在于，所述上轨道盘（3）与轨道盘安装座（6）外周设有同轴度调整弧板（10）。

3.如权利要求1所述的一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，其特征在于，所述下轨道盘（2）中心由压紧螺栓与轨道盘安装座（6）紧固。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，其特征在于，所述旋转主轴（1）通过主轴向上的双速伺服电机驱动。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，其特征在于，所述加载轴（7）通过上方设置的电动缸驱动。

6.如权利要求1-3任一项所述的一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，其特征在于，所述碰撞引导柱（9）通过安装支架（11）安装于摩擦磨损测试设备的主体框架上。

技术总结
本技术公开了一种用于滚动球轴承摩擦磨损测试的滚动及碰撞摩擦模拟组件，包括旋转主轴，上下轨道盘，轴承球和碰撞引导柱；轴承球在载荷下由下轨道盘驱动在开口螺旋轨道上运转，轨道开口处轴承球与碰撞引导柱擦磨区为直线接触，球在直线上滚动时，不存在旋转运动及其带来的能量消耗，可在下轨道盘安装摩擦力传感器测试纯滚动摩擦力，在碰撞引导柱端安装灵敏的力传感器测试碰撞力。本技术设置轴承球在碰撞引导柱端直线接触方式来检测纯滚动摩擦力和碰撞力，消除其在轨道内的粘着力或微滑动力影响，并可实现轴承球与碰撞引导柱在高速运转下碰撞力的精确采集，用于模拟轴承球与滚道、轴承球与保持架的服役环境，进而为滚动球轴承的性能提升和实际应用提供基础数据。

技术研发人员：樊恒中,张永胜,苏云峰,魏万鑫,宋俊杰,张存兴,胡丽天,王振军
受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所
技术研发日：20230418
技术公布日：2024/1/13