专利名称：一种滚柱元件滚动接触疲劳试验机的制作方法
一种滚柱元件滚动接触疲劳试验机技术领域
本发明是一种滚柱元件滚动接触疲劳试验机，属于机械产品的组成及结构技术领域。该疲劳试验机用于对高强度材料滚柱元件进行滚动接触疲劳试验。技术背景
滚动接触疲劳性能是评价轴承、传动齿轮等关键部件用材料性能的重要技术指标。根据轴承、齿轮的结构及运动形式，滚动接触疲劳试验主要包括推力板滚动接触疲劳试验、球滚动接触疲劳试验和滚柱元件滚动接触疲劳试验。目前我国已有低速、低载荷的球滚动接触疲劳试验机及推力板滚动接触疲劳试验机，而高速、可变高载荷的滚柱元件的滚动接触疲劳试验机尚无研制。
上世纪五十年代末，美国NASA为了资助GE公司研制先进的航空发动机，解决关键的航空轴承材料、制造、润滑技术，研制了一台滚柱元件滚动接触疲劳试验设备 ROLLING-CONTECT FATIGUE TESTER。该设备采用机械加载的方式，可对滚柱元件进行给定压力下的滚动接触疲劳试验。
航空发动机轴承的实际受力状态复杂多变，美国NASA研制的疲劳试验机无法在试验中改变滚柱元件的受力大小，不能模拟出航空发动机轴承在实际工作中复杂多变的受力状态，从而更精确的评价轴承元件的疲劳寿命。

发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种滚柱元件滚动接触疲劳试验机，其目的是一种结构合理，具有可变载荷、高速、高接触应力的滚柱元件滚动接触疲劳试验机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
该种滚柱元件滚动接触疲劳试验机，主要包括底座、空气主轴、惰轮、摆臂、双作用气缸和气压调节系统，其特征在于在底座的侧面的铅垂面上，通过两个支撑轴上的支撑轴承竖向并排布置两个摆臂，摆臂的中心位置处套装在作为回转中心的支撑轴承上，两只摆臂的上端各装有一惰轮，惰轮的中心轴线与该底座的侧面垂直，惰轮的安装结构是两惰轮均通过精密轴承套装的隋轮轴上，惰轮轴通过压板固定于摆臂的顶端，两个摆臂的下端通过杆端球面联结器和双作用气缸的两端连接，在该连接中串联有力传感器；
在与上述底座的侧面相邻的水平面上，安装空气主轴，滚柱型测试试样通过弹簧夹具安装在空气主轴的旋转输出轴上并随其高速旋转，滚柱型测试试样位于摆臂上端的两个惰轮之间，其两侧紧贴在两个惰轮上并旋转时带动惰轮旋转，滚柱型测试试样的回转中心与两个惰轮的回转中心等高。
上述结构中，两个摆臂和两个惰轮均采用配对的轴承支撑，保证了两个摆臂和两个惰轮回转的径向和轴向精度。
上述结构中，双作用气缸输出力通过左、右设置的两个摆臂以杠杆原理按1 1的比例作用于测试样件上，接触点上应力大小相等、方向相反。双作用气缸的气压调节系统可对气缸压力进行调节，气缸压力可在计算机控制下按给定程序变化，实现变载荷的加载，模拟航空发动机轴承多变的受力状态。该气压调节系统主要包括电-气调压机构、减压阀、气压反馈装置、控制器、计算机。其中，电-气调压机构受计算机调节控制，然后通过气缸作用于被试验件，气压检测表将气缸实际压力反馈到控制器，形成载荷闭环的计算机控制，可实现模拟发动机实际工作状态下的“载荷谱”加载。
本发明技术方案的优点是高速、可变高载荷、结构合理简单、效率高、操作方便、 实用性强。测试样件的转速可高达15000rpm。通过气缸调节加载机构，可以在10 6000N 之间调节接触载荷的大小，同时使得接触应力在0. 5 7. 5GPa之间变化。当试棒失效时， 以增大的振动输出值来终止试验，或者以给定的循环次数来终止试验。


图1是本发明高速变载滚动接触疲劳试验机结构示意主视图
图2是本发明高速变载滚动接触疲劳试验机结构示意俯视图
图3是本发明高速变载滚动接触疲劳试验机气压调节系统示意图具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明
参见附图1 3所示，该种滚柱元件滚动接触疲劳试验机，主要包括底座12、空气主轴17、惰轮2、摆臂11、双作用气缸9和气压调节系统，其特征在于在底座12的侧面的铅垂面上，通过两个支撑轴5上的支撑轴承6竖向并排布置两个摆臂11，摆臂11的中心位置处套装在作为回转中心的支撑轴承6上，两只摆臂11的上端各装有一惰轮2，惰轮2的中心轴线与该底座12的侧面垂直，惰轮2的安装结构是两惰轮2均通过精密轴承3套装的惰轮轴13上，惰轮轴13通过压板14固定于摆臂11的顶端，两个摆臂11的下端通过杆端球面联结器10和双作用气缸9的两端连接，在该连接中串联有力传感器8 ；
在与上述底座12的侧面相邻的水平面上，安装空气主轴17，滚柱型测试试样4通过弹簧夹具19安装在空气主轴17的旋转输出轴上并随其高速旋转，空气主轴的旋转圈数由转数计数器18拾取，滚柱型测试试样4位于摆臂11上端的两个惰轮2之间，其两侧紧贴在两个惰轮2上并旋转时带动惰轮2旋转，滚柱型测试试样4的回转中心与两个惰轮2的回转中心等高。
双作用气缸9输出力通过左、右设置的两个摆臂11以杠杆原理按1 :1的比例作用于测试样件4上，接触点上应力大小相等、方向相反。测试样件4每转一周受到2次等间隔的循环接触载荷的作用，同时，接触点的最大赫兹应力相等。
润滑油从测试样件4上方的滴油器15上注入试验区，测试样件4出现疲劳失效时，增大的振动值由振动传感器7拾取，温升值由红外温度传感器1拾取，空气主轴的旋转圈数由转数计数器18拾取。
该种滚柱元件滚动接触疲劳试验机的工作过程是
双作用气缸9的活塞在一定气压下推动左、右摆臂11相对运动，两惰轮2与测试样件4逐渐接触，当力传感器8显示惰轮2与测试样件4的压力到达一定值后，启动空气主轴17，加注润滑油，空气主轴17带动测试样机4高速旋转，惰轮2在摩擦力下高速旋转运动，双作用气缸9的气压值能够按照计算机给定压力曲线自动变化实现对测试样件的变载荷加载，当测试样件4滚动疲劳失效时，以增大的振动输出值来终止试验，或者当旋转疲劳次数达到预定值时，试验终止，气缸9反向运动，惰轮2与测试样件4脱离。
样件加载力变化过程如下通过控制器，电-气调压机构在计算机指令下开启，气体通过减压阀进入气缸，气压检测表将气缸实际压力值信号反馈到控制器，当达到所需压力后，电-气调压机构停止动作。
与现有技术相比，测试样件的转速可高达15000rpm。通过双作用气缸调节加载机构，可以在10 6000N之间调节接触载荷的大小，同时使得接触应力在0. 5 7. 之间变化。当试棒失效时，以增大的振动输出值来终止试验，或者以给定的循环次数来终止试验。
权利要求
1. 一种滚柱元件滚动接触疲劳试验机，主要包括底座(12)、空气主轴(17)、惰轮O)、 摆臂(11)、双作用气缸(9)和气压调节系统，其特征在于在底座(12)的侧面的铅垂面上， 通过两个支撑轴(5)上的支撑轴承(6)竖向并排布置两个摆臂(11)，摆臂(11)的中心位置处套装在作为回转中心的支撑轴承(6)上，两只摆臂(11)的上端各装有一惰轮O)，惰轮O)的中心轴线与该底座(12)的侧面垂直，惰轮O)的安装结构是两惰轮(2)均通过精密轴承⑶套装的隋轮轴(13)上，惰轮轴(13)通过压板(14)固定于摆臂(11)的顶端， 两个摆臂(11)的下端通过杆端球面联结器(10)和双作用气缸(9)的两端连接，在该连接中串联有力传感器(8)；在与上述底座(1 的侧面相邻的水平面上，安装空气主轴(17)，滚柱型测试试样(4) 通过弹簧夹具(19)安装在空气主轴(17)的旋转输出轴上并随其高速旋转，滚柱型测试试样⑷位于摆臂(11)上端的两个惰轮⑵之间，其两侧紧贴在两个惰轮⑵上并旋转时带动惰轮( 旋转，滚柱型测试试样的回转中心与两个惰轮O)的回转中心等高。
全文摘要
本发明是滚柱元件滚动接触疲劳试验机，包括空气主轴、底座、左、右惰轮、摆臂、双作用气缸、气压自动控制系统等，在底座铅垂面上，通过轴承竖向布置两只摆臂，摆臂上端各装有一大直径惰轮，摆臂下端通过杆端球面联结器与气缸和力传感器相连，气缸压力可以通过气压调节系统在计算机控制下按给定程序变化，并通过摆臂的杠杆作用施加在滚柱元件上，滚柱元件通过高精度的弹簧夹具随空气主轴高速旋转。本发明结构简单、操作方便，实用性强，能快速、高效、低成本地完成试件表面确定区域、给定循环周期下的可变载荷的疲劳效果试验。
文档编号G01N3/36GK102494963SQ201110346160
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者刘宝苑, 刘玮, 庞长涛, 高燕红 申请人:中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所