[发明专利]一种滚动接触疲劳试验机低温装置

说明书

本发明属于滚动接触疲劳试验设备技术领域，公开了一种滚动接触疲劳试验机低温装置，计算机通过第二数据线与数据采集器连接，数据采集器通过第一数据线与低温气室中的温度传感器连接；低温气室通过混合油气管与气液分离器连接，气液分离器下端设置有出油管；气液分离器通过常温气体管与制冷装置连接，制冷装置设置有进水管和出水管；低温气室通过低温气体管与制冷装置连接，计算机通过第三数据线与制冷装置连接。本发明最大限度使试验环境接近于实际低温环境，可用于对滚动接触疲劳试样在不同的温度下试验，对研究轴承钢在低温环境下的接触疲劳性能具有重要的实际意义。

技术领域

本发明属于滚动接触疲劳试验设备技术领域，尤其涉及一种滚动接触疲劳试验机低温装置。

背景技术

随着工业发展和经济扩张，政府大量投资以支持工业化和经济多样化，因此涌现出一批技术和装备支撑经济社会的发展，然而这些重型机械在不同的区域投入使用时由于经历严苛的服役环境。例如中国的高铁和风力发电机在高纬度地区运行使用。这些重型机械在运行过程中出现了诸多问题，材料在低温下的力学性能、脆性及韧度都会发生严重的变化，金属材料的这一变化会给机械装备的安全运行带来极大隐患。机械的零部件性能受温度影响极大，高纬地区的低温环境成为影响高铁机车和风机齿轮箱轴承疲劳寿命的一个重要因素。轴承等零部件的性能直接影响列车的行车安全和风机正常运行。实践证明，轴承在低温下的失效机理不同于常温环境，其接触疲劳性能远低于室温环境。现有的接触疲劳试验只能在室温环境下开展，跟实际的高纬地区风力发电机的运行环境有很大的差距。截止目前，国内外还没有一项技术可以利用来开展低温下的滚动接触疲劳试验来研究材料在低温中的接触疲劳性能。因此，研究轴承钢在低温环境下的接触疲劳性能具有重要的实际意义。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)有科学家通过向装置内充液氮来达到冷却的目的，但是这个方法有一定的不足，液氮制冷只能通过控制液氮的流量来调控环境温度，无法准确控制和保持低温环境。另外液氮降温速度过快容易使润滑油结冰凝固，还会使得试验设备的其他部件性能降低。其次接触疲劳试验周期长，需要大量的液氮维持低温环境且需要专人看管，导致试验成本升高。

(2)试验机工作时，周围环境会伴随着试样温度升高，如何创建一种封闭且恒定的低温环境较困难。研究材料在低温环境下的疲劳性能还需要长时间大量的试验验证。

(3)轴承类零部件工作时需要源源不断地供给润滑油以防止过度磨损，润滑油在低温下容易凝固便丧失其润滑性能，因此还必须解决润滑油凝固的问题。

(4)有些低温试验是在室外低温环境完成，受场地和时间限制。

解决上述技术问题的难度和意义：

轴承和高铁等重型机械装备能否安全稳定地运行与材料的性能息息相关。而影响材料性能的外界因素包括振动和温度等等。材料在动态载荷下疲劳必然会产生振动，目前这一问题已得到妥善解决。另一个难点便是创建低温环境，由于实验条件的限制，材料在低温环境下的疲劳性能还不能很好地被认知。在动态试验设备上配备低温装置的难点之一是低温装置在动态试验机上不能很好地固定和密封。

材料在低温条件下性能必然发生改变，低温几乎对所有的产品材料都有不利影响。首先，低温环境造成风机齿轮箱轴承材料硬化和脆化，容易造成高铁列车轴承或轮轨脆断，影响列车的安全运行。第二，我国幅员辽阔，在不同的纬度地区温度差异大，在对温度瞬变的响应中，由于不同零部件材料的膨胀率不同，不同材料产生不同程度的收缩和膨胀，容易引起零部件之间发生松动和咬死；第三，低温使得润滑油的粘度增加，导致润滑油的润滑作用和流动性降低。第四，由于材料的抗冲击强度改变和疲劳强度降低，容易使轴承或轮轨接触面产生剥落、龟裂、脆裂；