[发明专利]一种滚动轴承的微动磨损试验装置及磨损计算方法

权利要求书

1.一种滚动轴承的微动磨损试验装置，包括底板(9)和驱动电源控制器(23)，其特征在于：所述底板(9)上设有相互对应布置的轴承座(13)，所述轴承座(13)上设有轴承盖(12)，所述轴承盖(12)和轴承座(13)之间设有扭振轴(16)，所述扭振轴(16)上设有不少于一个的轴承试验件(19)，所述扭振轴(16)的两端均开有接触槽(21)，两侧所述轴承盖(12)之间设有和轴承试验件(19)相配合的轴承压盖(17)，所述轴承压盖(17)上端设有轴承压板(15)，所述底板(9)的一侧设有杠杆支柱(2)，所述杠杆支柱(2)上端铰接有和轴承压板(15)配合的杠杆(10)，所述杠杆(10)的另一端设有砝码杆(14)，所述底板(9)上位于轴承座(13)的两侧均设有矩形支座(5)，所述矩形支座(5)上分别设有位于扭振轴(16)端部上下方的压杆(4)和压电陶瓷促动器(7)，所述压电陶瓷促动器(7)和驱动电源控制器(23)连接，所述压杆(4)和矩形支座(5)之间设有蝶形弹簧(3)，所述矩形支座(5)上端设有和压杆(4)螺纹连接的调节螺母(24)，所述压电陶瓷促动器(7)上端设有动力连接件(6)，所述动力连接件(6)上端以及压杆(4)下端均设有插接到接触槽(21)中的球头(22)。

2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承的微动磨损试验装置，其特征在于：所述扭振轴(16)上设有用于固定轴承试验件(19)的轴用弹性挡圈(18)以及用于分隔相邻两所述轴承试验件(19)的轴套(20)。

3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承的微动磨损试验装置，其特征在于：所述杠杆(10)和杠杆支柱(2)之间通过轴销(1)铰接连接。

4.根据权利要求1所述的一种滚动轴承的微动磨损试验装置，其特征在于：所述压电陶瓷促动器(7)下端设有垫板(8)，所述垫板(8)通过螺丝固接在矩形支座(5)下端面上。

5.根据权利要求1所述的一种滚动轴承的微动磨损试验装置，其特征在于：两侧所述轴承盖(12)的相对面上端内壁上均开有插槽，所述轴承压板(15)两侧均设有插接到对应侧插槽中的插块，所述轴承压板(15)上端开有凹槽，所述杠杆(10)下端设有插接到凹槽中的定位凸缘。

6.根据权利要求1所述的一种滚动轴承的微动磨损试验装置，其特征在于：所述调节螺母(24)和矩形支座(5)上端面之间设有波形弹簧(11)。

7.根据权利要求1所述的一种滚动轴承的微动磨损试验装置的磨损计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：滚动轴承微动磨损试验

1)根据微动磨损试验要求选取合适的试验件；

2)启动微动磨损试验装置电源开关与软件；

3)根据试验工况设置参数：通过驱动电源控制器软件对试验工况的位移、频率、微动磨损时间进行设定；通过选取合适的砝码，施加不同的径向载荷；通过外部润滑系统对试验工况中的润滑状况进行设定；

4)每隔一段时间，即设定的分步微动磨损时间，暂停设备运行，进入测量环节：卸去砝码和杠杆载荷部件，在扭振轴适当位置设定测量点，运用测量仪器测量磨损试验前后该点处的高度变化，结合磨损位置的几何结构，求得微动磨损量，并记录数据；

5)测量完成后，重新启动试验装置继续进行微动磨损试验；

6)待微动磨损总时间达到理论计算的总时间或测量值达到理论计算值时，结束试验；

步骤二：滚动轴承微动磨损计算

基于滚动轴承微动磨损试验方法所获得的试验数据，修正微动磨损深度模型并使之可用之于其他滚动轴承微动磨损工况，具体步骤包括如下：

1)建立基于修正Archard模型的球-平面微动磨损深度计算模型：

Archard磨损模型的公式如下：

式中，V为磨损体积，P为接触面的法向载荷，S为微动磨损接触面之间的相对滑移距离，H为接触面之间较软面的硬度；K为磨损因子；

基于摩擦能耗的原理，建立微动磨损体积修正公式：

V＝α∫dW

式中，α为摩擦能耗系数，dW为摩擦能耗微元，∫dW为累计摩擦能耗；

二维平面截面中，任意截面的微动磨损深度用微动磨损体积与微动磨损截面面积来表示，公式如下：

式中，V_d是微动磨损深度，A为某一微动深度截面面积；

对微动磨损深度和微动累计摩擦滑移距离进行微分，并代入微动磨损截面面积，公式如下：

式中，μ为摩擦系数，P为接触面的法向载荷，R为接触球的半径；

滚动轴承径向载荷的分析：当轴承在径向载荷F_r作用下，上半圈滚动体不受载，下半圈滚动体由于各个接触点上的弹性变形不同而承受不同大小的载荷，处于F_r作用线最下方的滚动体承载最大，当为点接触轴承时，其值近似为：

式中，Z为轴承滚动体总数；

对微动磨损深度微分公式进行积分，求得累计微动磨损深度公式：

式中，在微动磨损中忽略初始赫兹变形，初始S＝0，V_d＝0，则C＝0；

2)基于滚动轴承等效参数，建立滚动轴承微动磨损深度计算模型：

式中，r为轴承微动磨损的接触处到轴线半径，θ为扭转振动角度，f为扭转振动频率，t为微动磨损时间；

滚动轴承中内外圈接触处皆存在微动磨损，故轴承的微动磨损为两处微动磨损之和：

式中，r₁为内滚道微动磨损处到轴承轴线的半径，r₂为外滚道微动磨损处到轴承轴线的半径，V_d1为内滚道微动磨损处磨损深度，V_d2为外滚道微动磨损处磨损深度，V_d为内、外滚道微动磨损处微动磨损深度之和；

测量获得磨损深度，并据此结合磨损形貌计算磨损量，在此基础上可逆向求得磨损系数；

拆开试验件，进行电镜扫描，观察微动磨损深度V_d1和V_d2、长度a、宽度b参数；根据试验数据绘制微动磨损深度-时间曲线，结合试验件微动磨损形貌与微动磨损模型进行对比，逆向修正微动磨损模型的摩擦能耗系数。