四球机改装的接触疲劳试验机及其应用

　　齿轮与轴承的主要失效形式之一，是表面接触疲劳。表面接触疲劳，其基本失效形态是点浊与剥落，它是表面与表层局部区域内的疲劳损伤。表面接触疲劳有普通材料疲劳的特点。另一方面，表面接触疲劳又有其特点，如，工作表面的摩擦磨损，表层发生塑性变形与发热，润滑介质的影响等，因此，比一般材料疲劳显得复杂。目前，表面接触疲劳试验多在滚子接触式疲劳试验机上进行。这种试验机由于受滚子直径及接触宽度的限制，其接触应力不大，而且结构笨重，能耗多，噪音大，使用油量大，在一定程度上限制了它的使用。为了改善上述缺点，利用实验室现有设备，在四球试验机上，改装、研制了快速表面接触疲劳试验机。

　　1、原理与结构

　　图1是接触疲劳试验机原理图。图2是接触疲劳试验机结构图。图1中，2为试件，试件大头斜面为接触疲劳试验的工作面，点蚀和剥落在该面上产生。5为钢球，6是锥环，是回锥滚子轴承的外圈。工作时，锥棒形的试件旋转，钢球绕试件作行星运动，试件表面产生循环接触应力，压力足够时，所产生的赫兹应力很大。应力循环到一定次数，试件产生疲劳点蚀或剥落。运动部分各构件装在试验腔内，实现浸油润滑。载荷由下盖通过5个均布的钢球加在试件上，试件与钢球高副接触。与四球机试验腔工作部分相似，载荷是通过一个推力轴承加在下盖上，工作部分浮动，在工作时自定心，保证钢球与试件接触均匀。

　　2.度劳试件与钢球的接触

　　由于接触点处的塑性变形，钢球与试件不再是点接触而是面接触，如图3钢球与试件以不同角度速度旋转，Vb是钢球速度曲线，Vt是试件的速度曲线，两者相交点A, B，即速度同步点，在A, B点之间，两者速度不等是产生滑差的原因。

　　接触频率是单位时间内通过试件上某一点的钢球数。分析试件与钢球的运动学关系作如下假设:(1)不考虑各部件的接触变形;(2)不考虑滑差;(3)忽略径向游隙;(4)不考虑润滑油膜作用。图4是运动部件的简单运动学关系。

　　试件上的C点速度，V;

　　Db钢球直径。本文中，Db二20mm

　　Dm钢球公转直径

　　n;试件转速

　　钢球球心瞬时线速度，Vm

　　钢球公转转速，n

　　接触频率，N

　　Z滚动体个数

　　本试验装}N二5712次/min

　　3,接触应力

　　文献〔1〕给出钢制轴承的接触赫兹应力简化公式

　　叭，叭与椭圆偏心率有关的系数;

　　Q外加总载荷;