滾動(dòng)接觸疲勞失效(Rolling Contact Fatigue Failure)是齒輪較為常見的失效形式，在循環(huán)接觸應(yīng)力、齒面摩擦力以及潤(rùn)滑油的反復(fù)作用一段時(shí)間后，齒輪表面的表層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生微小的裂紋，隨著傳動(dòng)繼續(xù)裂紋會(huì)擴(kuò)展、相互連接，直至形成小片脫落，在齒面留下凹坑或麻點(diǎn)。齒輪表面的接觸疲勞破壞與齒面間的滑動(dòng)、材料的硬度及潤(rùn)滑油的粘度等相關(guān)，在一定范圍內(nèi)對(duì)齒輪表面相對(duì)滑動(dòng)速度越高、硬度越大，潤(rùn)滑油粘度數(shù)值越高，對(duì)齒輪抵抗疲勞破壞的性能越有利。在進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)前，針對(duì)齒輪材料做高速滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)來(lái)研究各因素對(duì)材料疲勞壽命的影響，從而為實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)合理確定滿足工況條件的較佳設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外用于檢測(cè)滾動(dòng)接觸疲勞性能的試驗(yàn)臺(tái)的種類不少，大致有球盤式試驗(yàn)機(jī)、三點(diǎn)接觸式試驗(yàn)機(jī)、球柱式試驗(yàn)機(jī)以及滾子接觸式試驗(yàn)機(jī)等。其余類別接觸方式均為點(diǎn)接觸，與齒輪嚙合時(shí)的線接觸差別較大，一般用滾子(圓盤試樣)接觸式來(lái)模擬齒輪試驗(yàn)。但是目前國(guó)內(nèi)外用于線接觸的滾子疲勞磨損試驗(yàn)臺(tái)，普遍有以下幾個(gè)方面的問題：轉(zhuǎn)速不高，普遍在5000r/min以下；加載不精確，傳統(tǒng)的加掛砝碼方式在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，彈簧和杠桿組合方式在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后會(huì)產(chǎn)生誤差。

　　本發(fā)明的目的在于提供一種能夠大幅提高試樣接觸速度的高速滾動(dòng)接觸疲勞磨損試驗(yàn)臺(tái)。

　　本發(fā)明提供的這種高速滾動(dòng)接觸疲勞磨損試驗(yàn)臺(tái)，它包括試驗(yàn)平臺(tái)、活動(dòng)平臺(tái)、加載構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)試樣驅(qū)動(dòng)組件和測(cè)試試樣驅(qū)動(dòng)組件；試驗(yàn)平臺(tái)為階梯式平臺(tái)，包括高安裝面和低安裝面，低安裝面上設(shè)有通孔和多個(gè)導(dǎo)向柱；活動(dòng)平臺(tái)置于低安裝面上裝配于導(dǎo)向柱外，活動(dòng)平臺(tái)能夠沿導(dǎo)向柱上下移動(dòng)；加載構(gòu)件的加載端穿過通孔與活動(dòng)平臺(tái)連為一體，提供活動(dòng)平臺(tái)上下移動(dòng)的動(dòng)力；標(biāo)準(zhǔn)試樣驅(qū)動(dòng)組件安裝于活動(dòng)平臺(tái)上，測(cè)試試樣驅(qū)動(dòng)組件安裝于高安裝面上，兩驅(qū)動(dòng)組件相向布置使兩滾子試樣上下對(duì)正。

　　在一個(gè)具體實(shí)施方式中，使所述標(biāo)準(zhǔn)試樣驅(qū)動(dòng)組件包括電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、安裝座、軸承座和聯(lián)軸器，安裝座和軸承座分別設(shè)置于所述活動(dòng)平臺(tái)上，電機(jī)裝配于安裝座上，轉(zhuǎn)軸裝配于軸承座內(nèi)，轉(zhuǎn)軸與電機(jī)的輸出軸之間通過聯(lián)軸器連為一體。

　　在一個(gè)具體實(shí)施方式中，使所述測(cè)試試樣驅(qū)動(dòng)組件包括電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、安裝座、軸承座和扭矩傳感器，軸承座、扭矩傳感器和安裝座依次裝配于高安裝面上，電機(jī)裝配于安裝座上，轉(zhuǎn)軸裝配于軸承座內(nèi)，扭矩傳感器的一端通過聯(lián)軸器與電機(jī)的輸出軸連為一體、另一端通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連為一體。

　　為了便于調(diào)節(jié)試樣的相對(duì)位置，在所述轉(zhuǎn)軸的外端設(shè)有軸肩，軸肩外的轉(zhuǎn)軸段上螺紋連接有限位螺母，滾子試樣套于軸肩上通過限位螺母配合墊片鎖緊限位；所述聯(lián)軸器為梅花型聯(lián)軸器。

　　為了避免試驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)軸溫度過高，使所述軸承座包括中空的座體和座蓋，座體的內(nèi)腔與外部降溫回路連通。

　　為了實(shí)現(xiàn)無(wú)極加載，使所述加載構(gòu)件為液壓缸，液壓缸的活塞桿與所述活動(dòng)平臺(tái)裝配為一體，液壓缸的缸體內(nèi)設(shè)有油壓傳感器。

　　為了提高試驗(yàn)效果，使本試驗(yàn)臺(tái)還包括裝配于試驗(yàn)平臺(tái)上的噴油嘴和紅外測(cè)溫傳感器，噴油嘴和紅外測(cè)溫傳感器分別布置于兩滾子試樣對(duì)滾面的兩側(cè)。

　　在一個(gè)具體實(shí)施方式中，在所述試驗(yàn)平臺(tái)的低安裝面的中心位置處設(shè)有所述通孔，低安裝面的四角分別設(shè)有階梯孔；所述導(dǎo)向柱包括螺紋段和光桿段，螺紋段的外徑小于光桿段的外徑，導(dǎo)向柱有四個(gè)，四個(gè)導(dǎo)向柱關(guān)于通孔對(duì)稱布置；導(dǎo)向柱以其螺紋段朝下穿過階梯孔配合螺母與試驗(yàn)平臺(tái)緊固。

　　作為優(yōu)選，在所述活動(dòng)平臺(tái)上對(duì)應(yīng)各所述導(dǎo)向柱位置處均嵌裝有直線軸承，活動(dòng)平臺(tái)通過直線軸承與導(dǎo)向柱裝配為一體。

　　本發(fā)明在使用時(shí)，首先將測(cè)試試樣和標(biāo)準(zhǔn)試樣分別安裝于相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)組件上，然后控制加載構(gòu)件工作使活動(dòng)平臺(tái)上行，使兩個(gè)試樣接觸，同時(shí)控制兩試樣相對(duì)滾動(dòng)，進(jìn)行滾子線接觸的高速滾動(dòng)接觸疲勞磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中通過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)組件分別驅(qū)動(dòng)試樣相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠大幅度的提高試樣接觸速度。

　　4—標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)組件，41—安裝座，42—電機(jī)，43—軸承座，44—轉(zhuǎn)軸，

　　如圖1、圖2所示，本實(shí)施例提供的這種高速滾動(dòng)接觸疲勞磨損試驗(yàn)臺(tái)，它包括試驗(yàn)平臺(tái)1、活動(dòng)平臺(tái)2、加載構(gòu)件3、標(biāo)準(zhǔn)試樣驅(qū)動(dòng)組件4和測(cè)試試樣驅(qū)動(dòng)組件5。

　　試驗(yàn)平臺(tái)1為Z型的階梯式平臺(tái)，包括左側(cè)的低安裝面11和右側(cè)的高安裝面12，低安裝面11的中心位置處設(shè)有一個(gè)通孔，低安裝面11的四角均設(shè)有階梯孔，四個(gè)階梯孔關(guān)于通孔對(duì)稱設(shè)置；各階梯孔內(nèi)均設(shè)有導(dǎo)向柱6，導(dǎo)向柱的下部為螺紋段61，上部為光桿段62，螺紋段的外徑小于光桿段的外徑，導(dǎo)向柱以其下部螺紋段朝下穿過階梯孔后配合相應(yīng)的螺母與試驗(yàn)平臺(tái)緊固。

　　活動(dòng)平臺(tái)2上對(duì)應(yīng)四個(gè)導(dǎo)向柱位置處均設(shè)有穿透孔，孔內(nèi)設(shè)有直線軸承C，各直線軸承套于相應(yīng)的導(dǎo)向柱上，活動(dòng)平臺(tái)2的底端與穿過通孔A的加載構(gòu)件3連為一體，通過加載構(gòu)件工作使活動(dòng)平臺(tái)能夠沿導(dǎo)向柱上下移動(dòng)。通孔設(shè)置于中心位置處，四個(gè)導(dǎo)向柱關(guān)于通孔對(duì)稱設(shè)置，裝配時(shí)調(diào)節(jié)好五個(gè)安裝位置的垂直度以保證試樣加載時(shí)試驗(yàn)力的大小、方向準(zhǔn)確。

　　加載構(gòu)件3選用為液壓缸，液壓缸的活塞桿31與活動(dòng)平臺(tái)裝配為一體，液壓加載的方式能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)的進(jìn)行所加載荷的無(wú)極調(diào)節(jié)，同時(shí)在液壓缸的缸體內(nèi)設(shè)有油壓傳感器D，以便于實(shí)時(shí)反饋所施加負(fù)載的大小。加載構(gòu)件3通過活塞桿的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)試樣驅(qū)動(dòng)組件4的移動(dòng)使兩個(gè)滾子試件相互接觸完成載荷的施加。

　　標(biāo)準(zhǔn)試樣驅(qū)動(dòng)組件4包括安裝座41、電機(jī)42、軸承座43、轉(zhuǎn)軸44和聯(lián)軸器45。安裝座41為L(zhǎng)型座體，其水平段與活動(dòng)平臺(tái)通過螺釘連為一體，其豎直段用于安裝電機(jī)42；軸承座43包括中空的座體和座蓋，座體的內(nèi)腔與外部降溫回路連通，以降低試驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)軸的溫度，座體安裝于活動(dòng)平臺(tái)上，轉(zhuǎn)軸44穿過軸承座，轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端通過聯(lián)軸器45與電機(jī)的輸出軸相連，外端設(shè)有軸肩，軸肩外的轉(zhuǎn)軸段外壁設(shè)有螺紋，標(biāo)準(zhǔn)試樣套于軸肩上定位，并通過配套的螺母鎖緊，鎖緊時(shí)可通過增設(shè)墊片以調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)試樣在軸肩上的相對(duì)位置。

　　測(cè)試試樣驅(qū)動(dòng)組件5與標(biāo)準(zhǔn)試樣驅(qū)動(dòng)組件4的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于，測(cè)試試樣驅(qū)動(dòng)組件5的轉(zhuǎn)軸與電機(jī)的輸出軸之間設(shè)置有扭矩傳感器7，扭矩傳感器9的一端通過聯(lián)軸器與電機(jī)的輸出軸連為一體、另一端通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連為一體。并在測(cè)試試樣驅(qū)動(dòng)組件5的軸承座外設(shè)有聲發(fā)射傳感器，可獲得所需測(cè)試試樣的聲發(fā)射信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)程序分析信號(hào)特點(diǎn)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣磨損狀態(tài)。其中電機(jī)選用為變頻電機(jī)，聯(lián)軸器選用為梅花型聯(lián)軸器。

　　如圖3所示，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)還在試驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)置了噴油嘴7和紅外測(cè)溫傳感器8，噴油嘴和紅外測(cè)溫傳感器分別布置于兩滾子試樣對(duì)滾面的兩側(cè)，噴油嘴在兩試樣接觸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從一側(cè)噴出潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，紅外測(cè)溫傳感器照射兩試樣接觸表面附近區(qū)域獲得接觸區(qū)溫度。

　　本實(shí)施例在使用時(shí)通過一個(gè)計(jì)算機(jī)和一個(gè)PLC控制柜控制整個(gè)系統(tǒng)；并通過前置放大器和聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡將聲發(fā)射傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送至主機(jī)，紅外測(cè)溫傳感器采集到的數(shù)據(jù)直接傳遞至主機(jī)；將油壓傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)通過壓力變送器反饋至PLC后由計(jì)算機(jī)處理分析，扭矩傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)通過扭矩變送器反饋至PLC由計(jì)算機(jī)處理分析，計(jì)算機(jī)根據(jù)分析結(jié)果通過PLC控制變頻電機(jī)和液壓缸的動(dòng)作；整個(gè)流程如圖4所示。

　　相比目前已有設(shè)備，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：試樣實(shí)驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度可達(dá)10000r/min；加載方式可靠，不借助杠桿等其他中間結(jié)構(gòu)，誤差小，液壓作動(dòng)器施加的負(fù)載無(wú)級(jí)可調(diào)，且可長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，使試樣的疲勞壽命隨負(fù)載的波動(dòng)產(chǎn)生的誤差減小，最大負(fù)載可達(dá)3000N；可適應(yīng)試樣不同的尺寸及外形輪廓，滿足不同試驗(yàn)的需求；聲發(fā)射信號(hào)監(jiān)測(cè)可做到在線監(jiān)測(cè)試樣磨損狀態(tài)。