1.一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于:包括动力驱动组件(1)、加载部件(2)、多向移动工作台组件(3)、试验平台(4)以及控制台(5);
所述动力驱动组件包括主轴(1‑2)、安装座(1‑3)、轴承座(1‑4),加载部件(2)通过键槽连接方式套在主轴(1‑2)的一端,且加载部件(2)一端与主轴(1‑2)轴肩接触,另一端通过螺母(2‑4)连接固定于主轴(1‑2)上;所述安装座(1‑3)和轴承座(1‑4)通过螺栓连接固定于试验平台(4)的安装面(4‑1)上;
所述多向移动工作台组件(3)包括垂直升降系统(3‑1)、多向导轨系统(3‑2)、工作台组件(3‑3),所述垂直升降系统(3‑1)装配于试验平台(4)的安装面(4‑1)下方;垂直升降系统(3‑1)的电动推杆(3‑1‑2)沿Z方向上的移动可使多向导轨系统(3‑2)和工作台组件(3‑3)上的陶瓷试件(3‑3‑3)与加载部件(2)相接触;所述控制台(5)通过螺栓连接固定在安装面上(4‑1);
所述加载部件(2)包括两个相同形状及尺寸的左回转零件(2‑1)、右回转零件(2‑2)以及陶瓷滚动体(2‑3);
所述左回转零件(2‑1)中心有第一通孔(2‑1‑1),第一通孔(2‑1‑1)周围有多个阶梯孔(2‑1‑2),左回转零件(2‑1)边缘均匀分布多个第一球形凹坑(2‑1‑3);
所述右回转零件(2‑2)中心有第二通孔(2‑2‑1),第二通孔(2‑2‑1)周围有多个螺纹孔(2‑2‑2),右回转零件(2‑2)边缘均匀分布多个第二球形凹坑(2‑2‑3);
所述加载部件(2)由左回转零件(2‑1)及右回转零件(2‑2)通过螺栓连接装配与一体;
所述陶瓷滚动体(2‑3)放置于左回转零件(2‑1)及右回转零件(2‑2)的球形凹坑内并有部分突出于加载部件(2)外;
所述动力驱动组件(1)还包括驱动伺服电机(1‑1)、联轴器(1‑5)以及轴承(1‑6),驱动伺服电机(1‑1)装配于安装座(1‑3)上;轴承(1‑6)的外圈固定在轴承座(1‑4)中,主轴(1‑2)穿过并固定在轴承(1‑6)的内圈;主轴(1‑2)的一端与驱动伺服电机(1‑1)的输出轴之间通过联轴器(1‑5)连为一体,主轴(1‑2)一端设有轴肩,轴肩外的转轴段上有螺纹;
所述垂直升降系统(3‑1)包括第一电机(3‑1‑1)和电动推杆(3‑1‑2),垂直升降系统(3‑
1)的电动推杆(3‑1‑2)一端经过安装面(4‑1)上的第三通孔与多向导轨系统(3‑2)中的导轨支撑底座(3‑2‑1)装配一体;
所述多向导轨系统(3‑2)包括导轨支撑底座(3‑2‑1)、Y方向导轨(3‑2‑2)、X方向导轨(3‑2‑3)、Y方向导轨移动滑块(3‑2‑4)、X方向导轨移动滑块(3‑2‑5)、第二电机(3‑2‑6)以及第三电机(3‑2‑7);
所述导轨支撑底座(3‑2‑1)置于安装面(4‑1)上方装配于导向柱(4‑3),导轨支撑底座(3‑2‑1)可沿导向柱(4‑3)的Z方向移动;Y方向导轨(3‑2‑2)包括左侧Y方向导轨(3‑2‑2‑1)和右侧Y方向导轨(3‑2‑2‑2);左侧Y方向导轨(3‑2‑2‑1)和右侧Y方向导轨(3‑2‑2‑2)相互平行固定在导轨支撑底座(3‑2‑1)两侧,左侧Y方向导轨(3‑2‑2‑1)和右侧Y方向导轨(3‑2‑2‑
2)间通过传动轴(3‑2‑2‑3)相连,第二电机(3‑2‑6)安装于左侧Y方向导轨(3‑2‑2‑1)和右侧Y方向导轨(3‑2‑2‑2)的端部;
所述X方向导轨(3‑2‑3)通过Y方向导轨移动滑块(3‑2‑4)安装在Y方向导轨(3‑2‑2)上,X方向导轨(3‑2‑3)与Y方向导轨(3‑2‑2)保持垂直;
所述第三电机(3‑2‑7)装配于X方向导轨(3‑2‑3)一端。
2.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述工作台组件(3‑3)包括工作台(3‑3‑1)和夹紧装置(3‑3‑2);
所述工作台(3‑3‑1)通过X方向导轨移动滑块(3‑2‑5)安装在X方向导轨(3‑2‑3)上;
夹紧装置(3‑3‑2)通过螺纹连接固定于工作台(3‑3‑1)上,用于装夹陶瓷试件(3‑3‑3)。
3.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述多向移动工作台组件(3)还包括压力传感器(3‑4)、加速度传感器(3‑5),所述压力传感器(3‑4)置于工作台(3‑3‑1)与X方向导轨移动滑块(3‑2‑5)之间;
所述加速度传感器(3‑5)安装于陶瓷试件上的滚道(A)附近。
4.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,
所述陶瓷试件(3‑3‑3)为长方体,陶瓷试件上的滚道(A)仅是球轴承外圈滚道的一部分,需通过机械加工得到,陶瓷试件上的滚道(A)的尺寸要根据测试轴承型号以及加载部件(2)尺寸来确定。
5.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,
所述试验平台(4)包括安装面(4‑1)及平台支架(4‑2),平台支架(4‑2)通过焊接固定于安装面(4‑1)下方,安装面(4‑1)上有第三通孔和多个导向柱(4‑3);
所述控制台(5)包括数据采集控制系统,数据采集控制系统与驱动伺服电机(1‑1)、第一电机(3‑1‑1)、第二电机(3‑2‑6)、第三电机(3‑2‑7)、压力传感器(3‑4)和加速度传感器(3‑5)通信连接。
6.一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置的使用方法,采用权利要求1所述的装置,其特征在于,该方法包括如下步骤:步骤一:启动控制台中数据采集控制系统,开启垂直升降系统(3‑1)中的第一电机(3‑
1‑1),电动推杆(3‑1‑2)推动多向导轨系统(3‑2)和工作台组件(3‑3)沿Z方向移动,使得装夹在工作台组件(3‑3)上的陶瓷试件(3‑3‑3)与加载部件(2)相接触,关闭第一电机(3‑1‑
1);
步骤二:开启第二电机(3‑2‑6)以及第三电机(3‑2‑7),通过Y方向导轨移动滑块(3‑2‑
4)及X方向导轨移动滑块(3‑2‑5)在Y方向导轨(3‑2‑2)与X方向导轨(3‑2‑3)的移动,使陶瓷试件上的滚道(A)移至加载部件(2)上的陶瓷滚动体(2‑3)的正下方,关闭第二电机(3‑2‑6)以及第三电机(3‑2‑7);
步骤三:开启第一电机(3‑1‑1),电动推杆(3‑1‑2)推动陶瓷试件上的滚道(A)与加载部件(2)上的陶瓷滚动体(2‑3)接触,当陶瓷试件(3‑3‑3)与加载部件(2)之间的接触载荷加载至试验设置的接触载荷值后保载一定时间;
步骤四:开启动力驱动组件(1)中的驱动伺服电机(1‑1),使得连接在主轴(1‑2)上的加载部件(2)转速达到试验设置的预设值,由此全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验开始;
步骤五:疲劳试验中,控制台(5)中的数据采集控制系统自动采集压力传感器(3‑4)传送的载荷信号并实时反馈和控制第一电机(3‑1‑1)动作,以保证陶瓷试件(3‑3‑3)和加载部件(2)恒定的接触载荷;
步骤六:疲劳试验中,控制台(5)中的数据采集控制系统自动采集加速度传感器(3‑5)传送的振动信号;在试验初始阶段,通常振动信号较为平稳,当振动信号出现较大波动时将认定陶瓷试件上的滚道(A)可能出现裂纹,这时需将陶瓷试件(3‑3‑3)从夹紧装置(3‑3‑2)上拆卸下来,通过其他检测设备对陶瓷试件(3‑3‑3)上出现裂纹位置进行观测并记录数据;
观测后再将陶瓷试件(3‑3‑3)重新安装至工作台(3‑3‑1)上并重复步骤一、二、三和四,以保证接触疲劳试验继续运行;
步骤七:在陶瓷试件裂纹出现后的接触疲劳试验中,可根据加速度传感器(3‑5)反馈的振动信号的变化,多次停止试验装置并拆卸陶瓷试件(3‑3‑3)后,通过其他检测设备对裂纹扩展进行检测并记录数据;每次检测后陶瓷试件(3‑3‑3)需重新装夹并重复步骤一、二、三和四;
步骤八:通过试验中陶瓷试件(3‑3‑3)的振动信号数值与疲劳失效振动信号预设值相比较,当振动信号数值达到或大于预设值时,确定陶瓷试件(3‑3‑3)已发生疲劳失效,试验结束。