本發(fā)明涉及疲勞試驗(yàn)機(jī)，尤其是一種可實(shí)現(xiàn)失效預(yù)警的熱噴涂層接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)。

背景技術(shù)：

滾動接觸疲勞(RCF)是較為常見的機(jī)械零部件與工程結(jié)構(gòu)件的主要失效形式，例如軸，齒輪、凸輪和滾子等。滾動接觸疲勞會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，并限制工作設(shè)備屬性。磨損的主要表現(xiàn)形式是：由在滑動接觸下引起附著力導(dǎo)至的表面材料的去除。滾動接觸疲勞常常發(fā)生在滾動接觸的摩擦副表面上。它是一種持久性損傷方式，其包括裂紋萌生，裂紋擴(kuò)展和裂紋由于所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力在交變載荷的作用下引起的表面層斷裂。滾動接觸疲勞都是有關(guān)材料表面失效的學(xué)科，它們在接觸，摩擦和表面累積損傷方面有共同的特點(diǎn)。

滾動接觸疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)為了模擬真實(shí)的接觸條件，即表面涂層的“滑滾動”，一般采用豎直加載的方法給試件施加載荷，主軸轉(zhuǎn)動帶動滾子對試件進(jìn)行滾動。傳統(tǒng)滾動接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)采用的是急停凸輪來進(jìn)行涂層破壞的判定。其原理是在滾動過程中，試樣的滾道表面產(chǎn)生了疲勞微裂紋，使得試樣與滾子之間的滾動摩擦力逐漸增大，當(dāng)試樣與滾子間的摩擦扭矩大于摩擦離合器預(yù)先設(shè)置的摩擦扭矩極限T_f時，急停凸輪轉(zhuǎn)動，急停接觸開關(guān)閉合，PC機(jī)收到信號，控制驅(qū)動電機(jī)停轉(zhuǎn)。然而這種判定失效方法是不合理的，因?yàn)榧蓖Ｍ馆嗈D(zhuǎn)動時，試樣表面往往已經(jīng)產(chǎn)生較為明顯的疲勞破壞。在滾子滾動過程中，涂層內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋時，試件其實(shí)就已經(jīng)疲勞失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有滾動接觸方式的無法檢測滾動疲勞程度的不足，本發(fā)明提供一種有效檢測滾動疲勞程度的可實(shí)現(xiàn)失效預(yù)警的熱噴涂層接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種可實(shí)現(xiàn)失效預(yù)警的熱噴涂層接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括試驗(yàn)裝置、潤滑模塊、加載模塊、驅(qū)動模塊和信號采集模塊；

所述試驗(yàn)裝置包括試腔、潤滑液腔、上試樣固定盤、上試樣、滾子和下試樣，所述潤滑液腔套裝在主軸上，所述試腔的下端與主軸的端部過盈配合并與主軸固定，所述下試樣裝配在試腔內(nèi)，下試樣與試腔之間為過盈配合；上試樣和上試樣固定盤為過盈配合，上試樣和下試樣之間為滾子，所述加載模塊加載的力直接作用在上試樣固定盤，并由上試樣固定盤間接作用于上試樣上；

所述信號采集模塊包括聲發(fā)射傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡和計(jì)算機(jī)，所述聲發(fā)射傳感器安裝在上試樣固定盤中，所述聲發(fā)射傳感器和上試樣上表面直接接觸，下試樣帶動滾子滾動時滾子在上試樣下表面滾道滾動，聲發(fā)射傳感器接收到的AE輸出信號通過轉(zhuǎn)接卡輸入到計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步，所述潤滑模塊包括齒輪油泵、YCTD系列電磁調(diào)速電動機(jī)、油箱和濾網(wǎng)，所述油箱分為左右兩個腔，由濾網(wǎng)一分為二，左腔為干凈油液，右腔為帶有雜質(zhì)的油液；所述齒輪油泵的出油口和加載模塊上部進(jìn)油口通過管子相連，進(jìn)油口和油箱左腔通過管子相連，油箱右腔和潤滑液出油口通過管子相連。

再進(jìn)一步，所述加載模塊包括加載杠桿和砝碼加載組件，所述砝碼加載組件包括懸掛體、托盤和砝碼，所述懸掛體的下部放置托盤，所述托盤內(nèi)放置砝碼，所述加載杠桿一端和支架的鉸鏈連接，所述加載杠桿的另一端和砝碼加載組件通過銅套與銷相連，所述加載杠桿的下部裝有上試樣固定盤，上試樣固定盤的中心有進(jìn)油孔。

所述驅(qū)動模塊為變頻調(diào)速電機(jī)YVP90L-4，變頻調(diào)速電機(jī)固定在箱體的內(nèi)部，變頻調(diào)速電機(jī)通過大帶輪、傳動帶和主軸上的小帶輪進(jìn)行動力傳遞。

軸承套杯固定在箱蓋上，主軸由一對角接觸球軸承和一個深溝球軸承進(jìn)行固定，潤滑液腔和軸承套杯固定，并帶有一個出油口。上試樣固定盤與上試樣過盈配合；試腔的腔體周圍有2個出油孔，腔體上部為試件放入端，腔體的底部有兩個和主軸相固定的配合孔。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：采用聲發(fā)射(AE)技術(shù)來監(jiān)測表面涂層的破壞，尤其是RCF失效。聲發(fā)射信號的能量和幅度可以敏銳地監(jiān)測因疲勞裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致材料斷裂所產(chǎn)生的應(yīng)力波。因此該試驗(yàn)機(jī)在實(shí)驗(yàn)過程中聲發(fā)射信號可以在常用的振動信號前預(yù)警故障的發(fā)生。這有助于減少人為錯誤，并準(zhǔn)確確定故障點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：通過聲發(fā)射傳感器，可以在上試樣涂層內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋或其他細(xì)小疲勞失效時便可接收到特定能量和幅度的AE信號，經(jīng)放大處理后反饋給PC機(jī)，并由PC機(jī)控制急停。這可以使得滾動接觸疲勞磨損試驗(yàn)機(jī)具備預(yù)警功能。

附圖說明

圖1是滾動接觸疲勞磨損試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是圖1的側(cè)視圖。

圖4是圖1試腔的結(jié)構(gòu)放大圖。

圖5是圖1潤滑模塊的結(jié)構(gòu)放大圖。

圖6是潤滑液腔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是試腔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是上試樣結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是下試樣結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓-平頭M30*60；2、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈30；3、六角頭螺栓-全螺紋M10*55；4、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈10；5、加載杠桿；6、上試樣固定盤；7、軸承套杯；8、YCTD系列電磁調(diào)速電動機(jī)；9、齒輪油泵；10、六角頭螺栓-全螺紋M30*120；11、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈30；12、箱蓋；13、油箱；14、濾網(wǎng)；15、箱體；16、六角頭螺栓-全螺紋M12*30；17、傳動帶；18、小帶輪；19、主軸；20、大帶輪；21、普通型平鍵-A型18*70；22、B型螺栓緊固軸端擋圈B90；23、六角頭螺栓-全螺紋M12*45；24、六角頭螺栓-全螺紋M14*70；25、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈14；26、六角頭螺栓-全螺紋M10*50；27、六角頭螺栓-全螺紋M8*40；28、六角頭螺栓-全螺紋M5*20；29、B型螺栓緊固軸端擋圈B90；30、帶輪；31、潤滑液腔；32、六角螺母-C級M30；33、聲發(fā)射傳感器；34、上試樣；35、滾子；36、下試樣；37、試腔；38、深溝球軸承6218；39、懸掛座；40、鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓-平頭M42*50；41、六角螺母-C級M42；42、六角頭螺栓-全螺紋M24*65；43、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈24；44、六角頭鉸制孔用螺栓-B級M36*150；45、銅套；46、圓柱銷-不淬硬鋼和奧氏體不銹鋼20*100；47、懸掛體；48、調(diào)整墊片；49、軸承透蓋；50、鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓-平頭M20*50；51、托盤；52、圓螺母M24*1.5；53、六角頭鉸制孔用螺栓-A級M24*100；54、擋板；55、變頻調(diào)速電機(jī)YVP90L-4；56、套筒；57、角接觸球軸承；58、氈圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1～圖9，一種可實(shí)現(xiàn)失效預(yù)警的熱噴涂層接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括試驗(yàn)裝置、潤滑模塊、加載模塊、驅(qū)動模塊和信號采集模塊；

所述試驗(yàn)裝置包括試腔37、潤滑液腔31、上試樣固定盤6、上試樣34、滾子35和下試樣36，潤滑液腔31套裝在主軸19上，試腔37的下端與主軸19的端部過盈配合并與主軸固定，使得主軸在旋轉(zhuǎn)過程中帶動試腔進(jìn)行周向轉(zhuǎn)動；下試樣36裝配在試腔37內(nèi)，下試樣36與試腔37之間為過盈配合；上試樣34和上試樣固定盤6為過盈配合，上試樣34和下試樣36之間為滾子35，所述加載模塊加載的力直接作用在上試樣固定盤6，并由上試樣固定盤6間接作用于上試樣上。

所述潤滑模塊包括齒輪油泵9、YCTD系列電磁調(diào)速電動機(jī)8、油箱13和濾網(wǎng)14，所述油箱13分為左右兩個腔，由濾網(wǎng)14一分為二，左腔為干凈油液，右腔為帶有雜質(zhì)的油液，通過濾網(wǎng)14做到油液的二次利用，所述齒輪油泵9的出油口和加載杠桿5上部進(jìn)油口通過管子相連，進(jìn)油口和油箱左腔通過管子相連，油箱右腔和潤滑液,31出油口通過管子相連。

所述加載模塊包括加載杠桿5、懸掛體47、托盤51和砝碼，所述加載杠桿5一端和支架的鉸鏈連接，所述加載杠桿5的另一端和砝碼加載裝置通過銅套與銷相連，所述加載杠桿5的下部裝有上試樣固定盤6，上試樣固定盤6的中心有進(jìn)油孔；

所述驅(qū)動模塊為變頻調(diào)速電機(jī)YVP90L-4，變頻調(diào)速電機(jī)55固定在箱體的內(nèi)部，變頻調(diào)速電機(jī)通過大帶輪20、傳動帶17和主軸19上的小帶輪18進(jìn)行動力傳遞。

所述信號采集模塊包括聲發(fā)射傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接卡和計(jì)算機(jī)，所述聲發(fā)射傳感器安裝在上試樣固定盤中，所述聲發(fā)射傳感器和上試樣上表面直接接觸，下試樣帶動滾子滾動時滾子在上試樣下表面滾道滾動，聲發(fā)射傳感器接收到的AE輸出信號通過轉(zhuǎn)接卡輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

軸承套杯通過四個六角螺栓固定在箱蓋上，主軸由一對角接觸球軸承和一個深溝球軸承進(jìn)行固定。潤滑液腔通過三個六角頭螺栓和軸承套杯固定，并帶有一個出油口。上試樣固定盤與上試樣過盈配合，其本身通過四個六角頭螺栓和潤滑液腔固定。

試腔37的腔體周圍有2個出油孔，腔體上部為試件放入端，底部有兩個和主軸相固定的配合孔。

采用電液伺服系統(tǒng)施加載荷，液壓缸安裝在機(jī)座的機(jī)架上，液壓缸活塞桿的端部安裝液壓加壓塊，加載系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)可以共用一個油箱，有簡化其機(jī)構(gòu)的作用。

參照圖1～圖3，實(shí)驗(yàn)之前，按照測試要求將所需測試的上試樣34和下試樣36的表面分別加工為滾道和平面，然后把涂層材料用熱噴涂工藝設(shè)備沉積在上試樣34上。并將試樣放入試腔37中，啟動變頻調(diào)速電機(jī)55調(diào)整轉(zhuǎn)速，然后在托盤51上加砝碼加載，啟動電磁調(diào)速電機(jī)8，使之帶動齒輪油泵9進(jìn)行循環(huán)潤滑并開啟信號采集裝置。由變頻調(diào)速電動機(jī)55的大帶輪20通過傳動帶17帶動小帶輪18和主軸19轉(zhuǎn)動。主軸19帶動試腔37一起轉(zhuǎn)動，下試樣36隨之轉(zhuǎn)動。下試樣轉(zhuǎn)動帶動了滾子35轉(zhuǎn)動。上試樣34與上試樣固定盤6過盈配合，其上表面與聲發(fā)射傳感器33直接接觸，下表面與滾子35直接接觸。測試過程中，滾子35不斷在上試樣34下表面滾刀進(jìn)行滾動接觸。加載模塊通過加載杠桿5放大所施加的載荷，通過上試樣固定盤6傳遞載荷到上試樣34上。在上試樣34下表面涂層內(nèi)部發(fā)生微裂紋或細(xì)小疲勞破壞時，聲發(fā)射傳感器33可以接收到特定振幅強(qiáng)度的AE信號，信號經(jīng)過放大處理后可由PC機(jī)進(jìn)行急停，從而起到預(yù)警作用。

圖4是圖1的局部結(jié)構(gòu)放大圖，其中主軸由下至上共有7個軸段。第一軸段與小帶輪18過渡配合。小帶輪18軸向通過軸端擋圈和軸肩固定，周向通過普通平鍵帶動主軸旋轉(zhuǎn)。第二軸段和氈圈58配合，主要用于軸承的防塵。第三軸段有一對角接觸球軸承57和一個套筒58，軸承軸向通過套筒58、軸肩和軸承透蓋49固定。第六軸段上是一個深溝球軸承38，深溝球軸承38外圈與軸承套杯7配合。第七軸段與試腔37和潤滑液腔31配合，其中潤滑液腔通過3個六角頭螺栓和軸承套杯固定。

參照圖5可知箱蓋上部潤滑模塊主要由四部分組成：電磁調(diào)速電機(jī)8、齒輪油泵9、油箱13和濾網(wǎng)14。根據(jù)測試要求，將潤滑液由油箱13的左腔、齒輪油泵9、上試樣固定盤6的進(jìn)油孔流入試腔37，對試樣進(jìn)行潤滑、冷卻后在主軸旋轉(zhuǎn)離心力的作用下由試腔37出油孔流入潤滑液腔31，經(jīng)過潤滑液腔出油孔、管子流入油箱13的右腔。油箱的左右兩腔中間有一濾網(wǎng)，左腔為干凈油液，右腔為帶雜質(zhì)油液，這樣起到了潤滑液的二次利用。

圖7為試腔結(jié)構(gòu)示意圖，試腔37與主軸19過盈配合，并通過兩個六角頭螺栓帶動周向旋轉(zhuǎn)。試腔37內(nèi)部有兩個出油口，從試樣經(jīng)過的潤滑液不斷從出油口流出試腔，進(jìn)入潤滑液腔31。試腔37內(nèi)部由下至上依次為下試樣36、滾子35、上試樣34，它是進(jìn)行滾動接觸疲勞測試的主要場所。