一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，包括被測(cè)試接觸副零件、壓頭、基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)；被測(cè)試接觸副零件固接在基座系統(tǒng)上；超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)；測(cè)力系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)；壓頭固接在超聲振動(dòng)系統(tǒng)上且與測(cè)力系統(tǒng)相連；聲發(fā)射系統(tǒng)信號(hào)連接被測(cè)試接觸副零件；通過(guò)基座系統(tǒng)調(diào)節(jié)被測(cè)試接觸副零件與壓頭的相對(duì)位置；通過(guò)超聲振動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓頭與被測(cè)試接觸副零件相互作用；通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)二者間力的動(dòng)態(tài)變化；通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)被測(cè)試接觸副零件達(dá)到疲勞破壞時(shí)的信號(hào)。本發(fā)明提供了在微觀尺度下接觸副零件高頻疲勞測(cè)試設(shè)備和方法，為接觸副零件的工藝設(shè)計(jì)、疲勞性能檢測(cè)等提供了依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]表面疲勞點(diǎn)蝕是齒輪、軸承內(nèi)外圈等接觸副零件主要損壞形式。它的出現(xiàn)使零件有效接觸面積減小，傳遞載荷能力降低，接觸表面失去正確的形狀，工作中引起振動(dòng)，發(fā)生噪音，特別是疲勞達(dá)到3級(jí)以后，噪音更為強(qiáng)烈，呈尖叫聲，此時(shí)疲勞點(diǎn)蝕迅速擴(kuò)大，振動(dòng)加劇。發(fā)展性疲勞點(diǎn)蝕更是危險(xiǎn)，它會(huì)引起動(dòng)力載荷增加和表面強(qiáng)烈磨損，最后導(dǎo)致接觸副零件喪失正常工作能力而報(bào)廢。接觸副零件的抗疲勞點(diǎn)蝕能力受到很多因素的影響，比如材料的冶金質(zhì)量、熱處理狀態(tài)、表面硬度、表面加工精度等等。宄其本質(zhì)，疲勞點(diǎn)蝕是一種微動(dòng)摩擦和高頻沖擊作用下產(chǎn)生的材料微觀剝落失效?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)接觸副零件的抗疲勞點(diǎn)蝕能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的設(shè)備。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，可以對(duì)齒輪、軸承內(nèi)外圈等接觸副零件的點(diǎn)蝕等高頻疲勞性能進(jìn)行測(cè)試，相關(guān)測(cè)試結(jié)果可以用于齒輪、軸承內(nèi)外圈等接觸副零件抗疲勞點(diǎn)蝕等能力的評(píng)價(jià)及相應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之一是:
[0005]一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，包括被測(cè)試接觸副零件4及與被測(cè)試接觸副零件4相互作用的壓頭7 ;還包括基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)；
[0006]所述被測(cè)試接觸副零件4固接在基座系統(tǒng)上；所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述測(cè)力系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述壓頭7固接在超聲振動(dòng)系統(tǒng)上且與測(cè)力系統(tǒng)相連；所述聲發(fā)射系統(tǒng)信號(hào)連接被測(cè)試接觸副零件4 ;
[0007]通過(guò)基座系統(tǒng)調(diào)節(jié)被測(cè)試接觸副零件4與壓頭7的相對(duì)位置；通過(guò)超聲振動(dòng)系統(tǒng)使壓頭7發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用；通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4間力的動(dòng)態(tài)變化；通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7對(duì)被測(cè)試接觸副零件4沖擊過(guò)程中被測(cè)試接觸副零件4達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)。
[0008]一實(shí)施例中:所述基座系統(tǒng)包括光學(xué)平板1，X軸滑臺(tái)2，Y軸滑臺(tái)12，Z軸滑臺(tái)11和分度盤(pán)支架3 ;X軸滑臺(tái)2滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板1上且可沿X軸方向滑動(dòng)；Y軸滑臺(tái)12滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板1上且可沿Υ軸方向滑動(dòng)；Ζ軸滑臺(tái)11滑動(dòng)裝接在Υ軸滑臺(tái)12上且可沿Ζ軸方向滑動(dòng)；所述X軸方向、Υ軸方向與Ζ軸方向兩兩垂直；分度盤(pán)支架3固定裝接在X軸滑臺(tái)2上；所述被測(cè)試接觸副零件4通過(guò)分度盤(pán)5固接在分度盤(pán)支架3上；
[0009]所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲發(fā)生器、超聲變幅桿9和壓力傳感器8 ;超聲變幅桿9裝接在Ζ軸滑臺(tái)11，超聲發(fā)生器傳動(dòng)連接超聲變幅桿9 ;壓力傳感器8固接在超聲變幅桿9上；所述壓頭7固接在壓力傳感器8 ;
[0010]所述測(cè)力系統(tǒng)包括上述之壓力傳感器8，第一電荷放大器和第一數(shù)據(jù)采集卡；該第一電荷放大器信號(hào)連接壓力傳感器8，該第一數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第一電荷放大器；
[0011]所述聲發(fā)射系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器6，第二電荷放大器和第二數(shù)據(jù)采集卡；所述聲發(fā)射傳感器6裝設(shè)在被測(cè)試接觸副零件4，該第二電荷放大器信號(hào)連接聲發(fā)射傳感器6，該第二數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第二電荷放大器；
[0012]通過(guò)X軸滑臺(tái)2、Y軸滑臺(tái)12和Ζ軸滑臺(tái)11使被測(cè)試接觸副零件4和壓頭7可在X軸方向、Υ軸方向與ζ軸方向上移動(dòng)從而調(diào)節(jié)被測(cè)試接觸副零件4與壓頭7的相對(duì)位置；通過(guò)分度盤(pán)5使被測(cè)試接觸副零件4的不同部位與壓頭7相對(duì)；通過(guò)超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲振動(dòng)并通過(guò)超聲變幅桿9傳遞至壓頭7以使壓頭7發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用。
[0013]一實(shí)施例中:所述壓頭7材質(zhì)與被測(cè)試接觸副零件4適配，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R = 0.008?0.21mm，圓錐角Θ =55°?125°。
[0014]一實(shí)施例中:所述X軸滑臺(tái)2由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.35 μm ;所述Y軸滑臺(tái)12由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于llym;所述Z軸滑臺(tái)11由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.35 μ mo
[0015]一實(shí)施例中:所述壓力傳感器8的性能參數(shù)為:當(dāng)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4間接觸力到達(dá)臨界值時(shí)，壓力傳感器8報(bào)警，此時(shí)即為壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸；所述臨界值根據(jù)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4的材質(zhì)決定。
[0016]一實(shí)施例中:所述聲發(fā)射傳感器6的性能參數(shù)為:頻率范圍為18?1010kHz，諧振頻率大于78kHz，靈敏度峰值大于65dB ；
[0017]一實(shí)施例中:所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 18?42KHz，振幅范圍為0?22 μ m，振動(dòng)波形為正弦波。
[0018]—實(shí)施例中:所述第一電荷放大器與第二電荷放大器為同一電荷放大器；所述第一數(shù)據(jù)采集卡與第二數(shù)據(jù)采集卡為同一數(shù)據(jù)采集卡。
[0019]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之二是:
[0020]一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備的使用方法，包括:
[0021]1)通過(guò)Y軸滑臺(tái)12和Z軸滑臺(tái)11調(diào)整壓頭7在Y軸方向與Z軸方向上的位置，并通過(guò)分度盤(pán)5調(diào)整被測(cè)試接觸副零件4的位置，以使壓頭7正對(duì)被測(cè)試接觸副零件4 ;
[0022]2)通過(guò)調(diào)整X軸滑臺(tái)2以使壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸；
[0023]3)啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)以使壓頭7發(fā)生振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4的相互作用；記錄相互作用時(shí)間；
[0024]4)利用分度盤(pán)5調(diào)整被測(cè)試接觸副零件4以使壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4的不同部位間發(fā)生相互作用；
[0025]5)通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用過(guò)程中力的動(dòng)態(tài)變化；
[0026]6)通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用過(guò)程中被測(cè)試接觸副零件4達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)；
[0027]7)檢測(cè)到被測(cè)試接觸副零件4達(dá)到疲勞破壞后的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，停止超聲振動(dòng)，得到被測(cè)試接觸副零件4的疲勞測(cè)試數(shù)據(jù)。
[0028]一實(shí)施例中:所述步驟2)中，壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸的方法包括:
[0029]21)通過(guò)調(diào)整X軸滑臺(tái)2以使壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4逐漸靠近，至肉眼無(wú)法分辨兩者相對(duì)位置后用塞尺確定兩者相對(duì)位置，繼續(xù)通過(guò)X軸滑臺(tái)2調(diào)整兩者相對(duì)位置至塞尺最小尺寸；
[0030]22)啟動(dòng)測(cè)力系統(tǒng)，每次以X軸滑臺(tái)2的最小位移移動(dòng)X軸滑臺(tái)2并通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4間接觸力的實(shí)時(shí)變化；當(dāng)接觸力到達(dá)臨界值時(shí)，停止移動(dòng)X軸滑臺(tái)2，此時(shí)即為壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸。
[0031]本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0032]本發(fā)明提供的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，提供了在微觀尺度下接觸副零件高頻疲勞測(cè)試設(shè)備和方法，可以對(duì)接觸副零件在微觀尺度下的高頻疲勞性能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸副零件高頻疲勞性能的進(jìn)一步了解，從而為接觸副零件的工藝設(shè)計(jì)，接觸副零件的高頻疲勞性能的檢測(cè)，以及對(duì)接觸副零件的檢測(cè)等應(yīng)用提供依據(jù)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0034]圖1所示為本發(fā)明的實(shí)施例1的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備示意圖。
[0035]圖2所示為本發(fā)明的實(shí)施例2的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備示意圖。
[0036]圖3所示為本發(fā)明的實(shí)施例3的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備示意圖。
[0037]圖4所示為本發(fā)明的實(shí)施例4的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備示意圖。
[0038]附圖標(biāo)記:1.光學(xué)平板；2.X軸滑臺(tái)；3.分度盤(pán)支架；4.被測(cè)試接觸副零件；5.分度盤(pán)；6.聲發(fā)射傳感器；7.壓頭；8.壓力傳感器；9.超聲變幅桿；10.變幅桿支架；11.Z軸滑臺(tái)；12.Y軸滑臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面通過(guò)實(shí)施例具體說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容:
[0040]實(shí)施例1測(cè)試滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的沖擊疲勞數(shù)據(jù)
[0041]請(qǐng)查閱圖1，一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，包括被測(cè)試接觸副零件4及與被測(cè)試接觸副零件4相互作用的壓頭7 ;還包括基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)；
[0042]所述基座系統(tǒng)包括光學(xué)平板1，X軸滑臺(tái)2，Y軸滑臺(tái)12，Z軸滑臺(tái)11和分度盤(pán)支架3 ；X軸滑臺(tái)2滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板1上且可沿X軸方向滑動(dòng)；Y軸滑臺(tái)12滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板1上且可沿Υ軸方向滑動(dòng)；Ζ軸滑臺(tái)11滑動(dòng)裝接在Υ軸滑臺(tái)12上且可沿Ζ軸方向滑動(dòng)；所述X軸方向、Υ軸方向與Ζ軸方向兩兩垂直；分度盤(pán)支架3固定裝接在X軸滑臺(tái)2上；所述被測(cè)試接觸副零件4通過(guò)分度盤(pán)5固接在分度盤(pán)支架3上；
[0043]所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲發(fā)生器、超聲變幅桿9和壓力傳感器8 ;超聲變幅桿9通過(guò)變幅桿支架10裝接在ζ軸滑臺(tái)11，超聲發(fā)生器傳動(dòng)連接超聲變幅桿9 ;壓力傳感器8固接在超聲變幅桿9上；所述壓頭7固接在壓力傳感器8 ;
[0044]所述測(cè)力系統(tǒng)包括上述之壓力傳感器8，第一電荷放大器和第一數(shù)據(jù)采集卡；該第一電荷放大器信號(hào)連接壓力傳感器8，該第一數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第一電荷放大器；
[0045]所述聲發(fā)射系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器6，第二電荷放大器和第二數(shù)據(jù)采集卡；所述聲發(fā)射傳感器6裝設(shè)在被測(cè)試接觸副零件4側(cè)面且與壓頭7和被測(cè)試接觸副零件4相互作用的位置相鄰，該第二電荷放大器信號(hào)連接聲發(fā)射傳感器6，該第二數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第二電荷放大器；
[0046]通過(guò)X軸滑臺(tái)2、Y軸滑臺(tái)12和Ζ軸滑臺(tái)11使被測(cè)試接觸副零件4和壓頭7可在X軸方向、Υ軸方向與ζ軸方向上移動(dòng)從而調(diào)節(jié)被測(cè)試接觸副零件4與壓頭7的相對(duì)位置；通過(guò)分度盤(pán)5使被測(cè)試接觸副零件4的不同部位與壓頭7相對(duì)；通過(guò)超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲振動(dòng)并通過(guò)超聲變幅桿9傳遞至壓頭7以使壓頭7發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用；所述相互作用包括高頻徑向沖擊和/或高頻剪切滑動(dòng)；通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4間力的動(dòng)態(tài)變化；通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7對(duì)被測(cè)試接觸副零件4沖擊過(guò)程中被測(cè)試接觸副零件4達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)。
[0047]本實(shí)施例之中，所述第一電荷放大器與第二電荷放大器為同一電荷放大器；所述第一數(shù)據(jù)采集卡與第二數(shù)據(jù)采集卡為同一數(shù)據(jù)采集卡。
[0048]本實(shí)施例之中，所述X軸滑臺(tái)2由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.3 μπι;所述Υ軸滑臺(tái)12由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于ΙΟμπι;所述Ζ軸滑臺(tái)11由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.3 μ m。
[0049]本實(shí)施例之中，所述壓力傳感器8的性能參數(shù)為:當(dāng)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4間接觸力到達(dá)臨界值時(shí)，壓力傳感器8報(bào)警，此時(shí)即為壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸；所述臨界值=0.005?0.02N，根據(jù)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4的材質(zhì)決定，材料硬度越大，臨界值越高。
[0050]測(cè)試方法如下:
[0051]1)通過(guò)Y軸滑臺(tái)12和Z軸滑臺(tái)11調(diào)整壓頭7在Y軸方向與Z軸方向上的位置，并通過(guò)分度盤(pán)5調(diào)整被測(cè)試接觸副零件4的位置，以使壓頭7正對(duì)被測(cè)試接觸副零件4 ;
[0052]2)通過(guò)調(diào)整X軸滑臺(tái)2以使壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸；所述判斷壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸的方法如下21)-22)所示:
[0053]21)通過(guò)調(diào)整X軸滑臺(tái)2以使壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4逐漸靠近，至肉眼無(wú)法分辨兩者相對(duì)位置后用塞尺確定兩者相對(duì)位置，繼續(xù)通過(guò)X軸滑臺(tái)2調(diào)整兩者相對(duì)位置至塞尺最小尺寸；
[0054]22)啟動(dòng)測(cè)力系統(tǒng)，每次以X軸滑臺(tái)2的最小位移移動(dòng)X軸滑臺(tái)2并通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4間接觸力的實(shí)時(shí)變化；當(dāng)接觸力到達(dá)臨界值時(shí)，壓力傳感器8報(bào)警，停止移動(dòng)X軸滑臺(tái)2，此時(shí)即為壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4剛好接觸；所述臨界值=0.005?0.02N，根據(jù)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4的材質(zhì)決定，材料硬度越大，臨界值越高；
[0055]3)啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)以使壓頭7發(fā)生振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4的相互作用；記錄相互作用時(shí)間；
[0056]4)利用分度盤(pán)5調(diào)整被測(cè)試接觸副零件4以使壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4的不同部位間發(fā)生相互作用；
[0057]5)通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用過(guò)程中力的動(dòng)態(tài)變化；
[0058]6)通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用過(guò)程中被測(cè)試接觸副零件4達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)；
[0059]7)檢測(cè)到被測(cè)試接觸副零件4達(dá)到疲勞破壞后的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，停止超聲振動(dòng)，得到被測(cè)試接觸副零件4的疲勞測(cè)試數(shù)據(jù)。
[0060]本實(shí)施例之中，所述壓頭7材質(zhì)與被測(cè)試接觸副零件4適配，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R = 0.01?0.2mm，圓錐角Θ =60°?120° ;具體地，所述被測(cè)試接觸副零件4為滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，其材質(zhì)為GCrl5 ;所述壓頭7材質(zhì)與被測(cè)試接觸副零件4適配，為GCrl5，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R = 0.2mm，圓錐角Θ =120° (標(biāo)準(zhǔn)洛氏壓頭)。所述壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用為高頻徑向沖擊。所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 20?40KHz，振幅范圍為0?20 μ m，振動(dòng)波形為正弦波；具體地，振動(dòng)頻率f = 20KHz，振幅范圍為15 μ m，振動(dòng)波形為正弦波；所述聲發(fā)射傳感器6的性能參數(shù)為:頻率范圍為20?1000kHz，諧振頻率480kHz，靈敏度峰值120dB。
[0061]實(shí)施例2測(cè)試滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的剪切疲勞數(shù)據(jù)
[0062]如圖2所示，本實(shí)施例之中，所述被測(cè)試接觸副零件4為滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，其材質(zhì)為GCrl5 ;所述壓頭7材質(zhì)與被測(cè)試接觸副零件4適配，為GCrl5，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R = 0.2mm，圓錐角Θ =120° (標(biāo)準(zhǔn)洛氏壓頭)。所述壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用為高頻剪切滑動(dòng)。所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 20KHz，振幅范圍為15 μ m，振動(dòng)波形為正弦波；所述聲發(fā)射傳感器6的性能參數(shù)為:頻率范圍為20?1000kHz，諧振頻率480kHz，靈敏度峰值120dB。其余同實(shí)施例1。
[0063]實(shí)施例3測(cè)試齒輪齒面的沖擊疲勞數(shù)據(jù)
[0064]如圖3所示，本實(shí)施例之中，所述被測(cè)試接觸副零件4為齒輪，其材質(zhì)為42CrMo ；所述壓頭7材質(zhì)與被測(cè)試接觸副零件4適配，為42CrMo，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R = 0.2mm，圓錐角Θ = 120° (標(biāo)準(zhǔn)洛氏壓頭)。所述壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用為高頻徑向沖擊。所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 20KHz，振幅范圍為15 μ m，振動(dòng)波形為正弦波；所述聲發(fā)射傳感器6的性能參數(shù)為:頻率范圍為20?1000kHz，諧振頻率480kHz，靈敏度峰值120dB。其余同實(shí)施例1。
[0065]實(shí)施例4測(cè)試齒輪齒面的剪切疲勞數(shù)據(jù)
[0066]如圖4所示，本實(shí)施例之中，所述被測(cè)試接觸副零件4為齒輪，其材質(zhì)為42CrMo ；所述壓頭7材質(zhì)與被測(cè)試接觸副零件4適配，為42CrMo，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R = 0.2mm，圓錐角Θ = 120° (標(biāo)準(zhǔn)洛氏壓頭)。所述壓頭7與被測(cè)試接觸副零件4相互作用為高頻剪切滑動(dòng)。所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 20KHz，振幅范圍為15 μ m，振動(dòng)波形為正弦波；所述聲發(fā)射傳感器6的性能參數(shù)為:頻率范圍為20?1000kHz，諧振頻率480kHz，靈敏度峰值120dB。其余同實(shí)施例1。
[0067]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于:包括被測(cè)試接觸副零件(4)及與被測(cè)試接觸副零件(4)相互作用的壓頭(7);還包括基座系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)力系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)； 所述被測(cè)試接觸副零件(4)固接在基座系統(tǒng)上；所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述測(cè)力系統(tǒng)裝接在基座系統(tǒng)上；所述壓頭(7)固接在超聲振動(dòng)系統(tǒng)上且與測(cè)力系統(tǒng)相連；所述聲發(fā)射系統(tǒng)信號(hào)連接被測(cè)試接觸副零件(4); 通過(guò)基座系統(tǒng)調(diào)節(jié)被測(cè)試接觸副零件(4)與壓頭(7)的相對(duì)位置；通過(guò)超聲振動(dòng)系統(tǒng)使壓頭(7)發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)相互作用；通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)間力的動(dòng)態(tài)變化；通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)壓頭(7)對(duì)被測(cè)試接觸副零件(4)沖擊過(guò)程中被測(cè)試接觸副零件(4)達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于: 所述基座系統(tǒng)包括光學(xué)平板(1)，X軸滑臺(tái)(2)，Y軸滑臺(tái)(12)，Z軸滑臺(tái)(11)和分度盤(pán)支架(3) ;X軸滑臺(tái)(2)滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板(I)上且可沿X軸方向滑動(dòng)；Y軸滑臺(tái)(12)滑動(dòng)裝接在光學(xué)平板(I)上且可沿Y軸方向滑動(dòng)；Ζ軸滑臺(tái)(11)滑動(dòng)裝接在Y軸滑臺(tái)(12)上且可沿Z軸方向滑動(dòng)；所述X軸方向、Y軸方向與Z軸方向兩兩垂直；分度盤(pán)支架⑶固定裝接在X軸滑臺(tái)(2)上；所述被測(cè)試接觸副零件(4)通過(guò)分度盤(pán)(5)固接在分度盤(pán)支架(3)上； 所述超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲發(fā)生器、超聲變幅桿(9)和壓力傳感器(8);超聲變幅桿(9)裝接在Z軸滑臺(tái)(11)，超聲發(fā)生器傳動(dòng)連接超聲變幅桿(9);壓力傳感器(8)固接在超聲變幅桿(9)上；所述壓頭(7)固接在壓力傳感器(8); 所述測(cè)力系統(tǒng)包括上述之壓力傳感器(8)，第一電荷放大器和第一數(shù)據(jù)采集卡；該第一電荷放大器信號(hào)連接壓力傳感器(8)，該第一數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第一電荷放大器；所述聲發(fā)射系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器(6)，第二電荷放大器和第二數(shù)據(jù)采集卡；所述聲發(fā)射傳感器(6)裝設(shè)在被測(cè)試接觸副零件(4)，該第二電荷放大器信號(hào)連接聲發(fā)射傳感器(6)，該第二數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)連接第二電荷放大器； 通過(guò)X軸滑臺(tái)(2)、Y軸滑臺(tái)(12)和Z軸滑臺(tái)(11)使被測(cè)試接觸副零件⑷和壓頭(7)可在X軸方向、Y軸方向與Z軸方向上移動(dòng)從而調(diào)節(jié)被測(cè)試接觸副零件(4)與壓頭(7)的相對(duì)位置；通過(guò)分度盤(pán)(5)使被測(cè)試接觸副零件(4)的不同部位與壓頭(7)相對(duì)；通過(guò)超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲振動(dòng)并通過(guò)超聲變幅桿(9)傳遞至壓頭(7)以使壓頭(7)發(fā)生振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)相互作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于:所述壓頭(7)材質(zhì)與被測(cè)試接觸副零件(4)適配，其形狀為帶圓頭的圓錐，圓頭半徑R=0.008 ?0.21mm，圓錐角 Θ =55。?125。。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于:所述X軸滑臺(tái)(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.35 μ m;所述Y軸滑臺(tái)(12)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于Ilym;所述Z軸滑臺(tái)(11)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其步進(jìn)精度優(yōu)于0.35 μ mD
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于:所述壓力傳感器(8)的性能參數(shù)為:當(dāng)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)間接觸力到達(dá)臨界值時(shí)，壓力傳感器(8)報(bào)警，此時(shí)即為壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)剛好接觸；所述臨界值根據(jù)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)的材質(zhì)決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于:所述聲發(fā)射傳感器(6)的性能參數(shù)為:頻率范圍為18?1010kHz，諧振頻率大于78kHz，靈敏度峰值大于65dB。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于:所述超聲發(fā)生器的性能參數(shù)為:振動(dòng)頻率f = 18?42KHz，振幅范圍為O?22 μπι，振動(dòng)波形為正弦波。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備，其特征在于:所述第一電荷放大器與第二電荷放大器為同一電荷放大器；所述第一數(shù)據(jù)采集卡與第二數(shù)據(jù)采集卡為同一數(shù)據(jù)采集卡。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備的使用方法，其特征在于:包括: 1)通過(guò)Y軸滑臺(tái)(12)和Z軸滑臺(tái)(11)調(diào)整壓頭(7)在Y軸方向與Z軸方向上的位置，并通過(guò)分度盤(pán)(5)調(diào)整被測(cè)試接觸副零件(4)的位置，以使壓頭(7)正對(duì)被測(cè)試接觸副零件⑷； 2)通過(guò)調(diào)整X軸滑臺(tái)(2)以使壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件⑷剛好接觸； 3)啟動(dòng)超聲振動(dòng)系統(tǒng)以使壓頭(7)發(fā)生振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)的相互作用；記錄相互作用時(shí)間； 4)利用分度盤(pán)(5)調(diào)整被測(cè)試接觸副零件(4)以使壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)的不同部位間發(fā)生相互作用； 5)通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)相互作用過(guò)程中力的動(dòng)態(tài)變化； 6)通過(guò)聲發(fā)射系統(tǒng)檢測(cè)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)相互作用過(guò)程中被測(cè)試接觸副零件(4)達(dá)到疲勞破壞時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)； 7)檢測(cè)到被測(cè)試接觸副零件(4)達(dá)到疲勞破壞后的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，停止超聲振動(dòng)，得到被測(cè)試接觸副零件(4)的疲勞測(cè)試數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于超聲振動(dòng)的接觸副零件疲勞測(cè)試設(shè)備的使用方法，其特征在于:所述步驟2)中，壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)剛好接觸的方法包括: 21)通過(guò)調(diào)整X軸滑臺(tái)(2)以使壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)逐漸靠近，至肉眼無(wú)法分辨兩者相對(duì)位置后用塞尺確定兩者相對(duì)位置，繼續(xù)通過(guò)X軸滑臺(tái)(2)調(diào)整兩者相對(duì)位置至塞尺最小尺寸； 22)啟動(dòng)測(cè)力系統(tǒng)，每次以X軸滑臺(tái)(2)的最小位移移動(dòng)X軸滑臺(tái)(2)并通過(guò)測(cè)力系統(tǒng)檢測(cè)壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)間接觸力的實(shí)時(shí)變化；當(dāng)接觸力到達(dá)臨界值時(shí)，停止移動(dòng)X軸滑臺(tái)(2)，此時(shí)即為壓頭(7)與被測(cè)試接觸副零件(4)剛好接觸。
【文檔編號(hào)】G01M13/02GK104458253SQ201410852460
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】姜峰, 王寧昌, 徐西鵬, 言蘭 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)