接觸疲勞壽命（鋼球接觸疲勞試驗）

軸研小草

金屬材料抗接觸疲勞性能的優(yōu)劣，主要是以試樣或零件接觸表面層某一單元體，在某一應力水平下運轉至疲勞剝落所承受的應力循環(huán)次數(shù)（疲勞壽命）作為判據(jù)。因此，判據(jù)是否可靠，除了其它試驗因素嚴格控制外，試樣受力的均勻性和穩(wěn)定性是一個重要的因素，即試樣接觸表面層的每一個單元體，每承受一次應力循環(huán)，其應力幅值應基本相同或接近，這樣所得的試驗結果作為在某一應力水平下的疲勞壽命才是準確可靠的。

推力片試驗機的接觸原理，可以簡化為一個半徑為r的鋼球與一個平面（半徑為file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif）相接觸。根據(jù)赫茲理論在軸向力P的作用下，由于彈性變形，鋼球與平面的點接觸，變成橢圓面接觸，即橢圓面的長短半軸相等，其接觸應力分布示意圖如圖2所示，圖中file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif為最大接觸應力，file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif為接觸橢圓的短半軸。鋼球沿滾動中心公轉一圈，試樣表面接觸帶寬度為file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif，觸帶中心每一單元體承受最大接觸壓應力一次。若一個或若干個鋼球準確不變地沿滾動中心連續(xù)滾動，試樣的接觸帶和每個單元體所承受的壓應力也均保持不變，直到試樣疲勞破壞為止，這樣所得的疲勞數(shù)據(jù)是準確可靠的。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif

圖2 鋼球接觸應力

若試驗過程中，由于試驗機和陪試件的精度較差，或同軸度較差造成鋼球的滾動中心不重合，試樣的接觸應力分布和接觸寬度均會發(fā)生變化，如圖2所示，若鋼球的滾動中心相差file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif，試樣接觸帶寬度就增大到file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif，這樣接觸帶中心file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif處單元體所受接觸應力就由file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif降低至file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif，file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif、file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif處單元體所受接觸應力在file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif與file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif之間變化，file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif越大，所受接觸應力相差就越大，接觸帶就越寬。當file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.gif時，試樣上就出現(xiàn)雙接觸帶或交叉接觸帶，即鋼球滾動一圈，某些單元體不承受接觸壓應力；當file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.gif時，試驗過程中試樣出現(xiàn)寬接觸帶，兩個滾動中心file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif和file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif所受接觸應力在file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif與file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif之間無序變化，而在file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif和file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif中心處的file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.gif值則保持不變，其接觸應力的變化范圍可由下列公式計算：

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image029.gif     ‥‥‥‥‥‥‥‥‥（1）

   file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image031.gif  ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（2）

   file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image033.gif     ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（3）

   file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image035.gif            ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（4）

式中：  file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif—由于鋼球滾動中心不重合，在file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif和file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif處所受的低幅接觸應力  kgf/mm2

       file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.gif—實際接觸帶中心（file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image038.gif）處所受接觸應力  kgf/mm2

   R—鋼球半徑  mm

  B—實際接觸帶寬度 mm

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif—鋼球滾動中心距 mm

/ x- P: T7 {" t/ D# J

1）試樣的形狀和尺寸：

推力片試樣：φ35mm/φ52mm

鋼球（陶瓷球）直徑范圍：φ8～φ25mm

2）試驗載荷： 0.2～20kN，控制精度±2%F.S

3）轉速： 300～3000r/min, 控制精度±1%F.S

4) 主軸徑向跳動：≤0.01mm

4）測量參數(shù):  載荷、速度、溫度、電流和振動   

5）控制方式： 自動控制

5 j3 ]$ _5 q7 V/ r% L7 O

6）主機功率：3kW

pokerkings

動圖未附上

fmdd

鋼球與平面接觸，書上都說是橢圓面接觸。鋼球是完全對稱結構，想象不出橢圓到底是啥樣的，有的方向長？有的方向短？

既然長短半軸相等，為何還要說是橢圓面接觸，不能說圓面接觸？

接觸區(qū)域的應力，除了有壓應力，還有剪應力。比如接觸的鋼板變形量不一致，中心變形大，邊緣變形小，存在錯層運動，一定會存在剪應力。
- l7 L$ Y- K+ b8 v! R/ ^
/ ^5 M- c2 x  \  t: ^  G# M/ @如果鋼球是滾動的，摩擦力還會產(chǎn)生側向彎矩。如果考慮摩擦熱影響，其受力將很復雜。

軸研小草

鋼球試驗機