一种对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法技术

本发明专利技术涉及机床轴承材料的使役行为研究领域，具体地说是一种对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法。该测试方法模拟实际高速陶瓷混合轴承材料，选用相应的GCr15轴承钢和陶瓷滚动体材料。将待测试轴承钢加工成直径12mm、长度120mm的轴承钢棒试样，将陶瓷滚动体材料加工成直径为12.7mm的陶瓷球。开展球棒式滚动接触疲劳试验，采用定数截尾的方法估计轴承钢的接触疲劳寿命。接触应力循环周次截尾值可设为2

【技术实现步骤摘要】
一种对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法


[0001]本专利技术涉及GCr15轴承钢材料的滚动接触疲劳使役行为评价领域，特别涉及高端机床轴承的滚动接触疲劳使役行为评价，具体地说是一种对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法。

技术介绍

[0002]高端精密机床作为加工精密零件的重要设备，其主轴轴承的精度与加工零件的质量密切相关。轴承在服役过程中，运转环境相对恶劣，严重影响了轴承的寿命，最受人们关注的就是高端精密机床轴承的精度寿命及疲劳寿命。如图4所示，滚动轴承是机械设备中最常见的一个核心基础零部件，滚动轴承的基本构造由左密封13、外圈14、滚动体15、保持架16、内圈17、右密封18组合构成，最容易失效的部位就是滚动体和内外圈，是决定轴承整体性能的关键因素。
[0003]轴承在服役过程中，滑动摩擦磨损和滚动接触疲劳是最容易导致失效的两种形式，本专利技术是针对滚动体与内外圈之间的滚动接触疲劳接触进行模拟，使用材料级的GCr15轴承钢与实际轴承中陶瓷滚动体对摩，评价GCr15轴承钢的滚动接触疲劳性能。
[0004]如图1所示，滚动接触疲劳试验机是可以模拟实际轴承中滚动体和内外圈的滚动接触疲劳行为的试验装置。试验时，采用球棒式滚动接触疲劳试验机，采用砝码加载，调节杠杆平衡，根据实际轴承的接触应力，利用赫兹接触应力计算出加载不同砝码以获得轴承钢棒试样与陶瓷滚动体之间的不同应力，然后进行滚动接触疲劳试验，最后得到GCr15轴承钢的滚动接触疲劳性能。该试验装置可以作为一种对高端机床用陶瓷混合轴承结构、材料和工况模拟较好的方法，对于GCr15轴承钢的滚动接触疲劳性能测试、疲劳机理研究和选材具有重要意义。
[0005]国内目前有关滚动接触疲劳性能研究的可见报道，其试验方法多采用四球试验机进行试验，样品加工很麻烦。目前常见的轴承台架实验，由于影响因素众多，只能勉强考核轴承部件的服役性能，无法获得其中GCr15轴承钢的滚动接触疲劳性能信息。球棒试验机的试样加工简单，陶瓷滚动体可直接使用实际轴承的材料或者是陶瓷球。
[0006]此外，也有一些专门针对GCr15轴承钢的滚动接触疲劳性能测试及方法，但是存在测试工况中的润滑条件、对摩副及保持架材料等无法根据高端精密机床轴承实际情况而改变等缺点，因此无法给出可靠的GCr15轴承钢的滚动接触疲劳性能评价。
[0007]最后，已有的评价方法均没有综合考虑接触疲劳循环周次寿命和GCr15轴承钢在滚动接触疲劳过程中形貌变化对精度寿命的影响，对于GCr15轴承钢的评价已经不适用于现在高端精密机床的发展。
[0008]因此，亟需开发一种针对高端机床用GCr15轴承钢滚动接触疲劳性能的测试方法，同时又制造简单、操作也更加方便、费用低廉。此装置采用常规球棒试验机就可以简单的评价材料级的GCr15轴承钢与实际轴承用陶瓷滚动体之间的滚动接触疲劳的寿命。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，已解决现有方法多采用台架试验考核，导致费用高和影响因素多，无法直接获得滚动接触疲劳寿命等问题。
[0010]本专利技术的技术方案是：
[0011]一种对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，具体步骤如下：
[0012]a、材料的选择，模拟实际高速陶瓷混合轴承材料，选用相应的GCr15轴承钢和陶瓷滚动体材料；
[0013]b、将待测试GCr15轴承钢加工成直径12mm、长度120mm的轴承钢棒试样，将陶瓷滚动体材料加工成球径12.7mm的陶瓷球，精度等级与实际轴承中陶瓷滚动体的精度等级一致；
[0014]c、开展球棒式滚动接触疲劳试验，采用定数截尾的方法估计轴承钢的接触疲劳寿命，接触应力循环周次截尾值设为2
×
108，接触应力值为5GPa，轴承钢棒试样的转速为5000rpm，选用实际轴承所用的润滑脂润滑。
[0015]所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，球棒式滚动接触疲劳试验采用的滚动接触疲劳试验机，主要包括：限位板、上推力轴承、上锥环底座、GCr15轴承钢棒、上锥环、陶瓷滚动体、立柱、下锥环、保持架、下锥环底座、下推力轴承、固定板平台，具体结构如下：
[0016]水平的固定板平台上垂直设置两个相对平行的立柱，GCr15轴承钢棒沿竖向设置于两个立柱之间，上推力轴承、上锥环底座、上锥环、下锥环、下锥环底座、下推力轴承自上至下依次套装于GCr15轴承钢棒，GCr15轴承钢棒分别与上推力轴承和下推力轴承的内圈连接，上锥环、下锥环的内表面为环形锥面且上下相对应，上锥环嵌设于上锥环底座的中心孔内，下锥环嵌设于下锥环底座的中心孔内，在上锥环、下锥环之间设置保持架和陶瓷滚动体，三个陶瓷滚动体均匀安装于保持架上，通过上锥环的上表面向下加载，由上锥环的内表面对陶瓷滚动体施加压力，通过下锥环的下表面向上加载，由下锥环的内表面对陶瓷滚动体施加压力；
[0017]水平的限位板上开设三个孔，位于两侧的孔与立柱相对应并匹配，位于中间的孔与GCr15轴承钢棒相对应并匹配；装配后，限位板套设于两个立柱和GCr15轴承钢棒，并与立柱和GCr15轴承钢棒呈滑动配合；测试时，GCr15轴承钢棒的上端连接到旋转主轴，主轴通过电机或电主轴驱动，GCr15轴承钢棒在主轴的驱动下产生高速旋转；GCr15轴承钢棒的旋转带动陶瓷滚动体产生自转和绕轴承钢棒的公转，从而模拟实际轴承中陶瓷滚动体的运动形式。
[0018]所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，根据对滚动接触疲劳试验机的摸索，确定GCr15轴承钢试样棒的粗糙度为0.02μm。
[0019]所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，所选用的GCr15轴承钢棒其中一端量出40mm夹持在夹具中，此测试方法在一根GCr15轴承钢棒上重复十次试验。
[0020]所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试
的方法，通过滚动接触疲劳试验后，按照定数截尾的计算方法得到GCr15轴承钢的疲劳寿命，直接模拟实际轴承的疲劳寿命。
[0021]所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，根据轴承实际服役工况，滚动接触疲劳试验机加载主轴的推动通过砝码+杠杆实现，采用砝码加载，调节杠杆平衡，在杠杆处加不同的砝码，利用赫兹接触应力计算，得到不同的接触应力，与实际轴承的接触应力相符。
[0022]所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，固定轴承钢棒试样和滚动体的尺寸，更换不同材料的轴承钢棒试样和滚动体。
[0023]所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，其特征在于，具体步骤如下：a、材料的选择，模拟实际高速陶瓷混合轴承材料，选用相应的GCr15轴承钢和陶瓷滚动体材料；b、将待测试GCr15轴承钢加工成直径12mm、长度120mm的轴承钢棒试样，将陶瓷滚动体材料加工成球径12.7mm的陶瓷球，精度等级与实际轴承中陶瓷滚动体的精度等级一致；c、开展球棒式滚动接触疲劳试验，采用定数截尾的方法估计轴承钢的接触疲劳寿命，接触应力循环周次截尾值设为2
×
108，接触应力值为5GPa，轴承钢棒试样的转速为5000rpm，选用实际轴承所用的润滑脂润滑。2.按照权利要求1所述的对制造高速陶瓷混合轴承所用的GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳性能测试的方法，其特征在于，球棒式滚动接触疲劳试验采用的滚动接触疲劳试验机，主要包括：限位板、上推力轴承、上锥环底座、GCr15轴承钢棒、上锥环、陶瓷滚动体、立柱、下锥环、保持架、下锥环底座、下推力轴承、固定板平台，具体结构如下：水平的固定板平台上垂直设置两个相对平行的立柱，GCr15轴承钢棒沿竖向设置于两个立柱之间，上推力轴承、上锥环底座、上锥环、下锥环、下锥环底座、下推力轴承自上至下依次套装于GCr15轴承钢棒，GCr15轴承钢棒分别与上推力轴承和下推力轴承的内圈连接，上锥环、下锥环的内表面为环形锥面且上下相对应，上锥环嵌设于上锥环底座的中心孔内，下锥环嵌设于下锥环底座的中心孔内，在上锥环、下锥环之间设置保持架和陶瓷滚动体，三个陶瓷滚动体均匀安装于保持架上，通过上锥环的上表面向下加载，由上锥环的内表面对陶瓷滚动体施加压力，通过下锥环的下表面向上加载，由下锥环的内表面对陶瓷滚动体施加压力；水平的限位板上开设三个孔，位于两侧的孔与立柱相对应并匹配，位于中间的孔与GCr15轴承钢棒相对应并匹配；装配后，限位板套设于两个立柱和GCr15轴承钢棒，并与立柱和GCr15轴承钢棒呈滑动配合；测试时，GCr15轴承钢棒的上端连接到旋转主轴，主轴通过电机或电主轴驱动，GCr15轴承钢棒在主轴的驱动下产生高速旋转；GCr15轴承钢棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林龙，薛伟海，段德莉，杨丽琪，吴彼，高禩洋，李曙，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：