[摘要] 通過(guò)對(duì)復(fù)合材料滾動(dòng)軸承的疲勞試驗(yàn)，研究了短纖維注射成型工藝研制的玻纖/尼龍66滾動(dòng)軸承的疲勞壽命和失效形式，為復(fù)合材料滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。
關(guān)鍵詞 復(fù)合材料 滾動(dòng)軸承 疲勞試驗(yàn) 失效分析
Test Research on the Fatigue of the Composite
Material for Rolling Bearings
Zhang Li Yang yong Zhang Heng
(Loyang Institute of Technology)
［Abstract］ This paper deals with a fatigue test of the composite material for rolling bearings,and analyses the fatigue life and fatigue failure of glass-fiber/nylon 66 composite rolling bearings formed by injection.The valuable testing method is obtained for the design and application of composite rolling bearings.
Keywords composite rolling bearings fatigue test fatigue failure
1 前言
復(fù)合材料滾動(dòng)軸承具有良好的耐磨損性、耐腐蝕性、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性，并能減振降噪且成本低，因此在許多工業(yè)領(lǐng)域中獲得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。但復(fù)合材料的疲勞性能與金屬材料有明顯不同［1］。復(fù)合材料對(duì)加載頻率和試驗(yàn)溫度很敏感，而且疲勞壽命實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)更離散，所以把金屬疲勞的試驗(yàn)方法用于復(fù)合材料顯然是不適合的。本文對(duì)復(fù)合材料滾動(dòng)軸承進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)研究，提供了一種簡(jiǎn)單方便的測(cè)試方法，以保證復(fù)合材料滾動(dòng)軸承的安全可靠性，促進(jìn)復(fù)合材料滾動(dòng)軸承在工業(yè)上的應(yīng)用和發(fā)展。
2 試驗(yàn)研究
2.1 試件和試驗(yàn)設(shè)備
試驗(yàn)采用25套204型復(fù)合材料滾動(dòng)軸承，試驗(yàn)復(fù)合材料滾動(dòng)軸承由短玻纖增強(qiáng)的尼龍66制成，制作工藝采用可熔性合金型蕊注射成型［2］。
試驗(yàn)設(shè)備選用JB-30型滾動(dòng)軸承疲勞試驗(yàn)機(jī)。
2.2 試驗(yàn)方法
軸承疲勞壽命是非常離散的，要用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理數(shù)據(jù)。本試驗(yàn)采用簡(jiǎn)單方便的截尾試驗(yàn)法。
設(shè)試驗(yàn)軸承為n套，其中有r套軸承已破壞，其壽命分別為L(zhǎng)1，L2，…，Lr。其余的(n-r)套軸承已分別試驗(yàn)了Lr+1,Lr+2,…Ln時(shí)間，尚未破壞。此時(shí)可以不再進(jìn)行試驗(yàn)，用已得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算原壽命分布的參數(shù)估計(jì)值。截尾試驗(yàn)法有定時(shí)和定數(shù)兩種，本試驗(yàn)采用定數(shù)截尾法。設(shè)事先給定應(yīng)得到疲勞破壞的軸承套數(shù)r，又稱為截尾數(shù)，試驗(yàn)到所給定的截尾數(shù)后停試，且應(yīng)使未疲勞破壞軸承的壽命大于疲勞破壞軸承中壽命最長(zhǎng)的值。
在204型復(fù)合材料滾動(dòng)軸承上施加徑向載荷588N，油潤(rùn)滑，給定截尾數(shù)為15。試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速為12800r/min，所有試件的試驗(yàn)頻率和溫度環(huán)境相同。另外，為了便于比較，同時(shí)對(duì)25套尼龍66制成的204塑料軸承進(jìn)行試驗(yàn)，施加徑向載荷為392N，20＃油潤(rùn)滑，給定截尾數(shù)和試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速與復(fù)合材料軸承相同。
2.3 處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)
對(duì)疲勞壽命的研究發(fā)現(xiàn)，韋布爾(Weibull)分布比正態(tài)分布更接近于疲勞破壞規(guī)律。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，滾動(dòng)軸承的壽命符合兩參數(shù)韋布爾分布。軸承壽命L0的破壞概率用韋布爾函數(shù)表示為［4］：
F(L0)=1-exp［-(L0/β)e］
其中L0=106轉(zhuǎn)，e是斜率參數(shù)，β為特征壽命參數(shù)。本文采用最佳線性不變估計(jì)法估算參數(shù)e和β［3］，對(duì)復(fù)合材料軸承,e=5.756，β=4.467×106；對(duì)塑料軸承，e=3.02,β=7.104×106。
2.4 疲勞破壞的監(jiān)測(cè)
本試驗(yàn)使用表面溫度計(jì)，采用溫升監(jiān)測(cè)法及聲響判斷法來(lái)判斷滾動(dòng)軸承的疲勞破壞。
軸承運(yùn)轉(zhuǎn)后，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面之間產(chǎn)生摩擦熱，軸承的溫度從原始溫度逐漸上升。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后產(chǎn)生的熱和散發(fā)的熱達(dá)到平衡，溫度保持不變。軸承發(fā)生疲勞破壞時(shí)，摩擦加劇，產(chǎn)生的熱也增加，溫度再逐步上升。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的溫度變化如圖1所示。T1為室溫，18℃左右；T2為軸承正常運(yùn)行時(shí)的溫度，38℃左右；t1為初始運(yùn)行時(shí)間，約50min；t轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)注來(lái)源158機(jī)床網(wǎng)
