接觸疲勞壽命（鋼球接觸疲勞試驗(yàn)）

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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(yīng)力水平下運(yùn)轉(zhuǎn)至疲勞剝落所承受的應(yīng)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(yàn)因素嚴(yán)格控制外，試樣受力的均勻性和穩(wěn)定性是一個(gè)重要的因素,，即試樣接觸表面層的每一個(gè)單元體,，每承受一次應(yīng)力循環(huán)，其應(yīng)力幅值應(yīng)基本相同或接近,，這樣所得的試驗(yàn)結(jié)果作為在某一應(yīng)力水平下的疲勞壽命才是準(zhǔn)確可靠的,。

推力片試驗(yàn)機(jī)的接觸原理，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)半徑為r的鋼球與一個(gè)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(diǎn)接觸,，變成橢圓面接觸,，即橢圓面的長(zhǎng)短半軸相等，其接觸應(yīng)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(yīng)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(dòng)中心公轉(zhuǎn)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(yīng)力一次。若一個(gè)或若干個(gè)鋼球準(zhǔn)確不變地沿滾動(dòng)中心連續(xù)滾動(dòng),，試樣的接觸帶和每個(gè)單元體所承受的壓應(yīng)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(zhǔn)確可靠的,。

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

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圖2 鋼球接觸應(yīng)力

若試驗(yàn)過程中,，由于試驗(yàn)機(jī)和陪試件的精度較差，或同軸度較差造成鋼球的滾動(dòng)中心不重合,，試樣的接觸應(yīng)力分布和接觸寬度均會(huì)發(fā)生變化,，如圖2所示,，若鋼球的滾動(dòng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力相差就越大,，接觸帶就越寬,。當(dāng)file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.gif時(shí)，試樣上就出現(xiàn)雙接觸帶或交叉接觸帶,，即鋼球滾動(dòng)一圈,，某些單元體不承受接觸壓應(yīng)力；當(dāng)file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.gif時(shí),，試驗(yàn)過程中試樣出現(xiàn)寬接觸帶,，兩個(gè)滾動(dòng)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(yīng)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(yīng)力的變化范圍可由下列公式計(jì)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(dòng)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(yīng)力  kgf/mm2

       file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image027.gif—實(shí)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(yīng)力  kgf/mm2

   R—鋼球半徑  mm

  B—實(shí)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(dòng)中心距 mm

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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(yàn)載荷： 0.2～20kN，控制精度±2%F.S

3）轉(zhuǎn)速： 300～3000r/min, 控制精度±1%F.S

4) 主軸徑向跳動(dòng)：≤0.01mm

4）測(cè)量參數(shù):  載荷,、速度,、溫度、電流和振動(dòng)   

5）控制方式： 自動(dòng)控制

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6）主機(jī)功率：3kW

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動(dòng)圖未附上

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鋼球與平面接觸,，書上都說是橢圓面接觸,。鋼球是完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，想象不出橢圓到底是啥樣的,，有的方向長(zhǎng),？有的方向短？
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既然長(zhǎng)短半軸相等,，為何還要說是橢圓面接觸,，不能說圓面接觸？
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接觸區(qū)域的應(yīng)力,，除了有壓應(yīng)力,，還有剪應(yīng)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(cuò)層運(yùn)動(dòng)，一定會(huì)存在剪應(yīng)力,。
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如果鋼球是滾動(dòng)的,，摩擦力還會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎矩。如果考慮摩擦熱影響,，其受力將很復(fù)雜,。

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鋼球試驗(yàn)機(jī)