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(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(diǎn)接觸，變成橢圓面接觸，即橢圓面的長短半軸相等，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。若一個或若干個鋼球準(zhǔn)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(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中心不重合，試樣的接觸應(yīng)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(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，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(yīng)力；當(dāng)file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image025.gif時，試驗(yàn)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(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：≤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

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6）主機(jī)功率：3kW

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動圖未附上

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鋼球與平面接觸，書上都說是橢圓面接觸。鋼球是完全對稱結(jié)構(gòu)，想象不出橢圓到底是啥樣的，有的方向長？有的方向短？
- l' r$ ?! J% _3 F/ r* y: P0 ~
2 m5 O# y# G* V: ?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？
# ], V! n& e6 p  |) P6 z: G
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，存在錯層運(yùn)動，一定會存在剪應(yīng)力。
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6 s8 ^) k) u. w如果鋼球是滾動的，摩擦力還會產(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)