[摘要] 通過對復合材料滾動軸承的疲勞試驗，研究了短纖維注射成型工藝研制的玻纖/尼龍66滾動軸承的疲勞壽命和失效形式，為復合材料滾動軸承的設計和應用提供有價值的參考。
關鍵詞 復合材料 滾動軸承 疲勞試驗 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
復合材料滾動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)領域中獲得愈來愈廣泛的應用。但復合材料的疲勞性能與金屬材料有明顯不同［1］。復合材料對加載頻率和試驗溫度很敏感，而且疲勞壽命實測數據更離散，所以把金屬疲勞的試驗方法用于復合材料顯然是不適合的。本文對復合材料滾動軸承進行了疲勞試驗研究，提供了一種簡單方便的測試方法，以保證復合材料滾動軸承的安全可靠性，促進復合材料滾動軸承在工業(yè)上的應用和發(fā)展。
2 試驗研究
2.1 試件和試驗設備
試驗采用25套204型復合材料滾動軸承，試驗復合材料滾動軸承由短玻纖增強的尼龍66制成，制作工藝采用可熔性合金型蕊注射成型［2］。
試驗設備選用JB-30型滾動軸承疲勞試驗機。
2.2 試驗方法
軸承疲勞壽命是非常離散的，要用數理統(tǒng)計方法處理數據。本試驗采用簡單方便的截尾試驗法。
設試驗軸承為n套，其中有r套軸承已破壞，其壽命分別為L1，L2，…，Lr。其余的(n-r)套軸承已分別試驗了Lr+1,Lr+2,…Ln時間，尚未破壞。此時可以不再進行試驗，用已得到的試驗數據計算原壽命分布的參數估計值。截尾試驗法有定時和定數兩種，本試驗采用定數截尾法。設事先給定應得到疲勞破壞的軸承套數r，又稱為截尾數，試驗到所給定的截尾數后停試，且應使未疲勞破壞軸承的壽命大于疲勞破壞軸承中壽命最長的值。
在204型復合材料滾動軸承上施加徑向載荷588N，油潤滑，給定截尾數為15。試驗機轉速為12800r/min，所有試件的試驗頻率和溫度環(huán)境相同。另外，為了便于比較，同時對25套尼龍66制成的204塑料軸承進行試驗，施加徑向載荷為392N，20＃油潤滑，給定截尾數和試驗機轉速與復合材料軸承相同。
2.3 處理試驗數據
對疲勞壽命的研究發(fā)現，韋布爾(Weibull)分布比正態(tài)分布更接近于疲勞破壞規(guī)律。大量的試驗結果表明，滾動軸承的壽命符合兩參數韋布爾分布。軸承壽命L0的破壞概率用韋布爾函數表示為［4］：
F(L0)=1-exp［-(L0/β)e］
其中L0=106轉，e是斜率參數，β為特征壽命參數。本文采用最佳線性不變估計法估算參數e和β［3］，對復合材料軸承,e=5.756，β=4.467×106；對塑料軸承，e=3.02,β=7.104×106。
2.4 疲勞破壞的監(jiān)測
本試驗使用表面溫度計，采用溫升監(jiān)測法及聲響判斷法來判斷滾動軸承的疲勞破壞。
軸承運轉后，各相對運動表面之間產生摩擦熱，軸承的溫度從原始溫度逐漸上升。軸承運轉一定時間后產生的熱和散發(fā)的熱達到平衡，溫度保持不變。軸承發(fā)生疲勞破壞時，摩擦加劇，產生的熱也增加，溫度再逐步上升。軸承運轉過程的溫度變化如圖1所示。T1為室溫，18℃左右；T2為軸承正常運行時的溫度，38℃左右；t1為初始運行時間，約50min；t轉載請標注來源158機床網
