摘要：通过对复合材料滚动轴承的疲劳试验，研究了短纤维注射成型工艺研制的玻纤/尼龙66滚动轴承的疲劳寿命和失效形式，为复合材料滚动轴承的设计和应用提供有价值的参考。
关键词：复合材料；滚动轴承；疲劳试验；失效分析

1前言

复合材料滚动轴承具有良好的耐磨损性、耐腐蚀性、耐热性及尺寸稳定性，并能减振降噪且成本低，因此在许多工业领域中获得愈来愈广泛的应用。但复合材料的疲劳性能与金属材料有明显不同［1］。复合材料对加载频率和试验温度很敏感，而且疲劳寿命实测数据更离散，所以把金属疲劳的试验方法用于复合材料显然是不适合的。本文对复合材料滚动轴承进行了疲劳试验研究，提供了一种简单方便的测试方法，以保证复合材料滚动轴承的安全可靠性，促进复合材料滚动轴承在工业上的应用和发展。

2试验研究

2.1试件和试验设备

试验采用25套204型复合材料滚动轴承，试验复合材料滚动轴承由短玻纤增强的尼龙66制成，制作工艺采用可熔性合金型蕊注射成型［2］。

试验设备选用JB-30型滚动轴承疲劳试验机。

2.2试验方法

轴承疲劳寿命是非常离散的，要用数理统计方法处理数据。本试验采用简单方便的截尾试验法。

设试验轴承为n套，其中有r套轴承已破坏，其寿命分别为L1，L2，…， Lr。其余的(n-r)套轴承已分别试验了Lr+1,Lr+2,…Ln时间，尚未破坏。此时可以不再进行试验，用已得到的试验数据计算原寿命分布的参数估计值。截尾试验法有定时和定数两种，本试验采用定数截尾法。设事先给定应得到疲劳破坏的轴承套数r，又称为截尾数，试验到所给定的截尾数后停试，且应使未疲劳破坏轴承的寿命大于疲劳破坏轴承中寿命最长的值。

在204型复合材料滚动轴承上施加径向载荷588N，油润滑，给定截尾数为15。试验机转速为12800r/min，所有试件的试验频率和温度环境相同。另外，为了便于比较，同时对25套尼龙66制成的204塑料轴承进行试验，施加径向载荷为392N，20＃油润滑，给定截尾数和试验机转速与复合材料轴承相同。

2.3处理试验数据

对疲劳寿命的研究发现，韦布尔(Weibull)分布比正态分布更接近于疲劳破坏规律。大量的试验结果表明，滚动轴承的寿命符合两参数韦布尔分布。轴承寿命L0的破坏概率用韦布尔函数表示为［4］：

F(L0)=1-exp［-(L0/β)e］

其中L0=106转，e是斜率参数，β为特征寿命参数。本文采用最佳线性不变估计法估算参数e和β［3］，对复合材料轴承,e=5.756，β=4.467×106；对塑料轴承，e=3.02,β=7.104×106。

2.4疲劳破坏的监测

本试验使用表面温度计，采用温升监测法及声响判断法来判断滚动轴承的疲劳破坏。

轴承运转后，各相对运动表面之间产生摩擦热，轴承的温度从原始温度逐渐上升。轴承运转一定时间后产生的热和散发的热达到平衡，温度保持不变。轴承发生疲劳破坏时，摩擦加剧，产生的热也增加，温度再逐步上升。轴承运转过程的温度变化如图1所示。T1为室温，18℃左右；T2为轴承正常运行时的温度，38℃左右；t1为初始运行时间，约50min；t2为正常运行时间，约150min。