程志明，周井玲，陆鹏鹏,金晓明

(南通大学 a.机械工程学院；b.工程训练中心，江苏 南通 226019)

陶瓷轴承是为解决传统轴承难以胜任高温、高速、腐蚀及其他恶劣工况而研制的一种轴承，在航天、航海、国防和机械加工等领域有着广阔的应用前景。陶瓷球是陶瓷轴承的关键零件之一，其接触疲劳寿命是评价陶瓷球能否用于滚动轴承的主要技术依据[1-3]。

通常Si3N4陶瓷球的寿命非常长，但同一批陶瓷球的寿命离散性较大，寿命试验需耗费大量的人力和时间，费用较高。下文通过验证一种拉应力寿命模型的有效性，并用其预测Si3N4陶瓷球的疲劳寿命，从而达到节省试验时间和费用的目的。

1 拉应力寿命模型

文献[4]从Weibull断裂统计方法出发，以球-圆柱接触为几何模型，基于最大主应力导致疲劳失效的思想，建立了Si3N4陶瓷球的拉应力寿命模型

L10=kP-11.2,

(1)

式中：k为材料常数；P为对试样球施加的最大应力，GPa。以该模型估算疲劳寿命，需用其中一组的额定寿命计算出试样球的材料参数k，然后估算其他应力下的额定寿命。

2 疲劳寿命试验

2.1 试验

(1) 试验对象为Si3N4陶瓷球，直径为11.12 mm,共60粒，陶瓷球精度等级为G10。分为A，B，C组进行试验，每组20粒，最大接触应力分别为4.115，4.990和5.559 GPa。

(2) 试验方法为完全疲劳试验。

(3) 试验设备为三点接触式加速疲劳试验机，结构如图1所示[5]，电动机转速为3 000 r/min。

图1 三点接触式加速疲劳寿命试验机

(4) 润滑方式采用循环油润滑，润滑油牌号为N32。

图2所示为陶瓷球试验局部结构图。试验过程中通过传感器实时记录检测数据，整理后的试验数据见表1。……