專利名稱：真空低溫摩擦磨損試驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種試驗設(shè)備，具體地涉及一種用于真空、低溫試驗環(huán)境的摩擦磨損試驗儀。
背景技術(shù)：
隨著航、航天及先進(jìn)制造技術(shù)等工業(yè)的迅速發(fā)展，迫切需要研究極端條件下材料摩擦性 能，例如高承載、高速度、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射及各種外力場作用下的材料摩擦性能。 在高真空、超低溫下，由于材料變脆和潤滑劑固化，如何在真空低溫下檢驗材料的摩擦性能 和試驗潤滑劑用于此環(huán)境的效果是一個需要進(jìn)一步研究的問題。而在這個領(lǐng)域開展研究工作 就需要有相應(yīng)的試驗設(shè)備。目前，常規(guī)的摩擦磨損試驗儀僅僅適用于常溫、常壓環(huán)境，少量 經(jīng)過改裝的試驗儀也僅用于高溫加熱條件下的試驗，因此需要提供一種適合于高真空、超低 溫環(huán)境的摩擦磨損試驗設(shè)備。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是提供一種真空低溫摩擦磨損試驗儀，該設(shè)備主要用于模擬航天、 航空等特殊超低溫、高真空或不同氣氛環(huán)境下，金屬合金、陶瓷材料和復(fù)合材料的摩擦性能 研究。該設(shè)備的工作方式可為無潤滑干摩擦或有潤滑劑的摩擦。本實用新型的一種真空低溫摩擦磨損試驗儀，包括試驗臺、試驗臺轉(zhuǎn)軸、伺服電機(jī)、 傳動軸、壓頭、加載軸、壓頭夾具、砝碼、砝碼盤、摩擦力傳感器、低溫真空室、冷箱、真 空保溫箱、液氮罐、機(jī)械真空泵、分子真空泵、加載外磁鐵軸套、加載軸磁鐵、傳動軸外磁 鐵、轉(zhuǎn)軸磁鐵、擋片，低溫真空室大部分被冷箱包圍，冷箱被真空保溫箱包裹在內(nèi)，低溫真 空室與真空保溫箱正面設(shè)置透明材料的觀察窗；其特征在于伺服電機(jī)的傳動軸上端設(shè)置傳動軸外磁鐵，試驗臺轉(zhuǎn)軸上端設(shè)置試驗臺、 下端設(shè)置轉(zhuǎn)軸磁鐵，轉(zhuǎn)軸磁鐵插入傳動軸外磁鐵內(nèi)，砝碼被固定在砝碼盤上，砝碼盤固定在 加載外磁鐵軸套頂端、加載軸上端的加載軸磁鐵位于加載外磁鐵軸套內(nèi)，加載軸下端壓頭夾 具夾持壓頭，液氮罐通過設(shè)置有閥門的管道分別與冷箱、低溫真空室連接，機(jī)械真空泵通過 設(shè)置有閥門的管道分別與低溫真空室、真空保溫箱連接，分子真空泵通過設(shè)置有閥門的管道
與低溫真空室連接，擋片固定設(shè)置在加載外磁鐵軸套外側(cè)壁上，加載外磁鐵軸套傳動使擋片 觸動摩擦擦力傳感器。本實用新型的上述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特征在于加載外磁鐵軸套的磁鐵為磁 環(huán)、加載軸磁鐵為磁柱。本實用新型的上述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特征在于加載外磁鐵軸套下端通過支 撐軸承安置在加載支架一端上，加載支架另一端上設(shè)有調(diào)節(jié)砝碼。本實用新型的上述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特征在于低溫真空室通過設(shè)置有閥門 的氣源管道連接惰性氣體氣源，低溫真空室安裝有氣壓表。本實用新型的上述真空低溫摩擦磨損試驗儀具有進(jìn)行高真空、超低溫環(huán)境下測試樣品材 料摩擦力和測試各種潤滑劑效果的功能，也可以進(jìn)行特殊氣體、低溫環(huán)境下測試。


圖1為本實用新型的真空低溫摩擦磨損試驗儀的主要結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本實用新型的真空低溫摩擦磨損試驗儀的內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為本實用新型試驗儀所用磁力耦合的加載外磁鐵和加載軸組配結(jié)構(gòu)的示意圖圖4為本實用新型試驗儀所用磁力耦合的傳動軸外磁鐵與轉(zhuǎn)軸磁鐵組配結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖說明本實用新型的真空低溫摩擦磨損試驗儀結(jié)構(gòu)及工作方式。各個附圖中附圖標(biāo)記表示的部件為l試驗臺、2試驗臺轉(zhuǎn)軸、3伺服電機(jī)、4傳動軸、5壓頭、6加載軸、 7壓頭夾具、8砝碼、9砝碼盤、IO摩擦力傳感器、ll低溫真空室、12冷箱、13真空保溫箱、 14液氮罐、15機(jī)械真空泵、16分子真空泵、17加載外磁鐵軸套、18擋片、19加載軸磁鐵、 20傳動軸外磁鐵、21轉(zhuǎn)軸磁鐵、22液氮管道、23真空管道、24加載支架、25調(diào)節(jié)砝碼、26 氣壓表、27加熱絲、28氣源管道、29支撐軸承、30觀察窗。如圖1、 2所示，低溫真空室大部分被冷箱包圍，而冷箱又被真空保溫箱包裹起來，低 溫真空室和真空保溫箱正面均設(shè)置透明材料的觀察窗，便于對試驗過程進(jìn)行觀察。低溫真空 室與真空保溫箱均有抽真空用的真空管道連通機(jī)械真空泵和分子真空泵，各個真空管道均設(shè) 有閥門。冷箱與低溫真空室均有液氮管道與液氮罐連同，液氮管道均設(shè)有阓門。低溫真空室 還連同氣源管道，當(dāng)需要在特殊氣體環(huán)境下進(jìn)行摩擦試驗時，通過氣源管道向室內(nèi)輸入例如 氬氣、氦氣等惰性氣體。低溫真空室通過管道連通氣壓表，表示試驗過程中的室內(nèi)氣壓。
參照圖1、 2描述本實用新型真空低溫摩擦磨損試驗儀的工作方式。在需要進(jìn)行高真空、超低溫試驗時，先用機(jī)械真空泵、分子真空泵對低溫真空室和真空 保溫箱抽真空到2x10—'Pa，關(guān)閉連同真空保溫箱的真空管道的閥門，再關(guān)閉分子真空泵，將 液氮通過與冷箱連通的兩管道循環(huán)以降低試驗材料和試驗環(huán)境溫度，為加快降溫速度，也可 以直接將液氮輸入低溫真空室降低材料和室內(nèi)溫度，試驗溫度可以達(dá)到-190°C。利用機(jī)械真 空泵對低溫真空室和真空保溫箱抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到2xlO"Pa以下時，打開分子真空泵工 作，使真空室的真空度達(dá)到2x10—3Pa，關(guān)閉與真空保溫箱連通真空管道的閥門，此時真空保 溫箱內(nèi)為真空狀態(tài)，可以將冷箱與外界環(huán)境溫度隔離。在摩擦試驗過程中使用分子真空泵通 過真空管道繼續(xù)對低溫真空室抽真空以保持其內(nèi)部真空度在試驗期間恒定。在低溫摩擦磨損 試驗中，可以利用低溫真空室內(nèi)的加熱絲，調(diào)節(jié)試驗環(huán)境溫度。在使用機(jī)械真空泵對低溫真 空室抽真空時，也可以利用加熱絲加熱室內(nèi)溫度，有利于獲得更高真空度。在摩擦磨損試驗中計算機(jī)控制伺服電機(jī)的運轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)的傳動軸上端設(shè)置傳動軸外 磁鐵，此傳動軸外磁鐵與試驗臺轉(zhuǎn)軸下端的轉(zhuǎn)軸磁鐵通過磁力耦合帶動試驗臺轉(zhuǎn)軸和試驗臺 轉(zhuǎn)動。砝碼重力通過砝碼盤施加在加載外磁鐵軸套上，加載外磁鐵軸套的磁環(huán)與加載軸上端 的柱狀加載軸磁鐵通過磁力稱合，使加載軸受向下的壓力，該向下壓力通過壓頭施加在測試 材料片的上表面。由于壓頭通過壓頭夾具被夾持在加載軸下端偏離軸心的位置，當(dāng)試驗臺旋 轉(zhuǎn)時，壓頭將在被測試材料樣片表面劃出圓形軌跡。被測試材料樣片隨試驗臺旋轉(zhuǎn)時，由于 壓頭相對試驗臺轉(zhuǎn)軸偏心，材料樣片與壓頭之間摩擦力使得加載軸轉(zhuǎn)動一定角度，加載軸上 端的磁柱與加載外磁鐵軸套的磁環(huán)通過磁力耦合，使加載外磁鐵軸套相應(yīng)轉(zhuǎn)動，由此導(dǎo)致固 定在加載外磁鐵軸套外側(cè)壁上的擋片動作，使擋片觸動摩擦力傳感器，摩擦力傳感器將產(chǎn)生 的摩擦力信號傳輸給計算機(jī)，由此完成摩擦力測量。圖3所示的組配結(jié)構(gòu)示意圖中，加載外磁鐵軸套的磁環(huán)與加載軸上端的磁柱通過磁力耦 合。圖3還圖示了加載外磁鐵軸套通過支撐軸承安置在加載支架一端。圖3結(jié)合圖1，圖示 了加載支架另一端的調(diào)節(jié)砝碼，該調(diào)節(jié)砝碼可以用于調(diào)節(jié)砝碼盤上砝碼產(chǎn)生并最終作用在壓 頭上的下壓力。圖4所示的組配結(jié)構(gòu)示意圖中，傳動軸外磁鐵與轉(zhuǎn)軸磁鐵通過磁力耦合，使得電機(jī)轉(zhuǎn)動 力矩傳遞給轉(zhuǎn)軸，由轉(zhuǎn)軸帶動試驗臺旋轉(zhuǎn)。低溫真空室內(nèi)溫度可保持在-18CTC以下。通過例如低溫?zé)犭娕嫉牡蜏貍鞲衅鳈z測低溫真 空室內(nèi)的溫度，并將溫度信號傳遞到計算機(jī)。計算機(jī)連續(xù)記錄和顯示來自摩擦力傳感器的摩 擦力數(shù)據(jù)，通過計算得到摩擦系數(shù)變化曲線。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速也通過計算機(jī)設(shè)定和控制。
本實用新型的真空低溫試驗儀主要技術(shù)指標(biāo)如下低溫真空室采用不銹鋼材料制造，直徑200mm，深200mm;實驗溫度為一般為-180°C;真空度可達(dá)到lO,a，并可通入各種不同成 分的環(huán)境氣體；試驗壓力載荷范圍1000 10000g;試驗臺轉(zhuǎn)速范圍10 1000r/m的無極調(diào) 速；摩擦系數(shù)動態(tài)測量及顯示精度>1%;作為壓頭的磨球直徑范圍3mm-6mm;試驗臺直徑70mm; 摩擦痕跡半徑10-30mm;壓頭位置上下位移范圍25mm。
權(quán)利要求1.一種真空低溫摩擦磨損試驗儀，包括試驗臺、試驗臺轉(zhuǎn)軸、伺服電機(jī)、傳動軸、壓頭、加載軸、壓頭夾具、砝碼、砝碼盤、摩擦力傳感器、低溫真空室、冷箱、真空保溫箱、液氮罐、機(jī)械真空泵、分子真空泵、加載外磁鐵軸套、加載軸磁鐵、傳動軸外磁鐵、轉(zhuǎn)軸磁鐵、擋片，低溫真空室大部分被冷箱包圍，冷箱被真空保溫箱包裹在內(nèi)，低溫真空室與真空保溫箱正面設(shè)置透明材料的觀察窗；其特征在于伺服電機(jī)的傳動軸上端設(shè)置傳動軸外磁鐵，試驗臺轉(zhuǎn)軸上端設(shè)置試驗臺、下端設(shè)置轉(zhuǎn)軸磁鐵，轉(zhuǎn)軸磁鐵插入傳動軸外磁鐵內(nèi)，砝碼被固定在砝碼盤上，砝碼盤固定在加載外磁鐵軸套頂端、加載軸上端的加載軸磁鐵位于加載外磁鐵軸套內(nèi)，加載軸下端壓頭夾具夾持壓頭，液氮罐通過設(shè)置有閥門的管道分別與冷箱、低溫真空室連接，機(jī)械真空泵通過設(shè)置有閥門的管道分別與低溫真空室、真空保溫箱連接，分子真空泵通過設(shè)置有閥門的管道與低溫真空室連接，擋片固定設(shè)置在加載外磁鐵軸套外側(cè)壁上，加載外磁鐵軸套傳動使擋片觸動摩擦擦力傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特征在于加載外磁鐵軸套的磁 鐵為磁環(huán)、加載軸磁鐵為磁柱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特征在于加載外磁鐵軸套下 端通過支撐軸承安置在加載支架一端上，加載支架另一端上設(shè)有調(diào)節(jié)砝碼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特征在于低溫真空室通過設(shè) 置有閥門的氣源管道連接惰性氣體氣源，低溫真空室安裝有氣壓表及傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特征在于伺服電機(jī)的傳動軸 與試驗臺轉(zhuǎn)軸之間通過磁力傳動。
專利摘要本實用新型為一種用于真空、低溫試驗環(huán)境的摩擦磨損試驗儀，該試驗儀包括試驗臺、試驗臺轉(zhuǎn)軸、伺服電機(jī)、傳動軸、壓頭、加載軸、壓頭夾具、砝碼、砝碼盤、摩擦力傳感器、低溫真空室、冷箱、真空保溫箱、液氮罐、機(jī)械真空泵、分子真空泵、加載外磁鐵軸套、加載軸磁鐵、傳動軸外磁鐵、轉(zhuǎn)軸磁鐵、擋片、觀察窗，主要用于在超低溫、高真空或不同氣氛環(huán)境下金屬合金、陶瓷材料和復(fù)合材料的摩擦、磨損性能研究。
文檔編號G01N3/56GK201034897SQ200720149289
公開日2008年3月12日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者張國珍 申請人:張國珍