真空低溫摩擦磨損試驗儀的製作方法

2023-06-08 15:31:06 1

專利名稱：真空低溫摩擦磨損試驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種試驗設備，具體地涉及一種用於真空、低溫試驗環境的摩擦磨損試驗儀。
背景技術：
隨著航、航天及先進位造技術等工業的迅速發展，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，由於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 和試驗潤滑劑用於此環境的效果是一個需要進一步研究的問題。而在這個領域開展研究工作 就需要有相應的試驗設備。目前，常規的摩擦磨損試驗儀僅僅適用於常溫、常壓環境，少量 經過改裝的試驗儀也僅用於高溫加熱條件下的試驗，因此需要提供一種適合於高真空、超低 溫環境的摩擦磨損試驗設備。發明內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，該設備主要用於模擬航天、 航空等特殊超低溫、高真空或不同氣氛環境下，金屬合金、陶瓷材料和複合材料的摩擦性能 研究。該設備的工作方式可為無潤滑幹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、試驗臺轉軸、伺服電機、 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，低溫真 空室與真空保溫箱正面設置透明材料的觀察窗；其特徵在於伺服電機的傳動軸上端設置傳動軸外磁鐵，試驗臺轉軸上端設置試驗臺、 下端設置轉軸磁鐵，轉軸磁鐵插入傳動軸外磁鐵內，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於加載外磁鐵軸套內，加載軸下端壓頭夾 具夾持壓頭，液氮罐通過設置有閥門的管道分別與冷箱、低溫真空室連接，機械真空泵通過 設置有閥門的管道分別與低溫真空室、真空保溫箱連接，分子真空泵通過設置有閥門的管道
與低溫真空室連接，擋片固定設置在加載外磁鐵軸套外側壁上，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，其特徵在於加載外磁鐵軸套的磁鐵為磁 環、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，其特徵在於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有調節砝碼。本實用新型的上述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特徵在於低溫真空室通過設置有閥門 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行高真空、超低溫環境下測試樣品材 料摩擦力和測試各種潤滑劑效果的功能，也可以進行特殊氣體、低溫環境下測試。


圖1為本實用新型的真空低溫摩擦磨損試驗儀的主要結構的示意圖；圖2為本實用新型的真空低溫摩擦磨損試驗儀的內部主要結構的示意圖；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構的示意圖圖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軸磁鐵組配結構的示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖說明本實用新型的真空低溫摩擦磨損試驗儀結構及工作方式。各個附圖中附圖標記表示的部件為l試驗臺、2試驗臺轉軸、3伺服電機、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轉軸磁鐵、22液氮管道、23真空管道、24加載支架、25調節砝碼、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置透明材料的觀察窗，便於對試驗過程進行觀察。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械真空泵和分子真空泵，各個真空管道均設 有閥門。冷箱與低溫真空室均有液氮管道與液氮罐連同，液氮管道均設有闠門。低溫真空室 還連同氣源管道，當需要在特殊氣體環境下進行摩擦試驗時，通過氣源管道向室內輸入例如 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。在需要進行高真空、超低溫試驗時，先用機械真空泵、分子真空泵對低溫真空室和真空 保溫箱抽真空到2x10—'Pa，關閉連同真空保溫箱的真空管道的閥門，再關閉分子真空泵，將 液氮通過與冷箱連通的兩管道循環以降低試驗材料和試驗環境溫度，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溫度，試驗溫度可以達到-190°C。利用機械真 空泵對低溫真空室和真空保溫箱抽真空，當真空度達到2xlO"Pa以下時，打開分子真空泵工 作，使真空室的真空度達到2x10—3Pa，關閉與真空保溫箱連通真空管道的閥門，此時真空保 溫箱內為真空狀態，可以將冷箱與外界環境溫度隔離。在摩擦試驗過程中使用分子真空泵通 過真空管道繼續對低溫真空室抽真空以保持其內部真空度在試驗期間恆定。在低溫摩擦磨損 試驗中，可以利用低溫真空室內的加熱絲，調節試驗環境溫度。在使用機械真空泵對低溫真 空室抽真空時，也可以利用加熱絲加熱室內溫度，有利於獲得更高真空度。在摩擦磨損試驗中計算機控制伺服電機的運轉，伺服電機的傳動軸上端設置傳動軸外 磁鐵，此傳動軸外磁鐵與試驗臺轉軸下端的轉軸磁鐵通過磁力耦合帶動試驗臺轉軸和試驗臺 轉動。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。由於壓頭通過壓頭夾具被夾持在加載軸下端偏離軸心的位置，當試驗臺旋 轉時，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時，由於 壓頭相對試驗臺轉軸偏心，材料樣片與壓頭之間摩擦力使得加載軸轉動一定角度，加載軸上 端的磁柱與加載外磁鐵軸套的磁環通過磁力耦合，使加載外磁鐵軸套相應轉動，由此導致固 定在加載外磁鐵軸套外側壁上的擋片動作，使擋片觸動摩擦力傳感器，摩擦力傳感器將產生 的摩擦力信號傳輸給計算機，由此完成摩擦力測量。圖3所示的組配結構示意圖中，加載外磁鐵軸套的磁環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結合圖1，圖示 了加載支架另一端的調節砝碼，該調節砝碼可以用於調節砝碼盤上砝碼產生並最終作用在壓 頭上的下壓力。圖4所示的組配結構示意圖中，傳動軸外磁鐵與轉軸磁鐵通過磁力耦合，使得電機轉動 力矩傳遞給轉軸，由轉軸帶動試驗臺旋轉。低溫真空室內溫度可保持在-18CTC以下。通過例如低溫熱電偶的低溫傳感器檢測低溫真 空室內的溫度，並將溫度信號傳遞到計算機。計算機連續記錄和顯示來自摩擦力傳感器的摩 擦力數據，通過計算得到摩擦係數變化曲線。伺服電機的轉速也通過計算機設定和控制。
本實用新型的真空低溫試驗儀主要技術指標如下低溫真空室採用不鏽鋼材料製造，直徑200mm，深200mm;實驗溫度為一般為-180°C;真空度可達到lO,a，並可通入各種不同成 分的環境氣體；試驗壓力載荷範圍1000 10000g;試驗臺轉速範圍10 1000r/m的無極調 速；摩擦係數動態測量及顯示精度>1%;作為壓頭的磨球直徑範圍3mm-6mm;試驗臺直徑70mm; 摩擦痕跡半徑10-30mm;壓頭位置上下位移範圍25mm。
權利要求1.一種真空低溫摩擦磨損試驗儀，包括試驗臺、試驗臺轉軸、伺服電機、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，低溫真空室與真空保溫箱正面設置透明材料的觀察窗；其特徵在於伺服電機的傳動軸上端設置傳動軸外磁鐵，試驗臺轉軸上端設置試驗臺、下端設置轉軸磁鐵，轉軸磁鐵插入傳動軸外磁鐵內，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於加載外磁鐵軸套內，加載軸下端壓頭夾具夾持壓頭，液氮罐通過設置有閥門的管道分別與冷箱、低溫真空室連接，機械真空泵通過設置有閥門的管道分別與低溫真空室、真空保溫箱連接，分子真空泵通過設置有閥門的管道與低溫真空室連接，擋片固定設置在加載外磁鐵軸套外側壁上，加載外磁鐵軸套傳動使擋片觸動摩擦擦力傳感器。
2. 根據權利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特徵在於加載外磁鐵軸套的磁 鐵為磁環、加載軸磁鐵為磁柱。
3. 根據權利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特徵在於加載外磁鐵軸套下 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有調節砝碼。
4. 根據權利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特徵在於低溫真空室通過設 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. 根據權利要求1的所述真空低溫摩擦磨損試驗儀，其特徵在於伺服電機的傳動軸 與試驗臺轉軸之間通過磁力傳動。
專利摘要本實用新型為一種用於真空、低溫試驗環境的摩擦磨損試驗儀，該試驗儀包括試驗臺、試驗臺轉軸、伺服電機、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、轉軸磁鐵、擋片、觀察窗，主要用於在超低溫、高真空或不同氣氛環境下金屬合金、陶瓷材料和複合材料的摩擦、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 優先權日2007年5月24日
發明者張國珍 申請人:張國珍