专利名称：真空低温摩擦磨损试验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种试验设备，具体地涉及一种用于真空、低温试验环境的摩擦磨损试验仪。
背景技术：
随着航、航天及先进制造技术等工业的迅速发展，迫切需要研究极端条件下材料摩擦性 能，例如高承载、高速度、高真空、超低温、强辐射及各种外力场作用下的材料摩擦性能。 在高真空、超低温下，由于材料变脆和润滑剂固化，如何在真空低温下检验材料的摩擦性能 和试验润滑剂用于此环境的效果是一个需要进一步研究的问题。而在这个领域开展研究工作 就需要有相应的试验设备。目前，常规的摩擦磨损试验仪仅仅适用于常温、常压环境，少量 经过改装的试验仪也仅用于高温加热条件下的试验，因此需要提供一种适合于高真空、超低 温环境的摩擦磨损试验设备。发明内容本实用新型的目的就是提供一种真空低温摩擦磨损试验仪，该设备主要用于模拟航天、 航空等特殊超低温、高真空或不同气氛环境下，金属合金、陶瓷材料和复合材料的摩擦性能 研究。该设备的工作方式可为无润滑干摩擦或有润滑剂的摩擦。本实用新型的一种真空低温摩擦磨损试验仪，包括试验台、试验台转轴、伺服电机、 传动轴、压头、加载轴、压头夹具、砝码、砝码盘、摩擦力传感器、低温真空室、冷箱、真 空保温箱、液氮罐、机械真空泵、分子真空泵、加载外磁铁轴套、加载轴磁铁、传动轴外磁 铁、转轴磁铁、挡片，低温真空室大部分被冷箱包围，冷箱被真空保温箱包裹在内，低温真 空室与真空保温箱正面设置透明材料的观察窗；其特征在于伺服电机的传动轴上端设置传动轴外磁铁，试验台转轴上端设置试验台、 下端设置转轴磁铁，转轴磁铁插入传动轴外磁铁内，砝码被固定在砝码盘上，砝码盘固定在 加载外磁铁轴套顶端、加载轴上端的加载轴磁铁位于加载外磁铁轴套内，加载轴下端压头夹 具夹持压头，液氮罐通过设置有阀门的管道分别与冷箱、低温真空室连接，机械真空泵通过 设置有阀门的管道分别与低温真空室、真空保温箱连接，分子真空泵通过设置有阀门的管道
与低温真空室连接，挡片固定设置在加载外磁铁轴套外侧壁上，加载外磁铁轴套传动使挡片 触动摩擦擦力传感器。本实用新型的上述真空低温摩擦磨损试验仪，其特征在于加载外磁铁轴套的磁铁为磁 环、加载轴磁铁为磁柱。本实用新型的上述真空低温摩擦磨损试验仪，其特征在于加载外磁铁轴套下端通过支 撑轴承安置在加载支架一端上，加载支架另一端上设有调节砝码。本实用新型的上述真空低温摩擦磨损试验仪，其特征在于低温真空室通过设置有阀门 的气源管道连接惰性气体气源，低温真空室安装有气压表。本实用新型的上述真空低温摩擦磨损试验仪具有进行高真空、超低温环境下测试样品材 料摩擦力和测试各种润滑剂效果的功能，也可以进行特殊气体、低温环境下测试。
图1为本实用新型的真空低温摩擦磨损试验仪的主要结构的示意图；图2为本实用新型的真空低温摩擦磨损试验仪的内部主要结构的示意图；图3为本实用新型试验仪所用磁力耦合的加载外磁铁和加载轴组配结构的示意图图4为本实用新型试验仪所用磁力耦合的传动轴外磁铁与转轴磁铁组配结构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的真空低温摩擦磨损试验仪结构及工作方式。各个附图中附图标记表示的部件为l试验台、2试验台转轴、3伺服电机、4传动轴、5压头、6加载轴、 7压头夹具、8砝码、9砝码盘、IO摩擦力传感器、ll低温真空室、12冷箱、13真空保温箱、 14液氮罐、15机械真空泵、16分子真空泵、17加载外磁铁轴套、18挡片、19加载轴磁铁、 20传动轴外磁铁、21转轴磁铁、22液氮管道、23真空管道、24加载支架、25调节砝码、26 气压表、27加热丝、28气源管道、29支撑轴承、30观察窗。如图1、 2所示，低温真空室大部分被冷箱包围，而冷箱又被真空保温箱包裹起来，低 温真空室和真空保温箱正面均设置透明材料的观察窗，便于对试验过程进行观察。低温真空 室与真空保温箱均有抽真空用的真空管道连通机械真空泵和分子真空泵，各个真空管道均设 有阀门。冷箱与低温真空室均有液氮管道与液氮罐连同，液氮管道均设有阓门。低温真空室 还连同气源管道，当需要在特殊气体环境下进行摩擦试验时，通过气源管道向室内输入例如 氩气、氦气等惰性气体。低温真空室通过管道连通气压表，表示试验过程中的室内气压。
参照图1、 2描述本实用新型真空低温摩擦磨损试验仪的工作方式。在需要进行高真空、超低温试验时，先用机械真空泵、分子真空泵对低温真空室和真空 保温箱抽真空到2x10—'Pa，关闭连同真空保温箱的真空管道的阀门，再关闭分子真空泵，将 液氮通过与冷箱连通的两管道循环以降低试验材料和试验环境温度，为加快降温速度，也可 以直接将液氮输入低温真空室降低材料和室内温度，试验温度可以达到-190°C。利用机械真 空泵对低温真空室和真空保温箱抽真空，当真空度达到2xlO"Pa以下时，打开分子真空泵工 作，使真空室的真空度达到2x10—3Pa，关闭与真空保温箱连通真空管道的阀门，此时真空保 温箱内为真空状态，可以将冷箱与外界环境温度隔离。在摩擦试验过程中使用分子真空泵通 过真空管道继续对低温真空室抽真空以保持其内部真空度在试验期间恒定。在低温摩擦磨损 试验中，可以利用低温真空室内的加热丝，调节试验环境温度。在使用机械真空泵对低温真 空室抽真空时，也可以利用加热丝加热室内温度，有利于获得更高真空度。在摩擦磨损试验中计算机控制伺服电机的运转，伺服电机的传动轴上端设置传动轴外 磁铁，此传动轴外磁铁与试验台转轴下端的转轴磁铁通过磁力耦合带动试验台转轴和试验台 转动。砝码重力通过砝码盘施加在加载外磁铁轴套上，加载外磁铁轴套的磁环与加载轴上端 的柱状加载轴磁铁通过磁力稱合，使加载轴受向下的压力，该向下压力通过压头施加在测试 材料片的上表面。由于压头通过压头夹具被夹持在加载轴下端偏离轴心的位置，当试验台旋 转时，压头将在被测试材料样片表面划出圆形轨迹。被测试材料样片随试验台旋转时，由于 压头相对试验台转轴偏心，材料样片与压头之间摩擦力使得加载轴转动一定角度，加载轴上 端的磁柱与加载外磁铁轴套的磁环通过磁力耦合，使加载外磁铁轴套相应转动，由此导致固 定在加载外磁铁轴套外侧壁上的挡片动作，使挡片触动摩擦力传感器，摩擦力传感器将产生 的摩擦力信号传输给计算机，由此完成摩擦力测量。图3所示的组配结构示意图中，加载外磁铁轴套的磁环与加载轴上端的磁柱通过磁力耦 合。图3还图示了加载外磁铁轴套通过支撑轴承安置在加载支架一端。图3结合图1，图示 了加载支架另一端的调节砝码，该调节砝码可以用于调节砝码盘上砝码产生并最终作用在压 头上的下压力。图4所示的组配结构示意图中，传动轴外磁铁与转轴磁铁通过磁力耦合，使得电机转动 力矩传递给转轴，由转轴带动试验台旋转。低温真空室内温度可保持在-18CTC以下。通过例如低温热电偶的低温传感器检测低温真 空室内的温度，并将温度信号传递到计算机。计算机连续记录和显示来自摩擦力传感器的摩 擦力数据，通过计算得到摩擦系数变化曲线。伺服电机的转速也通过计算机设定和控制。
本实用新型的真空低温试验仪主要技术指标如下低温真空室采用不锈钢材料制造，直径200mm，深200mm;实验温度为一般为-180°C;真空度可达到lO,a，并可通入各种不同成 分的环境气体；试验压力载荷范围1000 10000g;试验台转速范围10 1000r/m的无极调 速；摩擦系数动态测量及显示精度>1%;作为压头的磨球直径范围3mm-6mm;试验台直径70mm; 摩擦痕迹半径10-30mm;压头位置上下位移范围25mm。
权利要求1.一种真空低温摩擦磨损试验仪，包括试验台、试验台转轴、伺服电机、传动轴、压头、加载轴、压头夹具、砝码、砝码盘、摩擦力传感器、低温真空室、冷箱、真空保温箱、液氮罐、机械真空泵、分子真空泵、加载外磁铁轴套、加载轴磁铁、传动轴外磁铁、转轴磁铁、挡片，低温真空室大部分被冷箱包围，冷箱被真空保温箱包裹在内，低温真空室与真空保温箱正面设置透明材料的观察窗；其特征在于伺服电机的传动轴上端设置传动轴外磁铁，试验台转轴上端设置试验台、下端设置转轴磁铁，转轴磁铁插入传动轴外磁铁内，砝码被固定在砝码盘上，砝码盘固定在加载外磁铁轴套顶端、加载轴上端的加载轴磁铁位于加载外磁铁轴套内，加载轴下端压头夹具夹持压头，液氮罐通过设置有阀门的管道分别与冷箱、低温真空室连接，机械真空泵通过设置有阀门的管道分别与低温真空室、真空保温箱连接，分子真空泵通过设置有阀门的管道与低温真空室连接，挡片固定设置在加载外磁铁轴套外侧壁上，加载外磁铁轴套传动使挡片触动摩擦擦力传感器。
2. 根据权利要求1的所述真空低温摩擦磨损试验仪，其特征在于加载外磁铁轴套的磁 铁为磁环、加载轴磁铁为磁柱。
3. 根据权利要求1的所述真空低温摩擦磨损试验仪，其特征在于加载外磁铁轴套下 端通过支撑轴承安置在加载支架一端上，加载支架另一端上设有调节砝码。
4. 根据权利要求1的所述真空低温摩擦磨损试验仪，其特征在于低温真空室通过设 置有阀门的气源管道连接惰性气体气源，低温真空室安装有气压表及传感器。
5. 根据权利要求1的所述真空低温摩擦磨损试验仪，其特征在于伺服电机的传动轴 与试验台转轴之间通过磁力传动。
专利摘要本实用新型为一种用于真空、低温试验环境的摩擦磨损试验仪，该试验仪包括试验台、试验台转轴、伺服电机、传动轴、压头、加载轴、压头夹具、砝码、砝码盘、摩擦力传感器、低温真空室、冷箱、真空保温箱、液氮罐、机械真空泵、分子真空泵、加载外磁铁轴套、加载轴磁铁、传动轴外磁铁、转轴磁铁、挡片、观察窗，主要用于在超低温、高真空或不同气氛环境下金属合金、陶瓷材料和复合材料的摩擦、磨损性能研究。
文档编号G01N3/56GK201034897SQ200720149289
公开日2008年3月12日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者张国珍 申请人:张国珍