一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损实验机及试验方法与流程

本发明涉及一种重力摩擦学领域，具体涉及一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损实验机及试验方法。

背景技术：

随着我国航天事业的发展，各种空间机构越来越多的应用于太空实践，空间机构在太空服役期间主要长期受微重力、高真空、交变温度、辐射等环境因素的影响。对于高真空、交变温度、辐射等环境因素的研究比较广泛和深入，并且采取有效的防护措施。重力作为一种体积力，在地面上无处不在，且有明确的指向作用。太空中重力效应的消失，势必造成空间机器所处力学环境发生改变。

研究重力效应对空间机构及活动件磨损的影响，探究空间环境下机构的磨损机理，对解决各类复杂航天器系统长期有效服役问题，提高各类空间机构的技术经济性能指标，以及我国航天事业在空间机构领域的工程应用、技术完善与理论发展具有十分重要的意义。

目前微重力环境地面模拟试验方法主要有落塔法、抛物飞行法、水浮法、吊丝配重法、气浮平台等。虽然落塔法和飞机抛物线飞行能较真实的模拟微重力环境，但其时间短、空间小，对机构研究实用范围有限。水浮法、吊丝配重法、气浮平台虽能长时模拟微重力环境，但是真实性较差。因为，水槽、悬吊、气浮等现有模拟试验手段不仅无法解决复杂轨迹的三维运动地面模拟问题，而且因绳索柔性、设备中摩擦等阻力、大质量机构的运动惯量等因素，使得其有效性并不理想。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损实验机。

本发明另一目的在于：提供一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损试验方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损实验机，包括支架、真空箱、分度盘、加载机构、试样夹具、试样装夹机构以及用于检测固定试样和活动试样摩擦时的摩擦力大小的摩擦力传感器，真空箱通过分度盘安装于支架上，试样夹具和试样装夹机构安装于真空箱中；

试样夹具包括装夹支架、夹套、加载轴以及用于装夹固定试样的上夹头，夹套固定于装夹支架上，加载轴连接于夹套中，上夹头连接于加载轴下部，加载机构与加载轴连接；

试样装夹机构包括用于固定活动试样的试样安装板以及驱动试样安装板相对固定试样往复移动使固定试样和活动试样产生摩擦的试样驱动装置。

优选的，所述试样驱动装置包括导轨、滑块以及驱动机构，试样安装板与滑块固定连接，滑块与导轨相配合，驱动机构与试样安装板连接。

优选的，所述驱动机构包括电机、齿轮以及齿条，齿条安装于试样安装板上，齿轮固定于电机的输出轴上，齿轮与齿条相啮合。

优选的，所述装夹支架包括活动安装板、连接滑块以及滑轨，活动安装板与连接滑块固定连接，连接滑块与滑轨相连接,摩擦力传感器的感应端与活动安装板相接触。

优选的，所述加载机构包括电动缸、推力轴承、推力轴承安装座、弹簧、弹簧安装座、压力传感器以及受力块，电动缸与推力轴承安装座连接，推力轴承安装于推力轴承安装座中，弹簧两端分别与推力轴承安装座和弹簧安装座连接，压力传感器安装于弹簧安装座上，受力块与压力传感器相接触，受力块与加载轴连接。

优选的，所述受力块与压力传感器接触的面为球面。

优选的，所述加载机构还包括加载支撑架，加载支撑架包括支撑柱以及支撑板，支撑柱上设置有螺纹连接柱，支撑柱固定于真空箱中，支撑板通过螺纹连接柱连接到支撑柱上部，加载机构设置于支撑板上。

优选的，所述摩擦力传感器为两个，两个摩擦力传感器沿分度盘轴向设置在活动安装板两侧。

一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损试验方法，包括以下步骤：

真空箱抽真空，调整分度盘使真空箱处于水平或所需的倾斜角度，加载机构向试样夹具施加压力；

开始进行摩擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生摩擦，固定试样和活动试样摩擦过程中，摩擦力传感器检测固定试样和活动试样摩擦时的摩擦力大小；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的摩擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

装入新的待测固定试样和待测活动试样，真空箱抽真空，调整分度盘使真空箱处于另一所需的倾斜角度，加载机构向试样夹具施加相同的加载力；

按上述过程进行摩擦；

当在设定时间后，停止待测固定试样和待测活动试样的摩擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

当再需要真空箱处于更多倾斜角度下进行试验时，将入新的固定试样和待测活动试样并调整分度盘使真空箱处于所需的倾斜角度，然后再按上述过程分别按所需的真空箱倾斜角度进行测试；

将上述不同真空箱倾斜角度测试所得的固定试样和活动试样的磨损情况进行对比，从而得到不同角度下重力对磨损情况的影响；摩擦力传感器在不同真空箱倾斜角度测试下检测到的摩擦力进行对比，从而得到不同重力对摩擦力的影响。

一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损试验方法，包括以下步骤：

真空箱抽真空，加载机构向试样夹具施加交变压力；

开始进行磨擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生磨擦，固定试样和活动试样磨擦过程中；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的磨擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

当需要进行多个不同倾斜角度下进行试验时，分别装入新的待测固定试样和待测活动试样并调整分度盘使真空箱处于所需的倾斜角度，然后，按上述过程进行磨擦；

装入新的固定试样和待测活动试样，不改变真空箱的角度，真空箱抽真空，加载机构向试样夹具施加一个恒定的压力；

开始进行磨擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生磨擦，固定试样和活动试样磨擦过程中；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的磨擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

将上述两次测试所得的固定试样和活动试样进行对比，从而得到施加交变压力对磨损的影响。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明能探索重力效应对空间机构磨损的影响，本发明以运动行为模拟代替微重力环境模拟，并以重力环境问题为核心，涵盖了重力、真空及交变载荷三个和航天器运动机构直接相关的因素，因此，本发明可精确测量真空环境中不同重力取向下典型摩擦副摩擦力的变化，分析重力效应对磨损的影响，也可以测量交变载荷对典型摩擦副磨损的影响。

2、本发明的固定试样和待测活动试样采用滑动磨擦的方式，所以本发明能模拟点面、线面、面面三种典型摩擦副的磨损实验，且夹具通用性强。

3、本发明的摩擦力传感器沿分度盘轴向设置在活动安装板的一侧或两侧，可使摩擦力传感器的测量方向始终与重力方向垂直，使得在真空箱倾斜后活动安装板不会因自重而压于摩擦力传感器上，避免将摩擦力传感器压坏或影响其测量精度，从而提高了摩擦力传感器在真空箱倾斜后的测量精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中a部的放大图。

图4是图1中b部的放大图。

图5是通过调整分度盘使真空箱倾斜后的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损实验机，包括支架1、真空箱2、分度盘3、加载机构4、试样夹具5、试样装夹机构6以及用于检测固定试样和活动试样摩擦时的摩擦力大小的摩擦力传感器7，真空箱通过分度盘安装于支架上，试样夹具和试样装夹机构安装于真空箱中；

试样夹具包括装夹支架8、夹套9、加载轴10以及用于装夹固定试样的上夹头11，夹套固定于装夹支架上，加载轴连接于夹套中，上夹头连接于加载轴下部，加载机构与加载轴连接；

试样装夹机构包括用于固定活动试样的试样安装板12以及驱动试样安装板相对固定试样往复移动使固定试样和活动试样产生摩擦的试样驱动装置。

优选的，所述试样驱动装置包括导轨13、滑块14以及驱动机构，试样安装板与滑块固定连接，滑块与导轨相配合，驱动机构与试样安装板连接。

优选的，所述驱动机构包括电机15、齿轮16以及齿条17，齿条安装于试样安装板上，齿轮固定于电机的输出轴上，齿轮与齿条相啮合。

优选的，所述装夹支架包括活动安装板18、连接滑块19以及滑轨20，活动安装板与连接滑块固定连接，连接滑块与滑轨相连接,摩擦力传感器的感应端与活动安装板相接触。

优选的，所述加载机构包括电动缸21、推力轴承22、推力轴承安装座、弹簧23、弹簧安装座24、压力传感器26以及受力块27，电动缸与推力轴承安装座连接，推力轴承安装于推力轴承安装座中，弹簧两端分别与推力轴承安装座和弹簧安装座连接，压力传感器安装于弹簧安装座上，受力块与压力传感器相接触，受力块与加载轴连接。

优选的，所述受力块与压力传感器接触的面为球面。

优选的，所述加载机构还包括加载支撑架，加载支撑架包括支撑柱28以及支撑板29，支撑柱上设置有螺纹连接柱30，支撑柱固定于真空箱中，支撑板通过螺纹连接柱连接到支撑柱上部，加载机构设置于支撑板上。

优选的，所述摩擦力传感器为两个，两个摩擦力传感器沿分度盘轴向设置在活动安装板两侧。

本发明的工作过程及工作原理：

真空箱抽真空，调整分度盘使真空箱处于水平状态，加载机构向试样夹具施加压力；

开始进行摩擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生摩擦，固定试样和活动试样摩擦过程中，摩擦力传感器检测固定试样和活动试样摩擦时的摩擦力大小；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的摩擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

装入新的固定试样和活动试样，真空箱抽真空，调整分度盘使真空箱倾斜30°，加载机构向试样夹具施加压力；

开始进行摩擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生摩擦，固定试样和活动试样摩擦过程中，摩擦力传感器检测固定试样和活动试样摩擦时的摩擦力大小；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的摩擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

再装入新的待测固定试样和待测活动试样，真空箱抽真空，调整分度盘使真空箱倾斜45°，加载机构向试样夹具施加相同的加载力；

按上述过程进行摩擦；

当在设定时间后，停止待测固定试样和待测活动试样的摩擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

当再需要真空箱处于更多倾斜角度下进行试验时，将入新的待测固定试样和待测活动试样并调整分度盘使真空箱处于所需的倾斜角度如：50°、75°、85°、90°、100°、120°或160°，然后再按上述过程分别按所需的真空箱倾斜角度进行测试；

将上述不同真空箱倾斜角度测试所得的固定试样和活动试样的磨损情况进行对比分析，从而得到不同重力对磨损情况的影响；

摩擦力传感器在不同真空箱倾斜角度测试下检测到的摩擦力进行对比分析，从而得到不同重力对摩擦力的影响。

实施例二

一种变重力取向典型摩擦副滑动磨损试验方法，包括以下步骤：

真空箱抽真空，调整分度盘使真空箱水平放置或处于所需的倾斜角度，加载机构向试样夹具施加压力；

开始进行摩擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生摩擦，固定试样和活动试样摩擦过程中，摩擦力传感器检测固定试样和活动试样摩擦时的摩擦力大小；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的摩擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

装入新的待测固定试样和待测活动试样，真空箱抽真空，调整分度盘使真空箱处于另一所需的倾斜角度，加载机构向试样夹具施加相同的加载力；

按上述过程进行摩擦；

当在设定时间后，停止待测固定试样和待测活动试样的摩擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

当再需要真空箱处于更多倾斜角度下进行试验时，将入新的待测固定试样和待测活动试样并调整分度盘使真空箱处于所需的倾斜角度，然后再按上述过程分别按所需的真空箱倾斜角度进行测试；

将上述不同真空箱倾斜角度测试所得的固定试样和活动试样的磨损情况进行对比，从而得到不同重力对磨损情况的影响；

摩擦力传感器在不同真空箱倾斜角度测试下检测到的摩擦力进行对比，从而得到不同重力对摩擦力的影响。

实施例三：

真空箱抽真空，加载机构向试样夹具施加交变压力；

开始进行磨擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生磨擦，固定试样和活动试样磨擦过程中；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的磨擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

当需要进行多个不同倾斜角度下进行试验时，分别装入新的待测固定试样和待测活动试样并调整分度盘使真空箱处于所需的倾斜角度，然后，按上述过程进行磨擦；

装入新的固定试样和待测活动试样，真空箱抽真空，加载机构向试样夹具施加一个恒定的压力；

开始进行磨擦：试样驱动装置驱动试样安装板，使活动试样相对固定试样往复移动，从而使固定试样和活动试样间产生磨擦，固定试样和活动试样磨擦过程中；

当在设定时间后，停止固定试样和活动试样的磨擦，将固定试样和活动试样拆卸取下；

将上述两次测试所得的固定试样和活动试样进行对比，从而得到施加交变压力对磨损的影响。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。