技术特征：
1.一种利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：包括低温工作保温容器、摩擦力测量机构、运动控制机构，整体安装在安装架上；所述低温工作保温容器位于摩擦力测量机构的下方，由可拆卸的端盖(4)封装，内部形成有低温工作腔(2)，下试样(8)固定内置于所述低温工作腔(2)中；所述摩擦力测量机构中，水平加载片(9)与垂直加载片(11)固连形成倒“l”形的刚性悬臂，所述刚性悬臂整体于水平加载片(9)的末端固装在运动控制机构的第一驱动机构(22)上，第一位移传感器(18)与第二位移传感器(19)分别固装在所述第一驱动机构(22)上，由第一驱动机构(22)驱动，与所述刚性悬臂同步位移，所述垂直加载片(11)竖直穿过所述端盖(4)，悬伸于所述低温工作腔(2)内，与所述端盖(4)之间留有间隙，将固装在末端的上试样柱(15)吊装在所述下试样(8)的上方，所述上试样柱(15)的底端面能够与所述下试样(8)的上端面相接触；水平加载片(9)的端面上顺着长度方向贴设水平应变片(10)，在水平加载片(9)的侧面、顺着刚性悬臂的垂直加载片(11)与水平加载片(9)贴设倒“l”形的垂直应变片(12)，所述水平应变片(10)与垂直应变片(12)均是对应于水平加载片(9)末端的一端为自由端，另一端为固定端，自由端能够在外力作用下分别沿着垂直于水平加载片(9)端面与侧面的方向位移，通过所述第一位移传感器(18)与第二位移传感器(19)分别测量水平应变片(10)与垂直应变片(12)的自由端相对于水平加载片(9)的相对位移值；所述运动控制机构用于带动所述摩擦力测量机构做线性运动，包括第一驱动机构(22)与第二驱动机构(23)，所述第一驱动机构(22)能够带动摩擦力测量机构整体做竖向位移，用于调节上试样柱(15)的高度位置，带有所述摩擦力测量机构的第一驱动机构(22)能够由所述第二驱动机构(23)驱动，沿着垂直于所述水平加载片(9)侧面的方向做直线位移，用于使上试样柱(15)与下试样(8)之间形成摩擦。2.根据权利要求1所述的利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：沿前后向水平布置的一对所述水平加载片(9)上下正对，一对水平应变片(10)呈上下对称安装，分设于一对水平加载片(9)朝外的端面上；沿竖向布置的一对所述垂直加载片(11)左右正对，与一对水平加载片(9)之间通过连接块固连，构成所述刚性悬臂，一对垂直应变片(12)呈左右对称安装，分设于一对垂直加载片(11)朝外的端面上，并沿着水平加载片(9)的侧面贴设；一对垂直加载片(11)的底端通过带有螺纹安装孔的上试样座(14)螺纹安装有所述上试样柱(15)，所述上试样柱(15)在上试样座(14)上的高度位置通过与所述螺纹安装孔之间的螺纹配合可调。3.根据权利要求1或2所述的利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：所述水平应变片(10)为u型片状结构，闭口端作为自由端，竖向可活动地穿设在水平加载片(9)端面末端部固设的竖向柱状销(16)上，开口端作为固定端，通过螺钉紧固在水平加载片(9)的另一端上；所述垂直应变片(12)为倒l形结构，顺着刚性悬臂的侧面贴设，底端及折角处为固定端，分别通过螺钉紧固，另一端为自由端，横向可活动地穿设在垂直固装于水平加载片(9)侧面的横向柱状销(17)上；所述水平应变片(10)的自由端上设有第一测量区，供所述第一位移传感器(18)测量，
所述垂直应变片(12)的自由端上设有第二测量区，供所述第二位移传感器(19)测量。4.根据权利要求1或2所述的利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：所述第一位移传感器(18)与第二位移传感器(19)均为电涡流传感器，与对应的应变片之间是非接触式测量。5.根据权利要求1所述的利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：所述低温工作腔(2)内腔底部安装有下试样(8)底座，所述下试样(8)通过下试样(8)夹具可拆卸地安装在所述下试样(8)底座上。6.根据权利要求1或5所述的利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：所述下试样(8)为酚醛树脂浸渍石墨材料。7.根据权利要求1所述的利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：所述所述低温工作保温容器设置为双层圆筒状结构，内层容器(1)采用电木制成，顶部开口，内腔作为所述低温工作腔(2)，内置于铝合金制成的外层容器(3)中，与所述外层容器(3)之间填充聚氯乙烯泡沫作为隔热层，所述外层容器(3)顶端通过螺栓封装有端盖(4)，与所述端盖(4)之间通过密封圈密封。8.根据权利要求1所述的利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪，其特征是：所述第一驱动机构(22)为位移台，第二驱动机构(23)为直线电机，所述运动控制机构还包括控制模块，用于对直线电机的电机速度与往复行程进行调节。9.一种利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试方法，其特征是，利用权1
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8任一项所述利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪进行，所述测试方法是在低温条件下对两试样间在不同载荷时的摩擦力大小测试，按如下步骤进行：步骤a1、通过位移台沿竖向调节摩擦力测量机构的高度位置，使上试样柱(15)的底端面与下试样(8)的顶端面之间保留3
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5mm的竖向间隙；步骤a2、打开端盖(4)，向低温工作保温容器的低温工作腔(2)内通入氮气，排出低温工作腔(2)内的空气，使低温工作腔(2)内充满氮气后，停止通入氮气；再向低温工作腔(2)内倒入液氮，使液氮液面刚好没过上试样柱(15)的底端，利用液氮对上试样柱(15)与下试样(8)的摩擦工作区进行充分冷却，并通过工业温度记录仪对摩擦工作区测温，达到预期温度
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196℃后，通过螺栓将端盖(4)封装低温工作保温容器；步骤a3、通过位移台沿竖向调节摩擦力测量机构的高度位置，使上试样柱(15)的底端面与下试样(8)的顶端面相接触，同时通过第一位移传感器(18)观察水平应变片(10)的输出数值，直至水平应变片(10)的输出数值稳定在第一预设数值范围内，通过位移台的锁紧螺母锁紧位移台；步骤a4、在直线电机停机状态下，通过控制模块对直线电机的电机速度进行调节，并通过对直线电机的往复行程进行调节，从而对摩擦工作区的摩擦往复行程进行预调，调节完成后保持控制模块对直线电机的电机速度与往复行程的预设参数不变；步骤a5、直线电机通电，以直线电机开始运动的时刻作为记录数据的初始时刻，通过第一位移传感器(18)与第二位移传感器(19)实时记录直线电机运动过程中水平位移片与垂直位移片的输出数值，当直线电机按照预设电机速度运行完预设往复行程后，停止记录，解锁位移台，通过位移台带动摩擦力测量机构上移，将上试样柱(15)抬起，与下试样(8)相脱离；
步骤a6、完成第一组载荷条件下的摩擦力大小测试，电机停机；步骤a7、依次重复步骤a1、步骤a2后，参照步骤a3进行，通过位移台沿竖向调节摩擦力测量机构的高度位置，使上试样柱(15)的底端面与下试样(8)的顶端面相接触，同时通过第一位移传感器(18)观察水平应变片(10)的输出数值，直至水平应变片(10)的输出数值稳定在第二预设数值范围内，通过位移台的锁紧螺母锁紧位移台；之后依次重复步骤a4、步骤a5，完成第二组载荷条件下的摩擦力大小测试，电机停机；步骤a8、参照步骤a1
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a7，进行多组载荷条件下的摩擦力大小测试。10.一种利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试方法，其特征是，利用权1
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8任一项所述利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪进行，所述测试方法是在低温条件下对两试样间在不同往复运动速度时的摩擦力大小测试，按如下步骤进行：步骤b1、参照权利要求9的步骤a1、步骤a2逐步进行：步骤b2、通过位移台沿竖向调节摩擦力测量机构的高度位置，使上试样柱(15)的底端面与下试样(8)的顶端面相接触，同时通过第一位移传感器(18)观察水平应变片(10)的输出数值，直至水平应变片(10)的输出数值稳定在第一预设数值范围内，通过位移台的锁紧螺母锁紧位移台；步骤b3、在直线电机停机状态下，通过控制模块对直线电机的电机速度进行调节至第一预设电机速度，并调节直线电机的往复行程，来对摩擦工作区的摩擦往复行程进行调节，调节完成后保持控制模块对直线电机的往复行程的预设参数不变；步骤b4、直线电机通电，以直线电机开始运动的时刻作为记录数据的初始时刻，通过第一位移传感器(18)与第二位移传感器(19)实时记录直线电机运动过程中水平位移片与垂直位移片的输出数值，当直线电机按照第一预设电机速度运行完预设往复行程后，停止记录，解锁位移台，通过位移台带动摩擦力测量机构上移，将上试样柱(15)抬起，与下试样(8)相脱离；步骤b5、完成第一组电机速度下的摩擦力大小测试，电机停机；步骤b6、重复进行步骤b1、b2后，参照步骤b3进行，在直线电机停机状态下，通过控制模块对直线电机的电机速度进行调节至第二预设电机速度，并调节直线电机的往复行程，来对摩擦工作区的摩擦往复行程进行调节，调节完成后保持控制模块对直线电机的往复行程的预设参数不变；之后重复进行步骤b4，完成第二组电机速度下的摩擦力大小测试，电机停机；步骤b7、参照步骤b1
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b6，进行多组往复运动速度条件下的摩擦力大小测试。
技术总结
本发明提供了一种利用液氮介质浸泡的低温往复式摩擦学测试仪及测试方法，测试仪中，低温工作保温容器用于提供低温工作腔，内置下试样；摩擦力测量机构中的水平加载片与垂直加载片固连形成刚性悬臂，悬伸于低温工作腔内，末端吊装的上试样柱底端面能够与下试样的上端面相接触；水平加载片端面贴设水平应变片，侧面顺着刚性悬臂贴设垂直应变片，通过第一、第二位移传感器分别测量水平应变片与垂直应变片的位移值；运动控制机构用于驱动摩擦力测量机构做线性运动，以施加加载力以及使上试样柱与下试样之间形成摩擦。本发明将低温环境的摩擦力测量传递到室温下进行，并使摩擦的载荷、速度、行程可调，对于航空航天材料低温工况应用具有重要意义。应用具有重要意义。应用具有重要意义。
技术研发人员：刘焜 杜军 许吉敏 叶家鑫 刘宁 王博睿 王伟
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2021.09.22
技术公布日：2021/12/21