超低温摩擦磨损真空实验机的制作方法

本发明涉及实验装置，特别涉及真空超低温条件下摩擦磨削的实验、检测装置。

背景技术：

摩擦磨损是一种常见的材料失效形式，真空超低温摩擦学研究是一个重要的摩擦学问题，要进行真空超低温摩擦学研究，必须有可靠的真空超低温摩擦磨损实验机，但是由于真空超低温摩擦磨损实验机涉及到真空超低温环境难以实现与保持、旋转密封、数据采集与处理等难题，目前并没有专门用于真空超低温摩擦磨损的实验设备。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种超低温摩擦磨损真空实验机，本发明实验机能进行模拟真空超低温环境下的摩擦磨削实验，具有较高的应用价值。

本发明所采用的技术方案是：一种超低温摩擦磨损真空实验机，包括真空箱，，所述真空箱的上、下内表面上分别设置有底座和支架；所述底座内连接有回转盘，所述回转盘的上端伸出所述真空箱外与变频电机相连接并由所述变频电机驱动转动，所述回转盘的下方固定有随所述回转盘转动的偏心销；所述偏心销的下方接触设置有试样盘；所述试样盘固定在所述工作台上，所述工作台的内部设置有液氮流通管道，所述液氮流通管道与超低温系统相连接，由所述超低温系统为所述试样盘提供超低温环境；所述工作台的下方依次连接有三维力传感器、导杆和丝杠，所述三维力传感器与数据采集处理系统相连接，所述导杆与所述支架通过间隙配合连接，使得所述导杆能沿所述支架内的配合孔上下升降实现所述偏心销与所述试样盘的相对滑动，所述丝杠的下端伸出所述真空箱外与步进电机相连接，由所述步进电机对所述试样盘施加载荷。

进一步的，所述底座为方形结构，所述回转盘通过两个滚动轴承与所述底座相连接以保证所述回转盘的旋转稳定性。

进一步的，所述回转盘与所述真空箱通过o型密封圈以实现旋转密封。

进一步的，所述真空箱的侧壁上设置有观察窗，通过所述观察窗实时观测所述真空箱内的情况。

进一步的，本发明实验机还包括真空系统，通过所述真空系统为实验机提供真空环境。

进一步的，所述试样盘和偏心销的材质、以及所述偏心销的形状根据实验需求确定，以实现不同材质和摩擦配副的真空超低温摩擦磨削实验。

本发明的有益效果是：常规现有实验机多采用焊接结构，而本发明的实验机多采用螺栓连接，结构简单，可拆卸性好；常规实验机体积较大，而本实验机体积较小，空间利用率高；常规实验机的转台常采用单支撑结构，而本实验机的回转盘的底座采用方形双支撑结构，运转稳定，可靠性好；常规实验机多采用手动加载，而本实验机采用步进电机加载，自动化程度高；常规摩擦磨削实验机的摩擦力和压力多采用两个独立的传感器测得，测得数据误差较大，而本实验机采用一个三维力传感器，其在工作时，可直接得到真空超低温条件下的压力、摩擦力、摩擦系数随时间变化的关系，数据准确、可重复性好；本实验机提供的超低温真空环境既可进行模拟高原地区寒冷低气压的环境下的摩擦磨削实验，又可进行模拟太空真空超低温环境下的摩擦磨削实验，具有较高的应用价值。

附图说明

图1：本发明超低温摩擦磨损真空实验机的结构示意图。

附图标注：1-变频电机，2-第一联轴器，3-真空箱，4-底座，5-回转盘，6-偏心销，7-试样盘，8-工作台，9-三维力传感器，10-导杆，11-支架，12-螺母，13-丝杠，14-第二联轴器，15-步进电机，16-数据采集处理系统，17-超低温系统，18-观察窗，19-真空系统。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如附图1所示，一种超低温摩擦磨损真空实验机，包括变频电机1、第一联轴器2、真空箱3、底座4、回转盘5、偏心销6、试样盘7、工作台8、三维力传感器9、导杆10、支架11、螺母12、丝杠13、第二联轴器14、步进电机15、数据采集处理系统16、超低温系统17、观察窗18、真空系统19等。

所述真空箱3的侧壁上设置有观察窗18，通过所述观察窗18实时观测所述真空箱3内的情况。

所述底座4设置在所述真空箱3的上内表面上，所述底座4内连接有回转盘5；所述底座4为方形结构，所述回转盘5通过两个滚动轴承与所述底座4相连接以保证所述回转盘5的旋转稳定性。

所述回转盘5的主体部分位于所述真空箱3内，所述回转盘5的上端伸出所述真空箱3外，所述回转盘5与所述真空箱3通过o型密封圈以实现旋转密封。所述回转盘5的下端通过第一联轴器2与变频电机1相连接并由所述变频电机1驱动转动。

所述偏心销6固定在所述回转盘5的下方，随所述回转盘5转动。

所述支架11通过螺栓固定在所述真空箱3的下内表面上，所述支架11上开设有配合孔。

所述丝杠13的下端伸出所述真空箱3外通过第二联轴器14与所述步进电机15相连接，由所述步进电机15对所述试样盘7施加载荷，所述丝杠13的上端与所述螺母12相旋合，所述螺母12的上端与所述导杆10的下端相固定，所述导杆10的上端与所述三维力传感器9的下端相连接，所述三维力传感器9的上端与所述工作台8相连接，所述工作台8上固定有试样盘7，所述试样盘7位于所述偏心销6的下方并与所述偏心销6的末端相接触。

所述工作台8的内部设置有液氮流通管道，所述液氮流通管道与所述超低温系统17相连接，由所述超低温系统17对所述试样盘7进行降温，为所述试样盘7提供超低温环境。

所述导杆10与所述支架11通过间隙配合连接，使得所述导杆10能沿所述支架11内的配合孔上下升降实现所述偏心销6与所述试样盘7的相对滑动。

所述真空系统19为实验机提供真空环境。

所述三维力传感器9与所述数据采集处理系统16相连接，本发明实验机可通过所述三维力传感器9与数据采集处理系统16直接记录不同温度下压力、摩擦力、摩擦系数随时间变化的关系。

改变所述试样盘7和偏心销6的材质，或改变偏心销6的形状，可进行不同材质和摩擦配副的真空超低温摩擦磨削实验。

本实验机能进行模拟真空超低温环境下的摩擦磨削实验，具有较高的应用价值。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种超低温摩擦磨损真空实验机，包括真空箱，所述真空箱的上、下内表面上分别设置有底座和支架；所述底座内连接有回转盘，所述回转盘的上端与变频电机相连接，所述回转盘的下方固定有偏心销；所述偏心销的下方接触设置有试样盘；所述试样盘固定在工作台上，所述工作台内设置有液氮流通管道；所述工作台的下方依次连接有三维力传感器、导杆、丝杠和步进电机，所述三维力传感器与数据采集处理系统相连接，所述导杆与支架通过间隙配合连接，实现偏心销与试样盘的相对滑动，所述步进电机对试样盘施加载荷。本发明结构简单、运行可靠，工作时，可直接得到真空超低温条件下的压力、摩擦力、摩擦系数随时间变化的关系，数据准确、重复性好。

技术研发人员：林彬;王吉刚;隋天一;赵菲菲;崔雨潇
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.02.26
技术公布日：2019.06.25