高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置

本发明涉及磨损试验装置，具体地，涉及一种高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置。

背景技术：

1、近年来我国航空航天、核工等国防尖端科技领域新一批工程高性能要求使得运动机构长期处于高温、重载等极端工况，极易导致关键运动副服役性能退化甚至失效，进而限制整体装备系统性能、寿命和可靠性，甚至引起重大工程灾难。为明确运动部件摩擦学性能退化机理、优化表面界面摩擦学设计，亟需研制高温重载模拟工况摩擦学测试系统以填补该领域测试仪器空白。现有的回转副夹具接触面表面没有针对性高温耐磨设计致使在500℃以上高温环境下接触面表面易氧化、热硬性降低导致急剧磨损寿命低，难以适用于高温重载摩擦磨损试验。而对于特殊工况下的摩擦学测试系统，需要设计一种可拆卸可替换的运动副磨损测试夹具，以确保磨损测试过程中的稳定性和数据可靠性。

2、在公开号为cn113310787a的中国专利文献中，公开了一种可控稳定磁场环境下的多功能摩擦磨损试验装置，该装置下夹具与往复平台固定连接，仅适用于一种运动副的摩擦磨损试验，并且该试验装置没有针对高温、重载工况进行优化，导致在该工况下使用寿命较低。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置。

2、根据本发明提供的一种高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，包括：分别安装在测试工件两端的夹具底座和下夹具模块；

3、所述夹具底座包括支撑座以及可拆卸安装在支撑座上可更换夹持装置，所述可更换夹持装置与测试工件通过转轴转动连接，所述下夹具模块与测试工件通过转轴转动连接或通过球头转动连接；

4、所述可更换夹持装置和下夹具模块上与测试工件接触的摩擦面上设置有crn-craln涂层。

5、优选地，所述支承座上设置有多个安装孔和安装槽，所述可更换夹持装置可嵌入式安装在所述安装槽中，并通过螺栓固定在所述安装孔中。

6、优选地，所述可更换夹持装置包括铰接支座，所述铰接支座上开设有转动连接孔，测试工件通过穿设在转动连接孔中的销钉与铰接支座转动连接，所述销钉的一端固定有垫圈；

7、所述下夹具模块包括u型夹具头，所述u型夹具头上开设有转动连接孔，测试工件通过穿设在转动连接孔中的销钉与u型夹具头转动连接。

8、优选地，所述夹具底座和下夹具模块用于连接滚子凸轮工件；

9、所述夹具底座与凸轮相连；下夹具模块与凸轮相连，凸轮与滚子滚动接触。

10、优选地，所述可更换夹持装置包括铰接支座，所述铰接支座上开设有转动连接孔，测试工件通过穿设在转动连接孔中的拉杆销钉与铰接支座转动连接，在拉杆销钉的端部固定有销钉卡簧；

11、所述下夹具模块包括一对耳板座、球窝、球窝销钉，所述耳板座上开设有转动连接孔，所述球窝位于一对耳板座之间，所述球窝销钉穿分别穿设在耳板座和球窝中，测试工件转动套接在所述球窝上。

12、优选地，所述夹具底座和下夹具模块用于连接三脚架；

13、所述夹具底座与三角架的一端通过转轴转动相连，所述下夹具模块与三角架的另一端通过球窝副转动连接。

14、优选地，所述可更换夹持装置和下夹具模块采用gh2747合金材质，所述可更换夹持装置和下夹具模块的转动连接孔孔壁上沿圆周方向设置有沟槽。

15、优选地，所述沟槽通过如下步骤生成：

16、a1、粗加工接触面表面，车削加工夹具转动连接孔，在孔内镗削加工圆周方向沟槽，加工精度为15μm，表面粗糙度ra0.8；

17、a2、精加工接触面表面，对圆周方向沟槽结构进行精密镗削表面粗糙度ra0.08，连接面表面进行镜面磨削表面粗糙度ra0.01。

18、优选地，所述crn-craln涂层通过以下方式生成：

19、步骤s1：表面清洗，温度50℃条件下去污剂喷洒清洗10min去除表面油渍后置于去离子水中室温超声清洗5min，待自然晾干后室温喷砂清洗15min，置于无水乙醇中室温清洗5min，待自然晾干后置于n2氛围下等离子清洗表面；

20、步骤s2：真空干燥，将夹具置于真空腔体内，真空度1pa保持20min确保夹具表面干燥；

21、步骤s3：涂层制备，保持真空腔体真空度小于5x10-3pa，使用高能量ar+粒子轰击夹具接触面表面进行溅射清洗，使用阴极弧蒸镀技术，控制夹具负偏压处于-40v至160v，保持腔内温度400℃，通入99.99％高纯n2，首先使用cr靶材沉积20min制备crn涂层厚度为0.5μm-0.7μm作为底层，在底层基础上使用cral靶材沉积40min制备craln涂层，厚度为1.5-3μm。

22、优选地，所述可更换夹持装置包括底座，所述底座高度为12mm，所述安装槽的槽深比底座高度低8mm。

23、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

24、1、本发明公开的磨损试验夹具装置采用可更换夹持装置满足不同尺寸不同运动形式的测试工件的夹持需求，下夹具模块工件可通过转轴转动或球头转动连接，实现了对工件旋转副、球窝副的磨损试验。

25、2、在可更换夹持装置和下夹具模块与测试工件接触的摩擦面上设置的crn-craln涂层具有高硬度、高温热力学性能好、抗氧化能力好、低速耐磨性好的优异性能表现，提高了在高温重载工况下的耐磨性。

26、3、本发明在转动连接孔的孔壁上设置的沟槽能够便于引导磨屑进入沟槽中减少与表面涂层发生磨粒磨损，以提高夹具涂层寿命。

27、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

技术特征：

1.一种高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，包括：分别安装在测试工件两端的夹具底座(1)和下夹具模块(2)；

2.根据权利要求1所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述支承座上设置有多个安装孔(110)和安装槽(111)，所述可更换夹持装置(12)可嵌入式安装在所述安装槽(111)中，并通过螺栓固定在所述安装孔(110)中。

3.根据权利要求1所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述可更换夹持装置(12)包括铰接支座，所述铰接支座上开设有转动连接孔，测试工件通过穿设在转动连接孔中的销钉(13)与铰接支座转动连接，所述销钉(13)的一端固定有垫圈(14)；

4.根据权利要求3所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述夹具底座(1)和下夹具模块(2)用于连接滚子凸轮工件，所述滚子凸轮工件包括凸轮(3)和滚子(4)；

5.根据权利要求1所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述可更换夹持装置(12)包括铰接支座，所述铰接支座上开设有转动连接孔，测试工件通过穿设在转动连接孔中的拉杆销钉(16)与铰接支座转动连接，在拉杆销钉(16)的端部固定有销钉卡簧(17)；

6.根据权利要求5所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述夹具底座(1)和下夹具模块(2)用于连接三角架(6)；

7.根据权利要求1所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述可更换夹持装置(12)和下夹具模块(2)采用gh2747合金材质，所述可更换夹持装置(12)和下夹具模块(2)的转动连接孔孔壁上沿圆周方向设置有沟槽。

8.根据权利要求7所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述沟槽通过如下步骤生成：

9.根据权利要求7所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述crn-craln涂层通过以下方式生成：

10.根据权利要求1所述的高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，其特征在于，所述可更换夹持装置(12)包括底座，所述底座高度为12mm，所述安装槽(111)的槽深比底座高度低8mm。

技术总结
本发明提供了一种高温重载低速工况航空尾喷管多运动副磨损试验夹具装置，分别安装在测试工件两端的夹具底座和下夹具模块；所述夹具底座包括支撑座以及可拆卸安装在支撑座上可更换夹持装置，所述可更换夹持装置与测试工件通过转轴转动连接，所述下夹具模块与测试工件通过转轴转动连接或通过球头转动连接；所述可更换夹持装置和下夹具模块上与测试工件接触的摩擦面上设置有CrN‑CrAlN涂层，并公开了CrN‑CrAlN涂层的制备方法。本发明公开的磨损试验夹具装置采用可更换夹持装置满足不同尺寸不同运动形式的测试工件的夹持需求，下夹具模块工件可通过转轴转动或球头转动连接，实现了对工件旋转副、球窝副的磨损试验。

技术研发人员：黄楷熠,张执南,刘松恺,何志轩,尹念,何可
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13