CN102621060B

CN102621060B - 一种真空摩擦磨损试验装置

Info

Publication number: CN102621060B
Application number: CN201210066267.1A
Authority: CN
Inventors: 曾群锋; 于飞; 毛军红; 董光能
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: CN102621060A

Abstract

一种真空摩擦磨损试验装置，包括基座，基座上设有真空罩，真空罩上包括真空计和充气阀，基座内设置有驱动电机，驱动电机的主动轴上端安装有动试样圆盘，在动试样圆盘上方接触设置有定试样，定试样由定试样夹具固定，定试样夹具安装于U型悬臂梁上，定试样夹具上方放有加载砝码，U型悬臂梁的一端设置有配重，线性位移传感器对称的安装在U型悬臂梁上；基座上固定有径向进给系统，径向进给系统上方是调节旋转轴，U型悬臂梁通过连接件与调节旋转轴连接，本发明根据实验要求可以实现真空环境下的摩擦力、时间等参数的数据采集、记录并绘制摩擦系数随时间变化的曲线，装置操作简单，使用方便。

Description

一种真空摩擦磨损试验装置

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验机技术领域，特别涉及一种在真空环境下测量材料摩擦磨损性能的真空摩擦磨损试验装置。

技术背景

在真空环境下，相互摩擦的材料之间粘着倾向增大，摩擦磨损性能发生显著变化。同时随着航空航天工业的发展，研究材料在真空工况下的摩擦磨损性能日益重要，普通的摩擦磨损试验装置无法满足研究要求，因此需要设计出相应的真空摩擦磨损试验装置来研究材料在真空使用条件下的摩擦磨损性能。

摩擦磨损实验的目的是为了正确地评价各种因素对材料摩擦磨损性能的影响，分析摩擦磨损现象及其本质，从而确定符合工程应用摩擦副元件的最优参数。大量研究试验表明，材料的摩擦磨损机理不仅与材料本身的性质有关，还与所处的环境气氛有关。在真空工况下，材料之间的摩擦磨损表现出与空气条件下不同的特点。现有的摩擦磨损试验机种类繁多，这些试验机多用于大气环境下对材料摩擦系数和磨损率的测定。目前，一些学者对普通的摩擦磨损实验机进行了改进，研制出了真空摩擦磨损试验机。如崔周平等研制了MT-1型真空摩擦磨损试验机，其真空系统由高真空系统和低真空系统两部分组成，可以提供从大气到6.7×10^-3Pa的压力环境，可在真空条件下进行材料摩擦磨损机理的研究。宋宝玉等研制了SY-1型真空摩擦磨损试验机，该机主要由摩擦试验机、真空系统、试验参数测量仪表系统、数据采集处理系统四个部分构成，可以提供4×10^-3Pa的压力环境，可以进行真空、加热和冷却条件下的材料摩擦学性能测试。李光等研制的多气氛及真空环境下测量材料摩擦行为的试验装置(CN101393113A)，该装置可以实现10^-1-10^-4Pa的真空环境下的试验。另外根据试验要求可以将相关气体输入到真空环境下的实验装置中，可以使实验装置产生出真空环境或者多气氛实验环境。然而上述真空摩擦磨损试验装置的真空系统多采用油扩散泵作为主泵对系统进行抽取真空。油扩散泵在抽取真空过程中泵油容易出现返流现象，同时泵油在加热分解会产生永久性气体如甲烷、氢气等，这不仅增大了抽取真空的难度，而且容易对真空系统造成污染。因此需要采用新的抽气方式来对系统进行抽取真空。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种真空摩擦磨损试验装置，采用机械泵加涡轮分子泵抽取真空的方式，结构紧凑，并且可较快的获得试验所需真空度，模拟材料在真空工况下的磨损状态，测试材料在真空工况下的摩擦磨损性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种真空摩擦磨损试验装置，包括基座18，基座18上面设有真空罩11，真空罩11的上面安装有真空计13和充气阀12，基座18内设置有驱动电机19，驱动电机19的主动轴5上设置有动试样圆盘6，在动试样圆盘6上方接触设置有定试样7，定试样7由定试样夹具8固定。定试样夹具8安装于U型悬臂梁10的一端，定试样夹具8上方放有加载砝码9，U型悬臂梁10的一端还设置有配重14，在U型悬臂梁10上对称的安有线性位移传感器15，基座18上固定有径向进给系统17，调节旋转轴16固定于径向进给系统17上方，U型悬臂梁10与调节旋转轴16连接在一起，在基座18的外围还设有与真空罩11相通的涡轮分子泵3，涡轮分子泵3与机械泵1相连。

本发明真空环境下测量材料摩擦磨损行为的试验装置通过分机械泵加涡轮分子泵对真空罩抽取真空，可实现10^-1-10^-5Pa真空环境下的实验。另外，通过数据采集装置实现不同环境下摩擦力等参数的数据采集。

本发明的主要优点为：

(1)本真空摩擦磨损试验装置采用的是机械泵加涡轮分子泵抽取真空的方式，可在较快的获得实验所需真空度。操作简单，控制灵活。

(2)本真空摩擦磨损试验装置体积小，结构简单，易于操作拆卸，可方便精确地控制载荷，经济实惠；

(3)采用U型悬臂梁设计，对力变形灵敏，采用对称的位移传感器，消除误差；

(4)可通过调整径向进给系统而获得不同的线速度；

(5)测试范围宽，可实现在不同真空度(10^-1-10^-5Pa)下的金属及无机非金属材料及涂层摩擦磨损性能的考察，达到模拟表面薄膜的真空摩擦磨损性能的目的。

附图说明

图1是本发明真空摩擦磨损试验装置的示意图。

图2为图1的截面A-A的剖视图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。

参照附图，一种真空摩擦磨损试验装置，包括基座18，基座18上面设有真空罩11，真空罩11的上面安装有真空计13和充气阀12。真空计13用来测量真空罩11内的真空度，充气阀12用来打开真空系统时向内部输入大气。基座18内设置有驱动电机19，驱动电机19的主动轴5上设置有动试样圆盘6，主动轴5带动动试样圆盘6旋转，在动试样圆盘6上方接触设置有定试样7，定试样7由定试样夹具8固定，定试样7的高度通过调节定试样夹具8的高度而得到。定试样夹具8安装于U型悬臂梁10的一端，定试样夹具8上方放有加载砝码9，U型悬臂梁10的另一端还设置有配重14，通过调节配重14而使悬臂梁10平衡，在U型悬臂梁10上对称的安有线性位移传感器15，线性位移传感器15测量摩擦系统的摩擦力。基座18上固定有径向进给系统17，调节旋转轴16固定于径向进给系统17上方，U型悬臂梁10通过连接件与调节旋转轴16连接在一起，通过调节旋转轴16和径向进给系统17来调整定试样7的径向半径，即为摩擦半径。同时，在基座18的外围还设有与真空罩11相通的涡轮分子泵3，涡轮分子泵3与机械泵1相连，用来对系统抽取真空。涡轮分子泵3与机械泵1之间设置有第一阀门2，涡轮分子泵3与真空罩11之间设置有第二阀门4。

本发明的工作原理为：将动试样圆盘6表面用丙酮清洗干净并烘干，然后安装于动试样夹具8中。定试样7夹在定试样夹具8上，通过调节定试样夹具8与动试样的距离，来调节定试样7的高度。调节旋转轴16和径向进给系统17来调整定试样7的径向半径，即摩擦半径；调节配重14使U型悬臂梁10平衡。然后放置砝码9对摩擦副进行加载，放下U型悬臂梁10让定试样7与动试样圆盘6接触；打开第一阀门2和第二阀门4，启动机械泵1对系统真空罩11粗抽真空，待达到一定真空度后，启动涡轮分子泵3继续抽真空，直到系统达到指定的真空度；接通驱动电机19，调节转速，使之带动主动轴5作匀速转动，从而带动试样圆盘6与定试样7做点面接触的相对运动。安装于U型悬臂梁10的线性位移传感器15将信号输送至数据采集卡，从而获得摩擦副所受的摩擦力，进而绘制出摩擦系数随时间变化的曲线。

本发明真空环境下测量材料摩擦磨损行为的装置采用机械泵加涡轮分子泵的方式对真空罩进行抽真空，启动速度快、产生的振动小。另外，通过数据采集装置还可以实现摩擦力等系数的数据采集。本发明装置结构简单、操作方便，可以有效地测试出材料在真空环境的摩擦磨损性能。本发明采用机械泵加涡轮分子泵抽真空的方法，可较快的达到预定的真空度，真空罩下端采用氟橡胶密封的方式，密封效果良好。

Claims

1.一种真空摩擦磨损试验装置，包括基座（18），其特征在于，基座（18）上面设有真空罩（11），真空罩（11）的上面安装有真空计（13）和充气阀（12），基座（18）内设置有驱动电机（19），驱动电机（19）的主动轴（5）上设置有动试样圆盘（6），在动试样圆盘（6）上方接触设置有定试样（7），定试样（7）由定试样夹具（8）固定，定试样夹具（8）安装于U型悬臂梁（10）的一端，定试样夹具（8）上方放有加载砝码（9），在基座（18）的外围还设有与真空罩（11）相通的涡轮分子泵（3），涡轮分子泵（3）与机械泵（1）相连，其特征在于，U型悬臂梁（10）的另一端设置有配重（14），在U型悬臂梁（10）上对称的安有线性位移传感器（15），基座（18）上固定有径向进给系统（17），调节旋转轴（16）固定于径向进给系统（17）上方，U型悬臂梁（10）与调节旋转轴（16）连接在一起。