CN110243596A - 角接触轴承摆动运转性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了角接触轴承摆动运转性能测试系统，该测试系统由摆动机构、测试轴承组件、摩擦力测试、空间环境模拟四部组成，能够在实验室内模拟高真空、高温、低温、高低温交变等空间热真空环境条件下，完成对待测轴承的摩擦力矩测试、长时间摆动过程中摩擦力矩实时监测以及运转寿命考察等。本发明是将轴承在小角度往复摆动状态下的摩擦力矩测试与高真空、高温、低温和高低温交变等空间环境试验平台优化集成，从而为研究轴承在空间环境中的运动特性、润滑原理以及空间环境中轴承工作面基体材料与润滑材料之间的物理、化学作用机理提供测试及研究平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种角接触轴承模拟空间环境中往复摆动运动状态下的摩擦力矩测试、实时监测以及运转寿命考察的测试系统，属于空间机械的润滑技术领域。
背景技术
空间飞行机构中的轴承都要对其工作面进行必要的润滑处理，以保证空间机械的可靠运转。不同类型的润滑材料均要在空间环境中长期使用，因此有必要在地面实验室建立有效模拟空间环境中轴承运转性能的测试平台，以研究轴承在空间环境高真空、高温、低温、高低温交变等环境因素下的运动特性以及润滑材料的润滑性能和失效机理。而国内外均未见到对高精度角接触轴承经不同类型润滑材料和涂覆方式对其工作面进行润滑处理后，在小角度往复摆动状态下的运动特性、润滑原理、运转寿命的考察；以及空间热真空环境因素与轴承工作面及润滑材料之间的物理、化学作用机理的测试及研究平台。因此建立模拟空间环境中高精度角接触轴承往复摆动运转性能测试系统具有十分重要的价值，对于保障空间飞行机构的可靠运行具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度角接触轴承（以下简称轴承）在模拟空间环境中小角度往复摆动时的运转性能测试系统。该测试系统能够在实验室内模拟高真空、高温、低温、高低温交变等空间热真空环境条件下，完成对待测轴承的摩擦力矩测试、长时间摆动过程中摩擦力矩实时监测以及运转寿命考察等。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明是将轴承在小角度往复摆动状态下的摩擦力矩测试与高真空、高温、低温和高低温交变等空间环境试验平台优化集成，从而为研究轴承在空间环境中的运动特性、润滑原理以及空间环境中轴承工作面基体材料与润滑材料之间的物理、化学作用机理提供测试及研究平台。
本发明的测试系统由摆动机构、测试轴承组件、摩擦力测试、空间环境模拟四部分组成。
摆动机构由安装于电机支架上的步进电机作为驱动源，步进电机轴上装有偏心轮，偏心轮的边缘位置装有关节轴承，其将偏心轮与摆动杆活动连接，摆动杆的另一端穿过摆动轮中间的通孔；当步进电机带动偏心轮转动时，偏心轮通过关节轴承带动摆动杆上下、往复摆动，由摆动杆通过在摆动轮通孔内的活塞运动来带动摆动轮按设定角度往复摆动，再由联轴器将摆动轮与扭矩测试仪、磁流体密封轴呈无摆动间隙连接；磁流体密封轴与真空罐内测试轴承组件的支撑转轴也通过联轴器呈无摆动间隙连接，因此当摆动轮往复摆动时罐内支撑转轴也随之往复摆动。
测试轴承组件由两组测试件构成，为模拟轴承真实使用状况每组测试件分别由测试轴承Ⅰ和测试轴承Ⅱ背对背安装构成。测试轴承Ⅰ和测试轴承Ⅱ在测试件中的安装顺序是先将测试轴承Ⅰ外侧防尘盖装入轴承座，再将驱动轴装入轴承座，接着装入测试轴承Ⅰ内侧防尘盖，然后将测试轴承Ⅰ装入轴承座内；接着将轴承外隔圈、轴承内隔圈装入轴承座内，再背对背装入测试轴承Ⅱ，然后将测试轴承Ⅱ的内侧防尘盖和外侧防尘盖分别装入轴承座和驱动轴上。分别在轴承座和驱动轴上拧入轴承外圈锁紧螺母Ⅰ和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ；用力矩扳手及工具给轴承外圈锁紧螺母Ⅰ和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ分别施以设定的轴向力，使得两套轴承均承受设定的轴向预紧力，以模拟真实使用时轴承所承受的轴向载荷。最后用轴承外圈锁紧螺母Ⅱ和轴承内圈锁紧螺母Ⅱ将轴承外圈锁紧螺母Ⅰ和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ锁紧。第一组测试件与第二组测试件安装、测试完全相同。
两组测试件安装完毕后先将第一组测试件装入带平键的测试件支撑转轴上并装上支撑转轴套筒Ⅰ，接着装入第二组测试件并装上支撑转轴套筒Ⅱ，上紧锁紧螺母Ⅰ和锁紧螺母Ⅱ。将测试轴承组件的支撑转轴穿过支撑架轴承安装于支撑架上面，并在两组测试件底部装上倒T字形施力架以及在支撑架上装上两组压力传感器。经调试后将带支架的测试轴承组件装在真空罐内试验平台Ⅱ上，并用联轴器将支撑转轴与磁流体密封轴呈无摆动间隙连接。真空罐内测试轴承组件支撑转轴随罐外摆动轮往复摆动时，驱动轴及测试轴承内圈也一起按摆动轮摆动角度往复摆动。测试轴承外圈则随轴承座自由转动，轴承座上安装倒T字形施力架以及压力传感器的目的是测定测试轴承内圈往复摆动时，测试轴承内圈、测试轴承滚珠和测试轴承外圈三者之间相对运动造成的摩擦阻力。
摩擦力测试由真空罐内安装于测试轴承组件支撑架上的两组成对精密压力传感器通过信号电缆及真空罐上航空插座与罐外每组精密压力测试仪连接，精密压力测试仪通过RS（Recommended Standard推荐性标准）485通讯端口与装有多串口卡的计算机连接，并由安装于计算机上多通道数据采集软件实现每组试验数据的实时采集、存储及作图分析。
空间环境模拟主要由真空罐、热沉、高真空抽气机组、真空计量四部分构成。
真空罐是由卧式圆柱体结构的真空罐为主体，真空罐固定安装于试验平台Ⅰ上，真空罐一端密封另一端安装有真空罐大门且采用氟橡胶圈密封；真空罐内部由用于控温的热沉和罐内试验平台Ⅱ构成；真空罐外安装有进液氮口、出液氮口、航空插座及法兰、磁流体密封轴以及进放气阀门。
热沉安装于真空罐内部主要用于罐内控温，热沉主要由液氮储罐和涂刷有航空黑漆的紫铜板腔体组成；液氮储罐是由双层不锈钢焊接隔层结构的卧式圆筒组成，筒体上部安装一个进液氮接口和出液氮接口且通过法兰与真空罐筒体相连。低温是通过向液氮储罐内通入液氮以冷却筒体获得低温环境；高温是通过紫铜板腔体内均匀分布的镍铬加热丝由外部供电及控温电路获得高温环境。通过液氮冷却和加热丝电加热的交替进行从而实现罐内高、低温交变环境调控，以满足不同的高、低温度试验要求。
高真空抽气机组由高真空插板阀、分子泵和机械泵组成。高真空插板阀由真空室下方的法兰连接，真空插板阀另一侧法兰与分子泵连接，再通过波纹管将分子泵与电磁阀及机械泵连接。
真空计量由安装于真空罐底部的电离规管通过信号电缆与高真空测试仪相连接构成。
空间环境模拟系统的控制是由安装有多串口卡的计算机通过RS485通讯端口对下位机各控制单元的PLC(Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器)、智能温控仪、温度巡检仪及高真空测试仪进行通讯，通过实时采集各仪表参数同时计算机给相应下位机各控制单元发送指令以实现每个控制单元的有效控制及管理。
本发明具有下列优点：
1、实现了轴承在小角度往复摆动特殊运动状态下的摩擦力矩测试、监测和运转寿命考察。
2、将轴承在小角度往复摆动状态下的摩擦力矩测试与高真空、高温、低温和高低温交变等空间环境优化集成，为研究轴承在空间环境中的运动特性、润滑原理以及空间环境中轴承工作面基体材料与润滑材料之间的物理、化学作用机理提供测试及研究平台。
3、应用计算机对下位机PLC、智能温控仪、温度巡检仪、高真空计及控制电路进行有效控制及管理，从而实现测试平台的自动化管理。
4、该测试系统的建立为高精度角接触固体润滑轴承可靠应用于空间飞行机构提供了重要的技术支撑与保障。
附图说明
图1是本发明的摆动机构示意图。
图2是本发明的测试轴承组件示意图。
图3是本发明的摩擦力矩测试原理示意图。
图4是本发明的测试系统控制原理示意图。
图5是本发明的测试系统总体结构示意图。
图中：1-电机支架，2-步进电机，3-偏心轮，4-关节轴承，5-摆动杆，6-摆动轮，7-扭矩测试仪，8-磁流体密封轴，9-支撑转轴，10-联轴器，11-测试轴承Ⅰ，12-测试轴承Ⅱ，13-测试轴承Ⅰ内侧防尘盖，14-测试轴承Ⅰ外侧防尘盖，15-轴承座，16-驱动轴，17-轴承外隔圈，18-轴承内隔圈，19-测试轴承Ⅰ内侧防尘盖，20-测试轴承Ⅰ外侧防尘盖，21-轴承外圈锁紧螺母Ⅰ，22-轴承内圈锁紧螺母Ⅰ，23-轴承外圈锁紧螺母Ⅱ，24-轴承内圈锁紧螺母Ⅱ，25-平键，26-支撑转轴套筒Ⅰ，27-支撑转轴套筒Ⅱ，28-锁紧螺母Ⅰ，29-锁紧螺母Ⅱ，30-支撑轴承，31-支撑架，32-倒T字形施力架，33-力传感器，34-测试轴承滚珠，35-测试轴承外圈，36-测试轴承内圈，37-力臂，38-机械泵，39-电磁阀，40-摆动机构支撑台，41-摆动机构支撑架，42-摆动机构，43-真空规管，44-波纹管，45-分子泵，46-放气阀，47-真空罐，48-航空插座，49-进液氮口，50-出液氮口，51-测试组件，52-罐内试验平台Ⅱ，53-紫铜板腔体，54-液氮储罐，55-插板阀，56-罐外试验平台Ⅰ，57-真空罐大门。
具体实施方式
本发明将结合附图和实施例作进一步详述：
本发明的测试系统由摆动机构、测试轴承组件、摩擦力测试、空间环境模拟四部分组成。
参见图1，摆动机构由安装于电机支架1上的步进电机2作为驱动源，步进电机轴上装有偏心轮3，偏心轮3的边缘位置装有关节轴承4，其将偏心轮3与摆动杆5活动连接，摆动杆5的另一端穿则过摆动轮6中间的通孔；当步进电机2带动偏心轮3转动时，偏心轮3通过关节轴承4带动摆动杆5上下、往复摆动，由摆动杆5通过在摆动轮6通孔内的活塞运动来带动摆动轮6按设定角度往复摆动。再由联轴器10将摆动轮6与扭矩测试仪7、磁流体密封轴8呈无摆动间隙连接；磁流体密封轴8与真空罐内测试轴承组件的支撑转轴9也通过联轴器呈无摆动间隙连接，因此当摆动轮6往复摆动时真空罐内支撑转轴9也随之往复摆动。测试轴承内圈36的摆动角度由偏心轮3半径和摆动轮6中心到步进电机2轴心间距决定，即：摆动角度αmax=2×arctg(h1/h2)，摆动周期则由步进电机2转速决定。扭矩测试仪7实时监测摆动机构及测试轴承内圈36的往复摆动状况，以防止摆动异常有损测试轴承。测试中需定期给关节轴承及摆动轮通孔内加注普通润滑油。
参见图2，测试轴承组件由两组测试件构成，为模拟轴承真实使用状况每组测试件分别由测试轴承Ⅰ11和测试轴承Ⅱ12背对背安装构成。测试轴承Ⅰ11和测试轴承Ⅱ12在测试件中的安装顺序是先将测试轴承Ⅰ11外侧防尘盖13装入轴承座15，再将将驱动轴16装入轴承座15，接着装入测试轴承Ⅰ11内侧防尘盖14，然后将测试轴承Ⅰ11装入轴承座内15；接着将轴承外隔圈17、轴承内隔圈18装入轴承座15内，再背对背装入测试轴承Ⅱ12，然后将测试轴承Ⅱ的内侧防尘盖19和外侧防尘盖20分别装入轴承座15和驱动轴16上。分别在轴承座15和驱动轴16上拧入轴承外圈锁紧螺母Ⅰ21和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ22；用力矩扳手及工具给轴承外圈锁紧螺母Ⅰ21和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ22分别施以设定的轴向力，使得两套轴承均承受设定的轴向预紧力，以模拟真实使用时轴承所承受的轴向载荷。最后用轴承外圈锁紧螺母Ⅱ23和轴承内圈锁紧螺母Ⅱ24将轴承外圈锁紧螺母Ⅰ21和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ22锁紧。第一组测试件与第二组测试件安装、测试完全相同。
参见图2，两组测试件安装完毕后先将第一组测试件装入带平键25的测试件支撑转轴9上并装上支撑转轴套筒Ⅰ26，接着装入第二组测试件并装上支撑转轴套筒Ⅱ27，上紧锁紧螺母Ⅰ28和锁紧螺母Ⅱ29。将测试轴承组件的支撑转轴9穿过支撑架轴承30安装于支撑架31上面，并在两组测试件底部装上倒T字形施力架32以及在支撑架31上装上两组压力传感器33。经调试后将带支架的测试轴承组件装在真空罐47内试验平台Ⅱ52上，并用联轴器10将支撑转轴9与磁流体密封轴8呈无摆动间隙连接。参见图3，真空罐47内测试轴承组件支撑转轴9随罐外摆动轮6往复摆动时，驱动轴16及测试轴承内圈36也一起按摆动轮6摆动角度往复摆动。测试轴承外圈35则随轴承座15自由转动，轴承座15上安装倒T字形施力架32以及压力传感器33的目的是测定测试轴承内圈36往复摆动时，测试轴承内圈36、测试轴承滚珠34和测试轴承外圈35三者之间相对运动造成的摩擦阻力，并通过摩擦阻力×力臂30=摩擦力矩（F×L=M）计算出轴承往复摆动时的摩擦阻力矩。
参见图4及图5，摩擦力测试由真空罐47内安装于测试轴承组件支撑架31上的两组成对精密压力传感器33通过信号电缆及真空罐上航空插座48与罐外每组精密压力测试仪连接，精密压力测试仪通过RS485通讯端口与装有多串口卡的计算机连接，并由安装于计算机上多通道数据采集软件实现每组试验数据的实时采集、存储及作图分析。
本发明还可以按照测试条件设置不同的摆动角度、摆动速度、轴向载荷，以此测量出轴承在不同测试条件下的摩擦力矩。通过对试验数据分析判别从而测评轴承摆动运转时的特性，以便于轴承在真实使用工况下选择适宜的运转参数；还可以按照选用轴承型号的不同对测试轴承组件中固定轴承的零部件进行尺寸设计，以满足不同尺寸轴承的安装需求，进而对不同型号的轴承进行测试。
空间环境模拟主要由真空罐、热沉、高真空抽气机组、真空计量四部分构成。
参见图5，真空罐是由卧式圆柱体结构的真空罐47为主体，真空罐47固定安装于罐外试验平台上Ⅰ56，真空罐一端密封另一端安装有真空罐大门57且采用氟橡胶圈密封；真空罐47内部由用于控温的热沉和罐内试验平台Ⅱ52构成；真空罐47外安装有进液氮口49、出液氮口50、航空插座及法兰48、磁流体密封轴8以及进放气阀门46。
热沉安装于真空罐47内部主要用于罐内控温，热沉主要由液氮储罐54和涂刷有航空黑漆的紫铜板腔体53组成；液氮储罐54是由双层不锈钢焊接隔层结构的卧式园筒组成，筒体上部安装一个进液氮接口49和出液氮接口50且通过法兰与真空罐47筒体相连。低温是通过向液氮储罐54内通入液氮以冷却筒体获得低温环境；高温是通过紫铜板腔体53内均匀分布的镍铬加热丝由外部供电及控温电路获得高温环境。通过液氮冷却和加热丝电加热交替进行从而实现罐内高、低温交变环境调控，以满足不同的高、低温度试验要求。
高真空抽气机组由高真空插板阀55、分子泵45和机械泵38组成。高真空插板阀55由真空罐47下方的法兰与之连接，真空插板阀55另一侧法兰与分子泵45连接，再通过波纹管44将分子泵45与电磁阀39及机械泵39连接。
真空计量由安装于真空罐底部的电离规管43通过信号电缆与高真空测试仪相连接构成。
参见图4，空间环境模拟系统的控制是由安装有多串口卡的计算机通过RS485通讯端口对下位机各控制单元的PLC、智能温控仪、温度巡检仪及高真空测试仪进行通讯，通过实时采集各仪表参数，同时计算机给相应下位机各控制单元发送指令以实现每个控制单元的有效控制及管理。
采用本发明的测试系统对71916ACTN3/HVP4DBS0YB1（以下简称71916）型轴承进行了模拟空间环境中往复摆动运转性能测试。
测试系统中的电机采用86BYG001型步进电机，转速为0～300 r/min可调；扭矩测试为HX-905型，量程0~2 Nm，精度0.001 Nm。摩擦力测试采用四组量程为10.0N，测量精度优于0.5%C3S2U型压力传感器配采样频率优于10Hz的NS-YB05C型精密压力测试仪；配装有MOMAX多串口卡的研华工业计算机及多功能软件组成。且摩擦力测试在高真空环境下温度在-50℃～+50℃范围内做过测力标定。测试系统摆动机构机械件除摆动轮由普通黄铜材料制造外，其余均由1Cr18Ni 9Ti不锈钢制造，测试轴承组件机械件均由9Cr18不锈钢制造。
模拟空间环境试验以卧式圆柱体结构SUS304不锈钢材制真空罐为主体，筒体直径F660mm，长度850mm；热沉腔体净尺寸为F420×650mm，电加热功率为0～3 kW可调高；真空抽气机组由CCD高真空插板阀、FF-160/620C型分子泵和VDN401型机械泵组成；真空度由ZJ-27型电离规和ZFH-4型高真空测试仪计量；真空罐内可获得极限真空度为5.0×10-4Pa，极限温度为-80～+100℃。自动控制是由研华工控机和下位机三菱PLC、AL808D型智能温控仪、XSL/8型温度巡检仪及ZFH-4型高真空测试仪及控制电路组成。
71916型轴承为可分离型角接触球轴承接触角25°±2°，精度等级P4级，配套钢球精度G10级；外形尺寸：φ80mm（d）×φ110 mm（D）×16 mm（B）；套圈及钢球材料为9Cr18不锈钢，保持架材料为聚酰亚胺基复合自润滑材料。
测试条件：
1、轴承内圈运动方式：（1）-6°～+6°往复摆动，摆动周期0.25秒；（2）每120小时再进行-20°～+20°往复摆动，摆动周期4秒，摆动历时12分钟，共完成18次大角度摆动；
2、轴承安装：测试轴承成对安装（第一组：1#、2#套；第二组：3#、4#套）；
3、轴承预紧力：第一组220N±15N；第二组100N±15N；
4、润滑方式：轴承内、外圈工作面和钢球表面经PVD溅射MoS2复合润滑膜；
5、真空度：≤1.3´10-3 Pa；轴承温度：+0℃～+40℃高、低温交变；
6、停留时间：每次循环在最高、最低温度端保温不少于6小时；
7、热真空循环次数：20次（分别在试验初期、末期各开展10次）；
8、完成总摆动次数：3.1×107次。
测试结果：
采用本发明的测试系统对71916型轴承1#、2#套和3#、4#套开展了热真空环境中的运转寿命考察，结果如下：
1、本测试系统完成了轴承测试组件在热真空环境中3.1×107次小角度摆动寿命试验（包括常温、测试初期、末期各10次高低温交变+0℃～+40℃），测试系统均表现出良好的运转状态；
2、由本测试系统测出在两组测试件预紧力不同条件下，热真空寿命考察初期第一组测试件摩擦力矩峰值及波动幅度均大于第二组测试件，在考察末期两组测试件摩擦力矩均呈逐步降低趋势且数值及波动幅度趋向一致，测试数据见表4；在热真空寿命考察初、中、末期高低温交变工况下，两组固体润滑轴承测试件常温、高温段摩擦力矩及波动幅度均小于低温段相应数值；
表4 71916型轴承测试件热真空寿命考察中平均摩擦力矩
71916型轴承在热真空寿命考察前、后，各参试轴承精度未见明显变化。
以上实施例结果表明，本发明中高精度角接触轴承往复摆动运转性能测试系统可满足于高精度角接触轴承在模拟空间环境条件下的运动特性评价。可为应用于空间飞行机构中的高精度角接触轴承提供地面测试及研究平台。
Claims (4)
1.角接触轴承摆动运转性能测试系统，其特征在于该系统由摆动机构、测试轴承组件、摩擦力测试、空间环境模拟四部分组成；
所述摆动机构由安装于电机支架（1）上的步进电机（2）作为驱动源，步进电机轴上装有偏心轮（3），偏心轮（3）的边缘位置装有关节轴承（4），其将偏心轮（3）与摆动杆（5）活动连接，摆动杆（5）的另一端穿则过摆动轮（6）中间的通孔；当步进电机（2）带动偏心轮（3）转动时，偏心轮（3）通过关节轴承（4）带动摆动杆（5）上下、往复摆动，由摆动杆（5）通过在摆动轮（6）通孔内的活塞运动来带动摆动轮（6）按设定角度往复摆动，再由联轴器（10）将摆动轮（6）与扭矩测试仪（7）、磁流体密封轴（8）呈无摆动间隙连接；磁流体密封轴（8）与真空罐内测试轴承组件的支撑转轴（9）也通过联轴器呈无摆动间隙连接，因此当摆动轮（6）往复摆动时真空罐内支撑转轴（9）也随之往复摆动；
所述测试轴承组件由两组测试件构成，每组测试件分别由测试轴承Ⅰ（11）和测试轴承Ⅱ（12）背对背安装构成；测试轴承Ⅰ（11）和测试轴承Ⅱ（12）在测试件中的安装顺序是先将测试轴承Ⅰ（11）外侧防尘盖（13）装入轴承座（15），再将驱动轴（16）装入轴承座（15），接着装入测试轴承Ⅰ（11）内侧防尘盖（14），然后将测试轴承Ⅰ（11）装入轴承座内（15）；接着将轴承外隔圈（17）、轴承内隔圈（18）装入轴承座（15）内，再背对背装入测试轴承Ⅱ（12），然后将测试轴承Ⅱ的内侧防尘盖（19）和外侧防尘盖（20）分别装入轴承座（15）和驱动轴（16）上；分别在轴承座（15）和驱动轴（16）上拧入轴承外圈锁紧螺母Ⅰ（21）和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ（22）；用力矩扳手及工具给轴承外圈锁紧螺母Ⅰ（21）和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ（22）分别施以设定的轴向力，使得两套轴承均承受设定的轴向预紧力，以模拟真实使用时轴承所承受的轴向载荷，最后用轴承外圈锁紧螺母Ⅱ（23）和轴承内圈锁紧螺母Ⅱ（24）将轴承外圈锁紧螺母Ⅰ（21）和轴承内圈锁紧螺母Ⅰ（22）锁紧；第一组测试件与第二组测试件安装、测试完全相同；
两组测试件安装完毕后先将第一组测试件装入带平键（25）的测试件支撑转轴（9）上并装上支撑转轴套筒Ⅰ（26），接着装入第二组测试件并装上支撑转轴套筒Ⅱ（27），上紧锁紧螺母Ⅰ（28）和锁紧螺母Ⅱ（29）；将测试轴承组件的支撑转轴（9）穿过支撑架轴承（30）安装于支撑架（31）上面，并在两组测试件底部装上倒T字形施力架（32）以及在支撑架（31）上装上两组压力传感器（33）；经调试后将带支架的测试轴承组件装在真空罐（47）内试验平台Ⅱ（52）上，并用联轴器（10）将支撑转轴（9）与磁流体密封轴（8）呈无摆动间隙连接；真空罐（47）内测试轴承组件支撑转轴（9）随罐外摆动轮（6）往复摆动时，驱动轴（16）及测试轴承内圈（36）也一起按摆动轮（6）摆动角度往复摆动；测试轴承外圈（35）则随轴承座（15）自由转动，轴承座（15）上安装倒T字形施力架（32）以及压力传感器（33）的目的是测定测试轴承内圈（36）往复摆动时，测试轴承内圈（36）、测试轴承滚珠（34）和测试轴承外圈（35）三者之间相对运动造成的摩擦阻力，并通过摩擦阻力×力臂（30）=摩擦力矩计算出轴承往复摆动时的摩擦阻力矩；
摩擦力测试由真空罐（47）内安装于测试轴承组件支撑架（31）上的两组成对精密压力传感器（33）通过信号电缆及真空罐上航空插座（48）与罐外每组精密压力测试仪连接，精密压力测试仪通过RS485通讯端口与装有多串口卡的计算机连接，并由安装于计算机上多通道数据采集软件实现每组试验数据的实时采集、存储及作图分析；
空间环境模拟主要由真空罐、热沉、高真空抽气机组、真空计量四部分构成；
真空罐是由卧式圆柱体结构的真空罐（47）为主体，真空罐（47）固定安装于罐外试验平台上Ⅰ（56），真空罐一端密封另一端安装有真空罐大门（57）且采用氟橡胶圈密封；真空罐（47）内部由用于控温的热沉和罐内试验平台Ⅱ（52）构成；真空罐（47）外安装有进液氮口（49）、出液氮口（50）、航空插座及法兰（48）、磁流体密封轴（8）以及进放气阀门（46）；
热沉安装于真空罐（47）内部主要用于罐内控温，热沉主要由液氮储罐（54）和涂刷有航空黑漆的紫铜板腔体（53）组成；液氮储罐（54）是由双层不锈钢焊接隔层结构的卧式圆筒组成，筒体上部安装一个进液氮接口（49）和出液氮接口（50）且通过法兰与真空罐（47）筒体相连；
高真空抽气机组由高真空插板阀（55）、分子泵（45）和机械泵（38）组成；高真空插板阀（55）由真空罐（47）下方的法兰与之连接，真空插板阀（55）另一侧法兰与分子泵（45）连接，再通过波纹管（44）将分子泵（45）与电磁阀（39）及机械泵（39）连接；
真空计量由安装于真空罐底部的电离规管（43）通过信号电缆与高真空测试仪相连接构成。
2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于所述测试轴承内圈（36）的摆动角度由偏心轮（3）半径和摆动轮（6）中心到步进电机（2）轴心间距决定，即：摆动角度αmax=2×arctg(h1/h2)，摆动周期则由步进电机（2）转速决定；扭矩测试仪（7）实时监测摆动机构及测试轴承内圈（36）的往复摆动状况，以防止摆动异常有损测试轴承；测试中需定期给关节轴承及摆动轮通孔内加注普通润滑油。
3.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于低温是通过向液氮储罐（54）内通入液氮以冷却筒体获得低温环境；高温是通过紫铜板腔体（53）内均匀分布的镍铬加热丝由外部供电及控温电路获得高温环境；通过液氮冷却和加热丝电加热交替进行从而实现罐内高、低温交变环境调控，以满足不同的高、低温度试验要求。
4.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于空间环境模拟的控制是由安装有多串口卡的计算机通过RS485通讯端口对下位机各控制单元的PLC、智能温控仪、温度巡检仪及高真空测试仪进行通讯，通过实时采集各仪表参数，同时计算机给相应下位机各控制单元发送指令以实现每个控制单元的有效控制及管理。
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