CN111521503A - 用于真空低温环境的摩擦试验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于真空低温环境的摩擦试验设备。该摩擦试验设备包括：悬臂梁、摩擦头、滑台机构、加载机构、驱动机构以及激光测距装置。由于第一电机和第二电机位于真空低温腔体外部，从而第一电机和第二电机的工作效果良好，使用寿命长，第一电机和第二电机的工作热量不会影响低温试验环境，进而使得摩擦试验设备适用于真空低温环境，避免了在真空低温腔体内部安装电机。通过激光测距装置测量悬臂梁自由端的水平变形，由于激光测距装置位于真空低温腔体的外部，其工作性能不会受到真空低温腔体内的低温条件的影响，从而可以适用于真空低温腔体内的低温条件下的变形测量，进而避免了在真空低温腔体内安装测量传感器，同时可以保证极高的测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦试验设备技术领域，特别涉及用于真空低温环境的摩擦试验设备。
背景技术
摩擦学的基本目标是探究摩擦起源的科学机理、开发控制摩擦磨损的方法，并将其应用到工业生产当中。摩擦学领域中，摩擦试验机是一类用于进行摩擦实验的常用设备，分为台架实验机和试样实验机。台架实验机测试的对象是部件级的产品，例如轴承、活塞等，可将部件装入，模拟实际运行工况(包括速度、载荷、温度、环境氛围等)，同时具备测量摩擦力学指标的功能(例如可测量轴承的阻力扭矩等)。试样试验机测试的对象是几何结构简单的样品，包括平面、圆柱面、球面等，测试方法一般是将上下两个样品装入后，在它们之间施加给定竖直方向的载荷，同时进行水平相对运动，并测量样品之间的水平摩擦力。运动的模式包括滚动摩擦和滑动摩擦，其中滑动摩擦包括往复滑动、圆周滑动等。除了基本的精确加载、运动控制、摩擦力测量功能外，部分高端试验机还具备温度控制、环境控制(不同真空度、相对湿度、气体成分的控制)功能、加电压功能、摩擦位点光学/红外探测功能。
摩擦试验机的共同目标，一是，在一定的环境(温度、氛围等)下，以可调节的载荷、速度工况参数，创造一种摩擦接触状态，模拟工程中摩擦副的实际运行；二是，在摩擦运行的过程中保证摩擦力、摩擦扭矩等力学参数的精确测量，并尽可能多的测量其他信息。摩擦试验机是摩擦学研究过程中，评价材料摩擦磨损特性、改性优化研究过程中必不可少的设备。常规大气环境下的摩擦试验机种类非常繁多。但是，传统的摩擦试验设备不适用于真空低温环境。
发明内容
基于此，有必要针对传统的摩擦试验设备不适用于真空低温环境，提供一种可以适用于真空低温环境的摩擦试验设备。
本申请实施例提供一种用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，包括：
悬臂梁，位于真空低温腔体内，所述悬臂梁的一端为固定端，另一端为自由端；
摩擦头，固定在所述悬臂梁的自由端；
滑台机构，用于固定测试样品；
加载机构，包括：
支撑组件，支撑所述滑台机构；
第一内磁耦合件，位于所述真空低温腔体内部，所述第一内磁耦合件与所述支撑组件连接，用于带动所述支撑组件运动，以致带动所述滑台机构上的所述测试样品对所述摩擦头加载；
第一外磁耦合件，位于所述真空低温腔体外部，以及
第一电机，位于所述真空腔体外部，所述第一电机用于驱动所述第一外磁耦合件运动，以致所述第一外磁耦合件带动所述第一内磁耦合件运动；
驱动机构，包括：
第二内磁耦合件，位于所述真空低温腔体内部，所述第二内磁耦合件与所述滑台机构连接，用于带动所述滑台机构相对于所述支撑组件运动，以致所述测试样品与所述摩擦头相互摩擦；
第二外磁耦合件，位于所述真空低温腔体外部；以及
第二电机，位于所述真空腔体外部，所述第二电机用于驱动所述第二外磁耦合件运动，以致所述第二外磁耦合件带动所述第二内磁耦合件运动；以及
激光测距系统，位于所述真空低温腔体外部，用于测量所述悬臂梁的自由端的水平变形。
上述的摩擦试验设备进行摩擦试验时，由于第一电机和第二电机位于真空低温腔体外部，从而使得第一电机和第二电机的工作效果良好，使用寿命长，第一电机和第二电机的工作热量不会影响低温试验环境，进而使得摩擦试验设备适用于真空低温环境，避免了在真空低温腔体内部安装电机。通过激光测距装置测量悬臂梁自由端的水平变形，由于激光测距装置位于真空低温腔体的外部，其工作性能不会受到真空低温腔体内的低温条件的影响，从而可以适用于真空低温腔体内的低温条件下的变形测量，进而避免了在真空低温腔体内安装测量传感器，同时可以保证极高的测试精度。
在一实施例中，所述的摩擦试验设备还包括角锥镜，所述角锥镜设置在所述悬臂梁的自由端，所述激光测距系统发射的激光经所述角锥镜反射至所述真空低温腔体外部。
在一实施例中，所述支撑组件包括：
连接部，所述连接部的一端与所述第一内磁耦合件固定连接；
框架，与所述连接部的另一端固定连接，所述框架用于容纳所述滑台机构，并与所述滑台机构相适配；以及
第一滑轨，所述第一滑轨固定不动，所述框架位于所述第一滑轨内并沿所述第一滑轨运动。
在一实施例中，所述的摩擦试验设备还包括滑轮，所述滑轮设置于所述框架的外壁，所述滑轮与所述第一滑轨的内壁抵接，所述框架通过所述滑轮沿所述第一滑轨运动。
在一实施例中，所述滑台机构包括：
第二滑轨，所述第二滑轨与所述支撑组件相固定；
滑台基体，所述滑台基体用于固定所述测试样品；以及
传动部，所述传动部与所述滑台基体固定连接，用于带动所述滑台基体沿所述第二滑轨运动；
所述驱动机构包括与所述第二内磁耦合件固定连接的驱动部，所述驱动部用以驱动所述传动部运动。
在一实施例中，所述传动部上设有滑槽；所述驱动部内设有空腔，所述空腔内设有与所述滑槽相配合的多个滑轮；所述支撑组件带动所述滑台机构运动时，所述传动部通过所述滑槽与所述多个滑轮的配合做相对于所述驱动部的运动。
在一实施例中，所述滑轮采用陶瓷轴承。
在一实施例中，所述的摩擦试验设备还包括第一磁联轴器，所述第一磁联轴器包括：
第一部，所述第一部与所述第一内磁耦合件连接；
第二部，所述第二部固定与所述支撑组件连接；
第一磁性件，与所述第一部固定连接；
第二磁性件，与所述第二部固定连接，所述第二磁性件与所述第一磁性件相对，所述第二磁性件与所述第一磁性件之间的磁力使所述第一部与所述第二部贴合；其中，所述第一部与所述第二部相对转动时，所述第二磁性件在所述第一磁性件上的投影面积改变。
在一实施例中，所述的摩擦试验设备还包括第一连接部，所述第一连接部分别与所述第一电机和所述第一外磁耦合件连接；所述第一外磁耦合件与所述第一连接部具有第一连接状态和第二连接状态；在所述第一连接状态，所述第一外磁耦合件与所述第一连接部固定连接；在所述第二连接状态，所述第一外磁耦合件与所述第一连接部可转动连接，以致所述第一外磁耦合件带动所述第一内磁耦合件旋转，所述第一内磁耦合件带动所述第一部相对于所述第二部转动。
在一实施例中，所述的摩擦试验设备还包括第一磁联轴器，所述第一磁联轴器包括：
第一部，所述第一部与所述第二内磁耦合件连接；
第二部，所述第二部与所述滑台机构固定连接；
第一磁性件，与所述第一部固定连接；
第二磁性件，与所述第二部固定连接，所述第二磁性件与所述第一磁性件相对，所述第二磁性件与所述第一磁性件之间的磁力使所述第一部与所述第二部贴合；其中，所述第一部与所述第二部相对转动时，所述第二磁性件在所述第一磁性件上的投影面积改变。
在一实施例中，所述的摩擦试验设备还包括第二连接部，所述第二连接部分别与所述第二电机和所述第二外磁耦合件连接；所述第二外磁耦合件与所述第二连接部具有第一连接状态和第二连接状态；在所述第一连接状态，所述第二外磁耦合件与所述第二连接部固定连接；在所述第二连接状态，所述第二外磁耦合件与所述第二连接部可转动连接，以致所述第二外磁耦合件带动所述第二内磁耦合件旋转，所述第二内磁耦合件带动所述第一部相对于所述第二部转动。
在一实施例中，备所述第二磁性件与所述第一磁性件之间的距离可调。
附图说明
图1为一实施例的摩擦试验设备的结构示意图；
图2为图1中的悬臂梁、悬臂梁支架、样品夹具以及角锥镜的连接关系示意图；
图3为图1中的加载机构的结构示意图；
图4为图1中的驱动机构的结构示意图；
图5为图1中的滑台机构的结构示意图；
图6为图3中的磁联轴器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参考图1，本申请实施例提供一种用于真空低温环境的摩擦试验设备100。摩擦试验设备100包括：悬臂梁110、摩擦头120、滑台机构130、加载机构140、驱动机构150以及激光测距装置160。
悬臂梁110位于真空低温腔体101内。悬臂梁110的一端为固定端，另一端为自由端。摩擦头120固定在悬臂梁110的自由端。
具体地，请结合图2，摩擦试验设备100还包括悬臂梁支架111。悬臂梁支架111固定在真空低温腔体101内部。悬臂梁110的固定端固定于悬臂梁支架111的上端。悬臂梁110的刚度较低，受力时可发生水平方向和竖直方向的弹性变形。
请结合图1和图2，摩擦试验设备100还包括样品夹具112和上样品托113。摩擦头120固定于上样品托113。样品夹具112上设有插槽(未示出)，上样品托113可插入插槽内，从而通过上样品托113将摩擦头120安装于样品夹具112上。通过将样品夹具112固定于悬臂梁110的自由端，从而使得摩擦头120固定在悬臂梁110的自由端。
滑台机构130用于固定测试样品10。具体地，摩擦试验设备100还包括下样品托131。测试样品10可设置在下样品托131上，通过将下样品托131与滑台机构130固定连接，从而使得测试样品10固定在滑台机构130上。
请参考图3结合图1，加载机构140包括支撑组件、第一内磁耦合件142、第一外磁耦合件143以及第一电机144。支撑组件支撑滑台机构130。第一内磁耦合件142位于真空低温腔体101内部。第一内磁耦合件142与支撑组件连接，用于带动支撑组件运动。第一外磁耦合件143位于真空低温腔体101外部。第一电机144位于真空低温腔体101外部。
具体地，第一电机144为丝杠电机。摩擦试验设备100还包括电机挂架145。电机挂架145固定在真空低温腔体101的外壁。第一电机144固定在电机挂架145上。加载机构140还包括第一连接部146。第一连接部146为机电连接块。第一电机144通过机电连接块与第一外磁耦合件143固定连接。第一电机144驱动第一外磁耦合件143沿竖直方向运动，以致第一外磁耦合件143带动第一内磁耦合件142沿竖直方向运动。第一内磁耦合件142运动时带动支撑组件沿竖直方向运动，以致支撑组件带动滑台机构130上的测试样品10沿竖直方向对摩擦头120加载。在摩擦试验过程中，摩擦头120朝下，测试样品10朝上。测试样品10对摩擦头120加载时，沿竖直方向对摩擦头120施加向上的作用力。
在其他实施例中，第一电机144也可以为调速电机。摩擦试验设备100还包括曲柄滑块机构，通过调速电机与曲柄滑块机构相配合，也可以带动第一外磁耦合件143沿竖直方向运动。
请参考图4结合图1，驱动机构150包括第二内磁耦合件151、第二外磁耦合件152以及第二电机153。第二内磁耦合件151位于真空低温腔体101内部。第二内磁耦合件151与滑台机构130连接，用于带动滑台机构130运动。第二外磁耦合件152位于真空低温腔体101外部。第二电机153位于真空低温腔体101外部。
具体地，第二电机153为丝杠电机。第二电机153与第二外磁耦合件152连接。第二电机153驱动第二外磁耦合件152沿水平方向运动，以致第二外磁耦合件152带动第二内磁耦合件151沿水平方向运动。第二内磁耦合件151沿水平方向运动时带动滑台机构130相对于支撑组件沿水平方向运动，从而测试样品10与摩擦头120沿水平方向相互摩擦。由于测试样品10与摩擦头120之间具有沿竖直方向的相互作用力，因此，测试样品10与摩擦头120沿水平方向相互摩擦时，可相互产生摩擦力。
通过第一电机144驱动第一外磁耦合件143沿竖直方向运动，第一外磁耦合件143带动第一内磁耦合件142沿竖直方向运动，第一内磁耦合件142带动支撑组件沿竖直方向运动，支撑组件带动滑台机构130上的测试样品10沿竖直方向运动，可以调节测试样品10沿竖直方向对摩擦头120的加载力，从而可以调节测试样品10与摩擦头120沿水平方向相互摩擦时的摩擦力。
在其他实施例中，第二电机153也可以为调速电机。摩擦试验设备100还包括曲柄滑块机构，通过调速电机与曲柄滑块机构相配合，也可以带动第二外磁耦合件152沿直线路径运动。
请结合图1和图2，激光测距装置160位于真空低温腔体101外部，用于测量悬臂梁110的自由端的水平变形。
具体地，激光测距装置160可以为激光测距仪。摩擦试验设备100还包括角锥镜161。角锥镜161设置在悬臂梁110的自由端。角锥镜161可以安装在样品夹具112上。激光测距装置160位于真空低温腔体101的外部。真空低温腔体101的侧壁上设有透明区域。例如该透明区域可以采用石英玻璃制作，形成成透明视窗。激光测距装置160透过该透明区域向角锥镜161发射激光，入射至角锥镜161的激光经角锥镜161反射至真空低温腔体101外部后被真空低温腔体101外部的采集器采集。通过双频激光干涉的原理则可以计算出实时光程差，从而实现悬臂梁110水平变形的实时精确测量。根据悬臂梁110的刚度和悬臂梁110的水平变形，则可以获得测试样品10与摩擦头120之间的摩擦力。
摩擦试验设备100进行摩擦试验的原理如下：第一电机144驱动第一外磁耦合件143运动，第一外磁耦合件143带动第一内磁耦合件142运动，第一内磁耦合件142带动支撑组件运动，支撑组件带动滑台机构130上的测试样品10运动，使得测试样品10沿竖直方向对摩擦头120的加载。第二电机153驱动第二外磁耦合件152运动，第二外磁耦合件152带动第二内磁耦合件151运动，第二内磁耦合件151带动滑台机构130运动，从而滑台机构130上的测试样品10与摩擦头120相对运动，使得测试样品10与摩擦头120之间产生摩擦力。通过激光测距装置160测量悬臂梁110的水平变形，从而根据悬臂梁110的刚度可以获得测试样品10与摩擦头120之间产生摩擦力。
上述的摩擦试验设备100进行摩擦试验时，由于第一电机144位于真空低温腔体101外部，第一外磁耦合件143位于真空低温腔体101外部，第一内磁耦合件142位于真空低温腔体101内部，因此，可以通过第一电机144驱动第一外磁耦合件143运动，使得第一外磁耦合件143带动第一内磁耦合件142运动，第一内磁耦合件142带动支撑组件运动，支撑组件带动滑台机构130上的测试样品10运动，从而实现测试样品10对摩擦头120加载。同理，第二电机153位于真空低温腔体101外部，可以实现测试样品10与摩擦头120之间相互摩擦。由于第一电机144和第二电机153位于真空低温腔体101外部，从而使得第一电机144和第二电机153的工作效果良好，使用寿命长，第一电机144和第二电机153的工作热量不会影响低温试验环境，进而使得摩擦试验设备100适用于真空低温环境，避免了在真空低温腔体101内部安装电机。通过激光测距装置160测量悬臂梁110自由端的水平变形，由于激光测距装置160位于真空低温腔体101的外部，其工作性能不会受到真空低温腔体101内的低温条件的影响，从而可以适用于真空低温腔体101内的低温条件下的变形测量，进而避免了在真空低温腔体101内安装测量传感器，同时可以保证极高的测试精度。
可以理解的是，上述的摩擦试验设备100还可以用于其他试验环境的腔体中，例如不同气体氛围环境(例如氮气、甲烷)。
请参考图3结合图1，在一实施例中，支撑组件包括：连接部1411、框架1412以及第一滑轨1413。连接部1411的一端与第一内磁耦合件142固定连接。连接部1411的另一端与框架1412固定连接，从而连接部1411与框架1412构成类似提篮的结构。框架1412用于容纳滑台机构130并与滑台机构130相适配。第一滑轨1413固定不动。框架1412位于第一滑轨1413内，与第一滑轨1413相适配，并沿第一滑轨1413运动。
具体地，连接部1411为筒状。连接部1411的侧壁镂空。连接部1411所采用的材料为绝热材料，从而可以降低热传导，提升了低温实验的制冷效能。
滑台机构130位于框架1412内并与框架1412相适配。支撑组件还包括多个滑轮1414。多个滑轮1414分别设置于框架1412的外壁上且分布于框架1412的两侧。第一滑轨1413具有相对的内壁。框架1412装入第一滑轨1413时，多个滑轮1414位于第一滑轨1413的相对的内壁之间，从而第一滑轨1413的相对的内壁相互夹紧多个滑轮1414的外圈，使得第一滑轨1413的内壁与滑轮1414的外圈抵接。框架1412相对于第一滑轨1413沿竖直方向运动时，滑轮1414沿第一滑轨1413的内壁滚动。滑轮1414可以采用陶瓷轴承，从而可以避免常规的金属滑轨在真空低温环境下的冷焊问题。
当第一内磁耦合件142带动支撑组件沿竖直方向运动时，第一内磁耦合件142带动连接部1411和框架1412沿竖直方向运动，从而框架1412内的滑台机构130沿竖直方向运动。由于第一滑轨1413固定不动，框架1412通过滑轮1414沿第一滑轨1413沿竖直方向运动，从而框架1412在竖直方向上运动，其在水平方向上不易偏移，进而在加载过程中，滑台机构130及测试样品10不易在水平方向上偏移，有利于实现精准加载。
请结合图1、图4以及图5，在一实施例中，滑台机构130包括第二滑轨131、滑台基体132以及传动部133。第二滑轨131与支撑组件相固定。传动部133与滑台基体132固定连接，传动部133用于带动滑台基体132沿第二滑轨131运动。测试样品10固定在滑台基体132上。驱动机构150包括驱动部154。驱动部154与第二内磁耦合件151固定连接。驱动部154用以驱动传动部133运动。
具体地，在摩擦测试试验中，第二滑轨131设置在框架1412中并与框架1412相适配，从而与框架1412相固定。因此，第二滑轨131的水平位置不变。在摩擦试验中加载完成后，第一电机144不动，则框架1412不动，第二滑轨131不动。进行摩擦测试时，第二电机153带动第二外磁耦合件152沿水平方向运动，第二外磁耦合件152带动第二内磁耦合件151沿水平方向运动，第二内磁耦合件151带动驱动部154沿水平方向运动，驱动部154带动传动部133沿水平方向运动，以致传动部133带动滑台基体132沿第二滑轨131沿水平方向运动，从而使滑台基体132上的测试样品10与摩擦头120沿水平方向相互摩擦。
在一实施例中，传动部133上设有滑槽(未示出)。驱动部154设置有与滑槽相配合的多个滑轮。支撑组件带动滑台机构130运动时，传动部133与驱动部154通过滑槽与该多个滑轮的配合做相对运动。
具体地，传动部133为传动杆。驱动部154为推样滑轮组。在摩擦测试试验中进行加载时，支撑组件带动滑台机构130沿竖直方向运动，从而带动传动部133沿竖直方向运动。此时，驱动部154的位置不变，该多个滑轮的位置不变。传动部133的滑槽与驱动部154的该多个滑轮相配合。由于驱动部154和该多个滑轮的位置不变，传动部133沿竖直方向运动时，该多个滑轮相对于滑槽的底壁滚动。由于在加载过程中，驱动部154沿竖直方向的位置未变，因此，在摩擦试验的过程中，第二电机153带动第二外磁耦合件152沿水平方向运动时，第二外磁耦合件152带动第二内磁耦合件151沿水平方向运动时，第二内磁耦合件151带动驱动部154沿水平方向运动时，第二电机153、第二外磁耦合件152以及第二内磁耦合件151无需沿竖直方向改变位置，从而可以提高试验效率。该多个滑轮可以采用陶瓷轴承，从而可以避免常规的金属滑轨在真空低温环境下的冷焊问题。
请参考图3和图6，在一实施例中，摩擦试验设备100还包括第一磁联轴器170。第一磁联轴器170包括：第一部171、第二部172、第一磁性件173以及第二磁性件174。第一磁性件173与第一部171固定连接。第二磁性件174与第一磁性件173相对，第二磁性件174与第一磁性件173之间的磁力使第一部171与第二部172贴合。第一部171与第二部172相对转动时，第二磁性件174在第一磁性件173上的投影面积改变。
具体地，第一部171具有第一凹槽，第一磁性件173位于第一凹槽内。第二部172具有第二凹槽，第二磁性件174位于第二凹槽内。第二部172设有第三凹槽，第一部171插入第三凹槽内并与第三凹槽相适配。由于第一磁性件173位于第一部171的凹陷处，第二磁性件174位于第二部172的凹陷处，进而便于第一部171与第二部172贴合。第一部171为圆柱状，第三凹槽的形状为圆柱状。第一部171与第二部172间隙配合。由于第一部171插入第三凹槽内并与第三凹槽相适配，从而第一部171相对于第二部172旋转时，第一部171与第二部172不易产生径向的偏移，有利于摩擦试验的试验结果可靠。
请参考图3，在本实施例中，第一部171与第一内磁耦合件142固定连接。第二部172与支撑组件固定连接。具体地，由于第二磁性件174与第一磁性件173之间的磁力使第一部171与第二部172贴合，从而使第一部171与第二部172紧固连接，进而第一内磁耦合件142与支撑组件通过第一部171与第二部172连接，使得第一内磁耦合件142能够通过第一部171和第二部172带动支撑组件运动，以致带动滑台机构130上的测试样品10运动，进行摩擦试验中的加载过程。
第一磁性件173与第二磁性件174相对转动时，第二磁性件174在第一磁性件173上的投影面积和第一磁性件173在第二磁性件174上的投影面积增大或减小。在摩擦试验过程中需要进行降温时，通过旋转第一部171，使第一磁性件173相对于第二磁性件174转动，以减小第一磁性件173在第二磁性件174上的投影面积和第二磁性件174在第一磁性件173上的投影面积，从而使得第一磁性件173与第二磁性件174之间的吸引力减小，进而第一部171与第二部172之间的贴合力减小。由于第一部171与第二部172之间的贴合力减小，不足以承受支撑组件与滑台机构130的重量，从而使得第二部172与第一部171断开连接，切断了第一部171与第二部172之间的热传导，进而降低了系统漏热，提升了低温实验的制冷效能。
当支撑组件与滑台机构130的重量过大时，为防止第一电机144承受的拉力过大而损坏，可以通过旋转第一部171，减小第一磁性件173在第二磁性件174的投影面积，从而使得第一部171与第二部172之间的贴合力减小，则第一部171与第二部172之间的贴合力不足以承受支撑组件与滑台机构130的重量，进而第一部171与第二部172断开连接，第一电机144与支撑组件断开连接，实现对第一电机144的拉力过载保护。
请参考图3，在一实施例中，摩擦试验设备100还包括第一连接部146，第一连接部146分别与第一电机144和第一外磁耦合件143连接。第一外磁耦合件143与第一连接部146具有第一连接状态和第二连接状态。在第一连接状态，第一外磁耦合件143与第一连接部146固定连接。在第二连接状态，第一外磁耦合件143与第一连接部146可转动连接，以致第一外磁耦合件143带动第一内磁耦合件142旋转，第一内磁耦合件142带动第一部171相对于第二部172转动。
具体地，第一连接部146可以是机电连接块。摩擦试验设备100还包括第三螺纹连接件147。第一连接部146套设于第一外磁耦合件143。第一外磁耦合件143与第一部171固定连接。第一外磁耦合件143与第一连接部146在第一连接状态时，第一外磁耦合件143与第一连接部146通过第三螺纹连接件147固定连接，从而第一外磁耦合件143与第一连接部146固定连接，进而可以通过第一电机144带动第一连接部146，第一连接部146带动第一外磁耦合件143，第一外磁耦合件143带动第一内磁耦合件142，第一内磁耦合件142带动支撑组件运动，以致带动滑台机构130上的测试样品10运动，进行摩擦试验中的加载过程。
松开第三螺纹连接件147时，第一外磁耦合件143可以相对于第一连接部146转动，则第一外磁耦合件143与第一连接部146切换至第二连接状态。通过转动第一外磁耦合件143而带动第一内磁耦合件142转动，第一内磁耦合件142则带动第一部171相对于第二部172转动，则第一磁性件173相对于第二磁性件174转动，以致减小第一磁性件173在第二磁性件174上的投影面积和第二磁性件174在第一磁性件173上的投影面积，从而使得第一磁性件173与第二磁性件174之间的吸引力减小，进而第一部171与第二部172之间的贴合力减小。由于第一部171与第二部172之间的贴合力减小，不足以承受支撑组件与滑台机构130的重量，从而使得第二部172与第一部171断开连接，切断了第一部171与第二部172之间的热传导，进而降低了系统漏热，提升了低温实验的制冷效能。
当被支撑组件与滑台机构130的重量过大时，为防止第一电机144承受的拉力过大而损坏，可以通过旋转第一外磁耦合杆，带动第一磁性件173相对于第二磁性件174运动，减小第一磁性件173在第二磁性件174的投影面积，从而使得第一部171与第二部172之间的贴合力减小，则第一部171与第二部172之间的贴合力不足以承受支撑组件与滑台机构130的重量，进而第一部171与第二部172断开，第一电机144与支撑组件断开连接，实现拉力过载保护。
在一实施例中，第二磁性件174与第一磁性件173之间的距离可调。通过调节第一磁性件173与第二磁性件174之间的距离，可以调节第一磁性件173与第二磁性件174之间的吸引力，从而可以确定第一磁性件173与第二磁性件174之间的吸引力最小时，第一磁联轴器170能够承受的最大重量，进而可以实现可调节的拉力过载保护。
请参考图6，在一实施例中，第一磁联轴器170还包括第五螺纹连接件175。第一磁性件173与第一部171通过第五螺纹连接件175固定连接。第五螺纹连接件175的两端分别连接第一磁性件173与第一凹槽的底壁。通过调节第五螺纹连接件175旋入第一凹槽的底壁的深度，从而可以调节第一磁性件173到第一凹槽的底壁的距离，进而可以调节第一磁性件173到第二磁性件174的距离，结构简单，方便操作。
在一实施例中，第一磁联轴器170还包括第六螺纹连接件176。第二磁性件174与第二部172通过第六螺纹连接件176固定连接。第六螺纹连接件176的两端分别连接第二磁性件174与第二凹槽的底壁。通过调节第六螺纹连接件176旋入第二凹槽的底壁的深度，从而可以调节第二磁性件174到第二凹槽的底壁的距离，进而可以调节第二磁性件174到第一磁性件173的距离，结构简单，方便操作。
请参考图4，在另一实施例中，摩擦试验设备100还包括另一个第一磁联轴器270。第一磁联轴器270包括第一部271、第二部272、第一磁性件、第二磁性件。第一磁联轴器270与第一磁联轴器170的结构基本相同。下面重点介绍第一磁联轴器270与第一磁联轴器170的不同之处。在本实施例中，第一部271与第二内磁耦合件151固定连接。第二部272与滑台机构130固定连接。
具体地，由于第二磁性件与第一磁性件之间的磁力使第一部271与第二部272贴合，从而使第一部271与第二部272紧固连接，进而第二内磁耦合件151与滑台机构130通过第一部271与第二部272连接，使得第二内磁耦合件151能够通过第一部271和第二部272带动滑台机构130运动，以致带动滑台机构130上的测试样品10水平运动，与摩擦头120相互摩擦。
在摩擦试验过程中需要进行降温时，通过旋转第一部271，使第一磁性件相对于第二磁性件转动，以减小第一磁性件在第二磁性件上的投影面积和第二磁性件在第一磁性件上的投影面积，从而使得第一磁性件与第二磁性件之间的吸引力减小，进而第一部271与第二部272之间的贴合力减小。由于第一部271与第二部272之间的贴合力减小，不足以拉动滑台机构130，从而使得第二部272与第一部271断开连接，切断了第一部271与第二部272之间的热传导，进而降低了系统漏热，提升了低温实验的制冷效能。
当被滑台机构130的重量过大时，为防止第二电机153承受的拉力过大而损坏，可以通过旋转第一部271，减小第一磁性件在第二磁性件的投影面积，从而使得第一部271与第二部272之间的贴合力减小，则第一部271与第二部272之间的贴合力不足以承受滑台机构130的重量，进而第一部271与第二部272断开，第二电机153与滑台机构130断开连接，实现拉力过载保护。
请参考图4，在一实施例中，摩擦试验设备100还包括第二连接部155，第二连接部155分别与第二电机153和第二外磁耦合件152连接。第二外磁耦合件152与第二连接部155具有第一连接状态和第二连接状态。在第一连接状态，第二外磁耦合件152与第二连接部155固定连接。在第二连接状态，第二外磁耦合件152与第二连接部155可转动连接，以致第二外磁耦合件152带动第二内磁耦合件151旋转，第二内磁耦合件151带动第一部271相对于第二部272转动。
具体地，第二连接部155可以是机电连接块。摩擦试验设备100还包括第四螺纹连接件156。第二连接部155套设于第二外磁耦合件152。第二外磁耦合件152与第二连接部155在第一连接状态时，第二外磁耦合件152与第二连接部155通过第四螺纹连接件156固定连接，进而可以通过第二电机153带动第二连接部155，第二连接部155带动第二外磁耦合件152，第二外磁耦合件152带动第二内磁耦合件151，第二内磁耦合件151带动滑台机构130运动，以致带动滑台机构130上的测试样品10水平运动，进行摩擦试验中的摩擦测试过程。
松开第四螺纹连接件156时，第二外磁耦合件152可以相对于第二连接部155转动，则第二外磁耦合件152与第二连接部155切换至第二连接状态。通过转动第二外磁耦合件152而带动第二内磁耦合件151转动，第二内磁耦合件151则带动第一部271相对于第二部272转动，则第一磁性件相对于第二磁性件转动，以致减小第一磁性件在第二磁性件上的投影面积和第二磁性件在第一磁性件上的投影面积，从而使得第一磁性件与第二磁性件之间的吸引力减小，进而第一部271与第二部272之间的贴合力减小。由于第一部271与第二部272之间的贴合力减小，不足以拉动滑台机构130，从而使得第二部272与第一部271断开连接，切断了第一部271与第二部272之间的热传导，进而降低了系统漏热，提升了低温实验的制冷效能。
当滑台机构130的重量过大时，为防止第二电机153承受的拉力过大而损坏，可以通过旋转第二外磁耦合件152，带动第一磁性件相对于第二磁性件运动，减小第一磁性件在第二磁性件的投影面积，从而使得第一部271与第二部272之间的贴合力减小，则第一部271与第二部272之间的贴合力不足以拉动滑台机构130，进而第一部271与第二部272断开连接，第二电机153与滑台机构130断开连接，实现拉力过载保护。
可以理解的是，摩擦试验设备100可以包括第一磁联轴器170而不包括第一磁联轴器270，也可以第一磁联轴器270而不包括第一磁联轴器170，也可以同时包括第一磁联轴器170和第一磁联轴器270。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，包括：
悬臂梁，位于真空低温腔体内，所述悬臂梁的一端为固定端，另一端为自由端；
摩擦头，固定在所述悬臂梁的自由端；
滑台机构，用于固定测试样品；
加载机构，包括：
支撑组件，支撑所述滑台机构；
第一内磁耦合件，位于所述真空低温腔体内部，所述第一内磁耦合件与所述支撑组件连接，用于带动所述支撑组件运动，以致带动所述滑台机构上的所述测试样品对所述摩擦头加载；
第一外磁耦合件，位于所述真空低温腔体外部，以及
第一电机，位于所述真空腔体外部，所述第一电机用于驱动所述第一外磁耦合件运动，以致所述第一外磁耦合件带动所述第一内磁耦合件运动；
驱动机构，包括：
第二内磁耦合件，位于所述真空低温腔体内部，所述第二内磁耦合件与所述滑台机构连接，用于带动所述滑台机构相对于所述支撑组件运动，以致所述测试样品与所述摩擦头相互摩擦；
第二外磁耦合件，位于所述真空低温腔体外部；以及
第二电机，位于所述真空腔体外部，所述第二电机用于驱动所述第二外磁耦合件运动，以致所述第二外磁耦合件带动所述第二内磁耦合件运动；以及
激光测距系统，位于所述真空低温腔体外部，用于测量所述悬臂梁的自由端的水平变形。
2.根据权利要求1所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，还包括角锥镜，所述角锥镜设置在所述悬臂梁的自由端，所述激光测距系统发射的激光经所述角锥镜反射至所述真空低温腔体外部。
3.根据权利要求1所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，所述支撑组件包括：
连接部，所述连接部的一端与所述第一内磁耦合件固定连接；
框架，与所述连接部的另一端固定连接，所述框架用于容纳所述滑台机构，并与所述滑台机构相适配；以及
第一滑轨，所述第一滑轨固定不动，所述框架位于所述第一滑轨内并沿所述第一滑轨运动。
4.根据权利要求3所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，还包括滑轮，所述滑轮设置于所述框架的外壁，所述滑轮与所述第一滑轨的内壁抵接，所述框架通过所述滑轮沿所述第一滑轨运动。
5.根据权利要求1所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，所述滑台机构包括：
第二滑轨，所述第二滑轨与所述支撑组件相固定；
滑台基体，所述滑台基体用于固定所述测试样品；以及
传动部，所述传动部与所述滑台基体固定连接，用于带动所述滑台基体沿所述第二滑轨运动；
所述驱动机构包括与所述第二内磁耦合件固定连接的驱动部，所述驱动部用以驱动所述传动部运动。
6.根据权利要求5所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，所述传动部上设有滑槽；所述驱动部内设有空腔，所述空腔内设有与所述滑槽相配合的多个滑轮；所述支撑组件带动所述滑台机构运动时，所述传动部通过所述滑槽与所述多个滑轮的配合做相对于所述驱动部的运动。
7.根据权利要求4或6所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，所述滑轮采用陶瓷轴承。
8.根据权利要求1所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，还包括第一磁联轴器，所述第一磁联轴器包括：
第一部，所述第一部与所述第一内磁耦合件连接；
第二部，所述第二部固定与所述支撑组件连接；
第一磁性件，与所述第一部固定连接；
第二磁性件，与所述第二部固定连接，所述第二磁性件与所述第一磁性件相对，所述第二磁性件与所述第一磁性件之间的磁力使所述第一部与所述第二部贴合；其中，所述第一部与所述第二部相对转动时，所述第二磁性件在所述第一磁性件上的投影面积改变。
9.根据权利要求8所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，还包括第一连接部，所述第一连接部分别与所述第一电机和所述第一外磁耦合件连接；所述第一外磁耦合件与所述第一连接部具有第一连接状态和第二连接状态；在所述第一连接状态，所述第一外磁耦合件与所述第一连接部固定连接；在所述第二连接状态，所述第一外磁耦合件与所述第一连接部可转动连接，以致所述第一外磁耦合件带动所述第一内磁耦合件旋转，所述第一内磁耦合件带动所述第一部相对于所述第二部转动。
10.根据权利要求1所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，还包括第一磁联轴器，所述第一磁联轴器包括：
第一部，所述第一部与所述第二内磁耦合件连接；
第二部，所述第二部与所述滑台机构固定连接；
第一磁性件，与所述第一部固定连接；
第二磁性件，与所述第二部固定连接，所述第二磁性件与所述第一磁性件相对，所述第二磁性件与所述第一磁性件之间的磁力使所述第一部与所述第二部贴合；其中，所述第一部与所述第二部相对转动时，所述第二磁性件在所述第一磁性件上的投影面积改变。
11.根据权利要求10所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，还包括第二连接部，所述第二连接部分别与所述第二电机和所述第二外磁耦合件连接；所述第二外磁耦合件与所述第二连接部具有第一连接状态和第二连接状态；在所述第一连接状态，所述第二外磁耦合件与所述第二连接部固定连接；在所述第二连接状态，所述第二外磁耦合件与所述第二连接部可转动连接，以致所述第二外磁耦合件带动所述第二内磁耦合件旋转，所述第二内磁耦合件带动所述第一部相对于所述第二部转动。
12.根据权利要求8或10所述的用于真空低温环境的摩擦试验设备，其特征在于，所述第二磁性件与所述第一磁性件之间的距离可调。
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