CN112763410A - 一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，包括真空系统和加载系统；所述真空系统，提供摩擦磨损试验所需的真空环境和放置试验样品的平台；所述加载系统，提供摩擦磨损试验所需的加载平台；所述真空系统包括真空罐、摩擦磨损机构、抽气装置、波纹管组件和承载组件；所述加载系统包括加载机构和升降机构；本发明提供的真空系统和加载系统可进行模拟太空真空环境下对轴承的摩擦磨损试验，具有较高的应用价值。

Description

一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置

技术领域

本发明涉及真空环境下轴承磨损领域，更具体的说，尤其涉及一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置。

背景技术

随着航空航天技术的发展，越来越多的航空设备都运行于高真空环境下(10-5Pa～10-7Pa量级)，真空环境工况会带来特殊的摩擦学问题。例如，真空中缺乏氧和其它大气反应物，金属表面的氧化膜在摩擦过程中很快就被消耗去除，并且难以形成新的氧化膜，因此，摩擦表面很快处于“裸露”状态，新鲜金属表面间直接接触而发生严重的粘着；没有气体的扩散对流来及时带走摩擦热量，摩擦表面的温度将迅速升高，从而改变摩擦材料的物理性能和化学稳定性；液体润滑剂分子在真空中会以很大的速度挥发，造成润滑剂的迅速流失而使润滑失效。要解决真空环境中的润滑难题，开发各种新型润滑材料，必须进行大量的摩擦学实验。

轴承是航空机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。轴承的工作寿命是在轴承在损坏之前可达到的实际寿命，轴承在实际工作中的损坏通常并非由疲劳所致，而是由磨损、腐蚀、密封损坏等原因造成。要确定轴承在航空设备中的工作寿命，轴承的真空摩擦磨损试验十分重要。

相比于轴承在实际工况下的摩擦磨损实验而言，实验室模拟试验的环境和工况因素相对容易控制，试验条件变化范围宽，试验成本比较低，可在短时间内获得比较系统的数据。因此，在摩擦学研究中，实验室模拟试验得到了广泛的应用，相应的试验测试设备和技术的开发显得非常重要。

真空摩擦磨损试验设备是进行真空环境工况中摩擦学设计及润滑材料选择的基本工具。由于真空摩擦磨损试验设备涉及到真空获得、动密封、实时信号采集等难度较大的关键技术，目前国内外用于真空环境下设备的摩擦磨损特性研究的定型产品还非常匮乏。

国内早期真空摩擦磨损试验设备的主要问题是设备所能提供的真空度太低，不能真实模拟航天器等所工作的宇航高真空环境，此外，设备虽配备了数据采集系统和相应的软件，但因当时技术水平所限，设备的操作维护相对复杂，稳定性也有待提高。而国外真空摩擦磨损试验设备的精度和安全性较高，操作也较方便，例如瑞士CSM公司生产的EA型号的真空摩擦磨损试验设备可提供高达10-7pa的真空环境，并且测试过程中摩擦力和磨损率可通过传感器及配套软件自动精确测量和计算。但该类设备目前的市场价格较高，采购和售后服务等都不太方便。此外，目前常规用于轴承的摩擦磨损试验装置只适用于常温常压环境，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设备来研究轴承在真空使用条件下的摩擦磨损性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提出了一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，通过本发明能够进行模拟真空环境下轴承的摩擦磨损试验，具有较高的应用价值。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，包括真空系统和加载系统；所述真空系统，提供摩擦磨损试验所需的真空环境和放置试验样品的平台；

所述加载系统，提供摩擦磨损试验所需的加载平台；

所述真空系统包括真空罐、摩擦磨损机构、抽气装置、波纹管组件和承载组件；

所述真空罐的罐盖上开设三个加载端口，所述加载端口用于连接所述加载系统，所述加载端口上安装所述波纹管组件，所述波纹管组件的下端接触所述摩擦磨损机构的旋转试验平台的上端面，所述波纹管组件用于传递所述加载系统提供的加载力给所述旋转试验平台，并对所述加载端口起到真空密封的作用，所述真空罐的罐壁上开设一个观察窗，所述观察窗用于观察摩擦磨损试验时所述真空罐内的实际情况，以方便工作人员对试验做进一步的调整，所述真空罐的罐壁上还开设电连接输入端口，所述电连接输入端口用于连接外部设备的输入电缆，所述真空罐的罐壁上还开设电连接输出端口，所述电连接输出端口用于连接外部设备的输出电缆，所述真空罐的罐壁上还开设抽气端口，所述抽气端口用于连接所述抽气装置，所述真空罐的罐底开设三个承载端口并用于安装所述承载组件，所述承载组件用于安装和支撑试验样品，所述试验样品置于所述真空罐的密封室内；

所述抽气装置通过抽气管上的法兰与所述抽气端口连接，通过所述抽气装置抽取所述真空罐内的气体并达到摩擦磨损试验所需的真空条件；

所述摩擦磨损机构的所述旋转试验平台的下端面设置摩擦区域，并在试验时与所述试验样品的表面直接接触，所述旋转试验平台的下端面固定连接转接台，所述转接台的下端面开设通孔并连接磁流体密封轴的输出轴，所述转接台能够沿着所述磁流体密封轴的输出轴做轴向运动，所述磁流体密封轴的法兰固定安装在所述真空罐底部中心外围，所述磁流体密封轴的输入端固定连接第一联轴器，所述磁流体密封轴用于常压和真空环境下的力矩传递，所述第一联轴器的另一端连接扭矩传感器的输出端，所述扭矩传感器固定安装在扭矩传感器支架上，所述扭矩传感器的输入端连接第二联轴器，所述扭矩传感器用于反馈摩擦磨损试验中摩擦磨损机构实际提供的旋转力矩，所述扭矩传感器支架固定安装在驱动底板上，所述驱动底板固定安装在所述加载系统上，所述第二联轴器的另一端连接减速器的输出轴，所述减速器安装在减速器支架上，所述减速器支架安装在所述驱动底板上，所述减速器的输入端固定连接伺服电机，所述伺服电机提供摩擦磨损机构的驱动力；

所述加载系统包括加载机构和升降机构；

所述加载机构中的承载盘共有三个并与所述真空罐的三个所述加载端口一一对应，所述承载盘上端面中心位置处固定安装导杆，所述导杆的另一端安装在导杆支座上，所述导杆能够在所述导杆支座上进行轴向移动，所述导杆支座固定安装在所述升降机构的升降板上，在摩擦磨损试验的加载过程中，进行加载的砝码顺着所述导杆将加载力传递给所述承载盘，所述承载盘的下端面中心位置处开设凸台，并与所述加载端口上的所述波纹管组件中心位置对应，所述凸台通过接触所述波纹管组件来传递加载力，所述加载机构的砝码防护外壳共有三个并与三个所述承载盘一一对应，所述砝码防护外壳与所述升降机构的所述升降板固定连接，所述砝码置于所述砝码防护外壳内，所述砝码防护外壳用于保护砝码以及承载未进行加载的砝码；

所述升降机构的机架的底板下表面固定安装所述摩擦磨损机构的所述驱动底板，所述机架的底板上表面固定安装所述真空罐，所述机架的顶板上表面固定安装拉力机，所述拉力机的传动杆通过传动杆支座连接所述升降板，所述传动杆支座固定安装在所述升降板上，所述升降板位于所述机架的顶板下方，所述拉力机驱动所述传动杆带动所述升降板进行竖直方向的移动。

所述波纹管组件包括压盘、第一波纹管、防护外壳和封盖，所述压盘的下端面固定连接所述第一波纹管的一端，所述第一波纹管的另一端固定连接所述真空罐的所述加载端口，所述第一波纹管起到真空密封的作用，所述压盘的上端面中心位置处开设一个凸台，用于在试验时接触所述承载盘，所述压盘的下端面中心位置处开设一个圆柱，通过所述加载端口后接触所述旋转试验平台，所述压盘能够顺着所述加载端口进行竖直方向的移动，所述防护外壳固定安装在所述加载端口上，所述压盘和所述第一波纹管置于所述防护外壳内，所述封盖安装在所述防护外壳的上端面；在试验过程中，移除所述封盖，所述压盘的上端面接受所述加载系统的加载力，所述压盘的下端圆柱传递加载力给所述旋转试验平台。

所述承载组件包括承载外壳、力传感器、支撑盘、第二波纹管、试件盒和连接轴，所述承载外壳固定安装在所述机架的底板下表面通孔处，所述力传感器固定安装在所述承载外壳的底部中心内侧，所述支撑盘的上端面固定连接所述第二波纹管的一端，所述第二波纹管的另一端固定连接所述真空罐的所述承载端口，所述第二波纹管起到真空密封的作用，所述支撑盘的下端面中心位置处开设一个圆形凹槽，用于接触并限制所述力传感器的探头，所述支撑盘的上端面中心位置处开设一个圆柱，通过所述承载端口后固定连接所述试件盒，所述支撑盘能够顺着所述承载端口进行竖直方向的移动，所述试件盒的开口朝上并通过所述连接轴连接所述试验样品；在试验过程中，所述旋转试验平台传递加载力给所述试验样品，所述试验样品通过所述连接轴、所述试件盒和所述支撑盘传递加载力给所述力传感器，所述力传感器用于反馈摩擦磨损试验时的实际加载力。

进一步的，所述砝码呈圆盘状。

进一步的，所述砝码平面中心开设通孔，用于通过所述承载盘上的所述导杆。

进一步的，所述导杆在圆周侧面上开设与所述砝码数量相同的通孔，并在通孔处放置圆柱销；在加载过程中，所述砝码顺着所述导杆加载到所述圆柱销上，所述砝码提供的加载力通过所述导杆作用在所述承载盘的中心位置。

进一步的，所述砝码防护外壳呈圆筒状，两边端口均不封闭，以方便安装和观察所述砝码。

进一步的，所述砝码防护外壳的圆周外侧面在竖直方向上开设与砝码数量相同的通孔，并在各个通孔的同一高度上绕所述砝码防护外壳的中心再开设两个通孔。

进一步的，在所述砝码防护外壳的通孔处放置长圆柱销，所述长圆柱销在所述砝码防护外壳内的一端能够接触到所述砝码的下端面，所述长圆柱销的另一端能够超出所述砝码防护外壳的外表面一段距离，方便工作人员操作；在加载过程前，所述砝码由所述长圆柱销支撑；在加载过程中，向外移动所述长圆柱销直至所述长圆柱销接触不到所述砝码，使所述砝码能够加载到所述导杆的所述圆柱销上；在砝码复位过程中，所述拉力机带动所述升降板和所述砝码防护外壳下降一定高度，向内移动所述长圆柱销直至所述长圆柱销位于所述砝码的下方，再由所述拉力机带动所述升降板和所述砝码防护外壳上升一定高度，所述长圆柱销接触到所述砝码的下端面并抬升所述砝码。

进一步的，所述升降机构的所述机架的底板上表面根据所述真空罐的所述承载端口开设三个一一对应的通孔，并方便所述承载组件的安装。

一种轴承摩擦磨损真空试验装置的试验方法，包括如下步骤：

步骤一：所述试验样品的准备和安装，将所述试验样品通过所述连接轴安装到所述试件盒中，并将所述试验样品表面置于所述旋转试验平台下表面的摩擦区域内；

步骤二：真空环境的提供，打开所述抽气装置中的气泵，对所述真空罐中的密封室抽真空，使真空度达到试验要求；

步骤三：加载力的提供，根据试验要求，手动向外移动所述砝码防护外壳上的所述长圆柱销，添加所述砝码到所述承载盘上；若需要砝码复位，驱动所述拉力机，使所述升降板带动所述砝码防护外壳下降一定高度后，手动向内移动所述长圆柱销，再驱动所述拉力机，使所述升降板带动所述砝码防护外壳上升一定高度，所述承载盘失去所述砝码提供的加载力，所述砝码完成复位；

步骤四：摩擦磨损试验，驱动所述摩擦磨损机构的所述伺服电机，使所述旋转试验平台与所述试验样品进行相对运动，产生摩擦，开始试验；

步骤五：采集数据，收集试验过程中所述力传感器和所述扭矩传感器反馈的数据。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的真空系统和加载系统可进行模拟太空真空环境下对轴承的摩擦磨损试验，具有较高的应用价值；

2、本发明采用的大多数设备部件均可用螺栓进行连接，可拆卸性好，且便于装配和维护；

3、本发明在真空罐上开设了三个加载端口、观察窗、电连接输入端口、电连接输出端口和抽气端口，结构简单、紧凑，空间利用率高；

4、本发明通过电连接输入端口和电连接输出端口连接真空罐内外的检测设备，有利于实时监控真空罐中的试验，保证了试验的可靠性；

5、本发明采用了磁流体密封轴传递旋转力矩给转接台，实现了力矩在真空和常压环境之间的传递，并且做到了真空罐底部中心圆孔处的真空密封；

6、本发明采用了伺服电机和减速器提供摩擦磨损试验中的旋转力矩，配合扭矩传感器实时反馈的实际试验中的旋转力矩，实现了对旋转试验平台转速的精确控制；

7、本发明在真空罐的加载端口上固定安装了第一波纹管，实现了真空罐加载端口处的真空密封；

8、本发明在真空罐的承载端口上固定安装了第二波纹管，实现了真空罐承载端口处的真空密封；

9、本发明在砝码防护外壳上设置长圆柱销，利用长圆柱销支撑砝码，实现了砝码的装载；

10、本发明采用向外移动砝码防护外壳的长圆柱销直至长圆柱销接触不到砝码，使砝码加载到导杆的圆柱销上的方法，实现了不同质量的砝码进行多种组合的加载；

11、本发明将进行加载的砝码分别加载到三个承载盘上，再通过三个承载盘分别传递加载力给三个加载端口上的波纹管组件，能够进行多种加载工况，并且在一次试验中可对三个轴承进行同步测试，提高了大批量轴承试验的效率；

12、本发明在承载组件中加入力传感器，实时反馈实际试验中添加的加载力，保证了实验数据的准确和真实性；

13、本发明在承载盘上固定了导杆，利用导杆与导杆支座之间的配合，实现了承载盘只能进行单一竖直方向上的位移，保证了加载力的稳定性。

附图说明

图1是本发明一种轴承摩擦磨损真空试验装置的整体结构示意图。

图2是本发明真空系统的结构示意图。

图3是本发明真空罐的俯视图。

图4是本发明真空罐的结构示意图。

图5是本发明摩擦磨损机构的结构示意图。

图6是本发明波纹管组件的结构剖视图。

图7是本发明承载组件的结构剖视图。

图8是本发明加载系统的结构示意图。

图9是本发明加载机构的结构示意图。

图10是本发明升降机构的结构示意图。

图中：1-真空系统、10-真空罐、100-电连接输入端口、101-加载端口、102-电连接输出端口、103-观察窗、104-抽气端口、105-承载端口、11-摩擦磨损机构、110-旋转试验平台、111-转接台、112-磁流体密封轴、113-第一联轴器、114-扭矩传感器、115-第二联轴器、116-减速器、117-伺服电机、118-减速器支架、119-扭矩传感器支架、1110-驱动底板、12-抽气装置、13-波纹管组件、130-压盘、131-第一波纹管、132-防护外壳、133-封盖、14-承载组件、140-连接轴、141-试件盒、142-第二波纹管、143-支撑盘、144-力传感器、145-承载外壳、2-加载系统、20-加载机构、200-导杆、201-导杆支座、202-砝码、203-承载盘、204-圆柱销、205-砝码防护外壳、206-长圆柱销、21-升降机构、210-拉力机、211-传动杆、212-传动杆支座、213-升降板、214-机架、3-试验样品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～10所示，一种轴承摩擦磨损真空试验装置，结合图1～10说明，包括真空系统1和加载系统2；

所述真空系统1，提供摩擦磨损试验所需的真空环境和放置试验样品3的平台；

所述加载系统2，提供摩擦磨损试验所需的加载平台；

所述真空系统1包括真空罐10、摩擦磨损机构11、抽气装置12、波纹管组件13和承载组件14；

所述真空罐10的罐盖上开设三个加载端口101，所述加载端口101用于连接所述加载系统2，所述加载端口101上安装所述波纹管组件13，所述波纹管组件13的下端接触所述摩擦磨损机构11的旋转试验平台110的上端面，所述波纹管组件13用于传递所述加载系统2提供的加载力给所述旋转试验平台110，并对所述加载端口101起到真空密封的作用，所述真空罐10的罐壁上开设一个观察窗103，所述观察窗103用于观察摩擦磨损试验时所述真空罐10内的实际情况，以方便工作人员对试验做进一步的调整，所述真空罐10的罐壁上还开设电连接输入端口100，所述电连接输入端口100用于连接外部设备的输入电缆，所述真空罐10的罐壁上还开设电连接输出端口102，所述电连接输出端口102用于连接外部设备的输出电缆，所述真空罐10的罐壁上还开设抽气端口104，所述抽气端口104用于连接所述抽气装置12，所述真空罐10的罐底开设三个承载端口105并用于安装所述承载组件14，所述承载组件14用于安装和支撑试验样品3，所述试验样品3置于所述真空罐10的密封室内；

所述抽气装置12通过抽气管上的法兰与所述抽气端口104连接，通过所述抽气装置12抽取所述真空罐10内的气体并达到摩擦磨损试验所需的真空条件；

所述摩擦磨损机构11的所述旋转试验平台110的下端面设置摩擦区域，并在试验时与所述试验样品3的表面直接接触，所述旋转试验平台110的下端面固定连接转接台111，所述转接台111的下端面开设通孔并连接磁流体密封轴112的输出轴，所述转接台111能够沿着所述磁流体密封轴112的输出轴做轴向运动，所述磁流体密封轴112的法兰固定安装在所述真空罐10底部中心外围，所述磁流体密封轴112的输入端固定连接第一联轴器113，所述磁流体密封轴112用于常压和真空环境下的力矩传递，所述第一联轴器113的另一端连接扭矩传感器114的输出端，所述扭矩传感器114固定安装在扭矩传感器支架119上，所述扭矩传感器114的输入端连接第二联轴器115，所述扭矩传感器114用于反馈摩擦磨损试验中摩擦磨损机构11实际提供的旋转力矩，所述扭矩传感器支架119固定安装在驱动底板1110上，所述驱动底板1110固定安装在所述加载系统2上，所述第二联轴器115的另一端连接减速器116的输出轴，所述减速器116安装在减速器支架118上，所述减速器支架118安装在所述驱动底板1110上，所述减速器116的输入端固定连接伺服电机117，所述伺服电机117提供摩擦磨损机构11的驱动力；

所述加载系统2包括加载机构20和升降机构21；

所述加载机构20中的承载盘203共有三个并与所述真空罐10的三个所述加载端口101一一对应，所述承载盘203上端面中心位置处固定安装导杆200，所述导杆200的另一端安装在导杆支座201上，所述导杆200能够在所述导杆支座201上进行轴向移动，所述导杆支座201固定安装在所述升降机构21的升降板213上，在摩擦磨损试验的加载过程中，进行加载的砝码202顺着所述导杆200将加载力传递给所述承载盘203，所述承载盘203的下端面中心位置处开设凸台，并与所述加载端口101上的所述波纹管组件13中心位置对应，所述凸台通过接触所述波纹管组件13来传递加载力，所述加载机构20的砝码防护外壳205共有三个并与三个所述承载盘203一一对应，所述砝码防护外壳205与所述升降机构21的所述升降板213固定连接，所述砝码202置于所述砝码防护外壳205内，所述砝码防护外壳205用于保护砝码202以及承载未进行加载的砝码202；

所述升降机构21的机架214的底板下表面固定安装所述摩擦磨损机构11的所述驱动底板1110，所述机架214的底板上表面固定安装所述真空罐10，所述机架214的顶板上表面固定安装拉力机210，所述拉力机210的传动杆211通过传动杆支座212连接所述升降板213，所述传动杆支座212固定安装在所述升降板213上，所述升降板213位于所述机架214的顶板下方，所述拉力机210驱动所述传动杆211带动所述升降板213进行竖直方向的移动；

进一步的，所述砝码202呈圆盘状；

进一步的，所述砝码202平面中心开设通孔，用于通过所述承载盘203上的所述导杆200；

进一步的，所述导杆200在圆周侧面上开设与所述砝码202数量相同的通孔，并在通孔处放置圆柱销204；在加载过程中，所述砝码202顺着所述导杆200加载到所述圆柱销204上，所述砝码202提供的加载力通过所述导杆200作用在所述承载盘203的中心位置；

进一步的，所述砝码防护外壳205呈圆筒状，两边端口均不封闭，以方便安装和观察所述砝码202；

进一步的，所述砝码防护外壳205的圆周外侧面在竖直方向上开设与砝码202数量相同的通孔，并在各个通孔的同一高度上绕所述砝码防护外壳205的中心再开设两个通孔；

进一步的，在所述砝码防护外壳205的通孔处放置长圆柱销206，所述长圆柱销206在所述砝码防护外壳205内的一端能够接触到所述砝码202的下端面，所述长圆柱销206的另一端能够超出所述砝码防护外壳205的外表面一段距离，方便工作人员操作；在加载过程前，所述砝码202由所述长圆柱销206支撑；在加载过程中，向外移动所述长圆柱销206直至所述长圆柱销206接触不到所述砝码202，使所述砝码202能够加载到所述导杆200的所述圆柱销204上；在砝码202复位过程中，所述拉力机210带动所述升降板213和所述砝码防护外壳205下降一定高度，向内移动所述长圆柱销206直至所述长圆柱销206位于所述砝码202的下方，再由所述拉力机210带动所述升降板213和所述砝码防护外壳205上升一定高度，所述长圆柱销206接触到所述砝码202的下端面并抬升所述砝码202；

进一步的，所述波纹管组件13包括压盘130、第一波纹管131、防护外壳132和封盖133，所述压盘130的下端面固定连接所述第一波纹管131的一端，所述第一波纹管131的另一端固定连接所述真空罐10的所述加载端口101，所述第一波纹管131起到真空密封的作用，所述压盘130的上端面中心位置处开设一个凸台，用于在试验时接触所述承载盘203，所述压盘130的下端面中心位置处开设一个圆柱，通过所述加载端口101后接触所述旋转试验平台110，所述压盘130能够顺着所述加载端口101进行竖直方向的移动，所述防护外壳132固定安装在所述加载端口101上，所述压盘130和所述第一波纹管131置于所述防护外壳132内，所述封盖133安装在所述防护外壳132的上端面；在试验过程中，移除所述封盖133，所述压盘130的上端面接受所述加载系统2的加载力，所述压盘130的下端圆柱传递加载力给所述旋转试验平台110；

进一步的，所述升降机构21的所述机架214的底板上表面根据所述真空罐10的所述承载端口105开设三个一一对应的通孔，并方便所述承载组件14的安装；

进一步的，所述承载组件14包括承载外壳145、力传感器144、支撑盘143、第二波纹管142、试件盒141和连接轴140，所述承载外壳145固定安装在所述机架214的底板下表面通孔处，所述力传感器144固定安装在所述承载外壳145的底部中心内侧，所述支撑盘143的上端面固定连接所述第二波纹管142的一端，所述第二波纹管142的另一端固定连接所述真空罐10的所述承载端口105，所述第二波纹管142起到真空密封的作用，所述支撑盘143的下端面中心位置处开设一个圆形凹槽，用于接触并限制所述力传感器144的探头，所述支撑盘143的上端面中心位置处开设一个圆柱，通过所述承载端口105后固定连接所述试件盒141，所述支撑盘143能够顺着所述承载端口105进行竖直方向的移动，所述试件盒141的开口朝上并通过所述连接轴140连接所述试验样品3；在试验过程中，所述旋转试验平台110传递加载力给所述试验样品3，所述试验样品3通过所述连接轴140、所述试件盒141和所述支撑盘143传递加载力给所述力传感器144，所述力传感器144用于反馈摩擦磨损试验时的实际加载力。

根据本发明的一种轴承摩擦磨损真空试验装置的试验方法，利用上述轴承摩擦磨损真空试验装置，开展模拟真空环境下轴承的摩擦磨损试验，包括如下步骤：

步骤一：所述试验样品3的准备和安装，将所述试验样品3通过所述连接轴140安装到所述试件盒141中，并将所述试验样品3表面置于所述旋转试验平台110下表面的摩擦区域内；

步骤二：真空环境的提供，打开所述抽气装置12中的气泵，对所述真空罐10中的密封室抽真空，使真空度达到试验要求；

步骤三：加载力的提供，根据试验要求，手动向外移动所述砝码防护外壳205上的所述长圆柱销206，添加所述砝码202到所述承载盘203上；若需要砝码202复位，驱动所述拉力机210，使所述升降板213带动所述砝码防护外壳205下降一定高度后，手动向内移动所述长圆柱销206，再驱动所述拉力机210，使所述升降板213带动所述砝码防护外壳205上升一定高度，所述承载盘203失去所述砝码202提供的加载力，所述砝码202完成复位；

步骤四：摩擦磨损试验，驱动所述摩擦磨损机构11的所述伺服电机117，使所述旋转试验平台110与所述试验样品3进行相对运动，产生摩擦，开始试验；

步骤五：采集数据，收集试验过程中所述力传感器144反馈的实际加载力和所述扭矩传感器114反馈的实际旋转力矩的数值。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：包括真空系统和加载系统；所述真空系统，提供摩擦磨损试验所需的真空环境和放置试验样品的平台；

所述加载系统，提供摩擦磨损试验所需的加载平台；

所述真空系统包括真空罐、摩擦磨损机构、抽气装置、波纹管组件和承载组件；

所述真空罐的罐盖上开设三个加载端口，所述加载端口用于连接所述加载系统，所述加载端口上安装所述波纹管组件，所述波纹管组件的下端接触所述摩擦磨损机构的旋转试验平台的上端面，所述波纹管组件用于传递所述加载系统提供的加载力给所述旋转试验平台，并对所述加载端口起到真空密封的作用，所述真空罐的罐壁上开设一个观察窗，所述观察窗用于观察摩擦磨损试验时所述真空罐内的实际情况，以方便工作人员对试验做进一步的调整，所述真空罐的罐壁上还开设电连接输入端口，所述电连接输入端口用于连接外部设备的输入电缆，所述真空罐的罐壁上还开设电连接输出端口，所述电连接输出端口用于连接外部设备的输出电缆，所述真空罐的罐壁上还开设抽气端口，所述抽气端口用于连接所述抽气装置，所述真空罐的罐底开设三个承载端口并用于安装所述承载组件，所述承载组件用于安装和支撑试验样品，所述试验样品置于所述真空罐的密封室内；

所述抽气装置通过抽气管上的法兰与所述抽气端口连接，通过所述抽气装置抽取所述真空罐内的气体并达到摩擦磨损试验所需的真空条件；

所述摩擦磨损机构的所述旋转试验平台的下端面设置摩擦区域，并在试验时与所述试验样品的表面直接接触，所述旋转试验平台的下端面固定连接转接台，所述转接台的下端面开设通孔并连接磁流体密封轴的输出轴，所述转接台能够沿着所述磁流体密封轴的输出轴做轴向运动，所述磁流体密封轴的法兰固定安装在所述真空罐底部中心外围，所述磁流体密封轴的输入端固定连接第一联轴器，所述磁流体密封轴用于常压和真空环境下的力矩传递，所述第一联轴器的另一端连接扭矩传感器的输出端，所述扭矩传感器固定安装在扭矩传感器支架上，所述扭矩传感器的输入端连接第二联轴器，所述扭矩传感器用于反馈摩擦磨损试验中摩擦磨损机构实际提供的旋转力矩，所述扭矩传感器支架固定安装在驱动底板上，所述驱动底板固定安装在所述加载系统上，所述第二联轴器的另一端连接减速器的输出轴，所述减速器安装在减速器支架上，所述减速器支架安装在所述驱动底板上，所述减速器的输入端固定连接伺服电机，所述伺服电机提供摩擦磨损机构的驱动力；

所述加载系统包括加载机构和升降机构；

所述加载机构中的承载盘共有三个并与所述真空罐的三个所述加载端口一一对应，所述承载盘上端面中心位置处固定安装导杆，所述导杆的另一端安装在导杆支座上，所述导杆能够在所述导杆支座上进行轴向移动，所述导杆支座固定安装在所述升降机构的升降板上，在摩擦磨损试验的加载过程中，进行加载的砝码顺着所述导杆将加载力传递给所述承载盘，所述承载盘的下端面中心位置处开设凸台，并与所述加载端口上的所述波纹管组件中心位置对应，所述凸台通过接触所述波纹管组件来传递加载力，所述加载机构的砝码防护外壳共有三个并与三个所述承载盘一一对应，所述砝码防护外壳与所述升降机构的所述升降板固定连接，所述砝码置于所述砝码防护外壳内，所述砝码防护外壳用于保护砝码以及承载未进行加载的砝码；

所述升降机构的机架的底板下表面固定安装所述摩擦磨损机构的所述驱动底板，所述机架的底板上表面固定安装所述真空罐，所述机架的顶板上表面固定安装拉力机，所述拉力机的传动杆通过传动杆支座连接所述升降板，所述传动杆支座固定安装在所述升降板上，所述升降板位于所述机架的顶板下方，所述拉力机驱动所述传动杆带动所述升降板进行竖直方向的移动；

所述波纹管组件包括压盘、第一波纹管、防护外壳和封盖，所述压盘的下端面固定连接所述第一波纹管的一端，所述第一波纹管的另一端固定连接所述真空罐的所述加载端口，所述第一波纹管起到真空密封的作用，所述压盘的上端面中心位置处开设一个凸台，用于在试验时接触所述承载盘，所述压盘的下端面中心位置处开设一个圆柱，通过所述加载端口后接触所述旋转试验平台，所述压盘能够顺着所述加载端口进行竖直方向的移动，所述防护外壳固定安装在所述加载端口上，所述压盘和所述第一波纹管置于所述防护外壳内，所述封盖安装在所述防护外壳的上端面；在试验过程中，移除所述封盖，所述压盘的上端面接受所述加载系统的加载力，所述压盘的下端圆柱传递加载力给所述旋转试验平台；

所述承载组件包括承载外壳、力传感器、支撑盘、第二波纹管、试件盒和连接轴，所述承载外壳固定安装在所述机架的底板下表面通孔处，所述力传感器固定安装在所述承载外壳的底部中心内侧，所述支撑盘的上端面固定连接所述第二波纹管的一端，所述第二波纹管的另一端固定连接所述真空罐的所述承载端口，所述第二波纹管起到真空密封的作用，所述支撑盘的下端面中心位置处开设一个圆形凹槽，用于接触并限制所述力传感器的探头，所述支撑盘的上端面中心位置处开设一个圆柱，通过所述承载端口后固定连接所述试件盒，所述支撑盘能够顺着所述承载端口进行竖直方向的移动，所述试件盒的开口朝上并通过所述连接轴连接所述试验样品；在试验过程中，所述旋转试验平台传递加载力给所述试验样品，所述试验样品通过所述连接轴、所述试件盒和所述支撑盘传递加载力给所述力传感器，所述力传感器用于反馈摩擦磨损试验时的实际加载力。

2.根据权利要求1所述的一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：所述砝码呈圆盘状。

3.根据权利要求2所述的一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：所述砝码平面中心开设通孔，用于通过所述承载盘上的所述导杆。

4.根据权利要求3所述的一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：所述导杆在圆周侧面上开设与所述砝码数量相同的通孔，并在通孔处放置圆柱销；在加载过程中，所述砝码顺着所述导杆加载到所述圆柱销上，所述砝码提供的加载力通过所述导杆作用在所述承载盘的中心位置。

5.根据权利要求4所述的一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：所述砝码防护外壳呈圆筒状，两边端口均不封闭，以方便安装和观察所述砝码。

6.根据权利要求5所述的一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：所述砝码防护外壳的圆周外侧面在竖直方向上开设与砝码数量相同的通孔，并在各个通孔的同一高度上绕所述砝码防护外壳的中心再开设两个通孔。

7.根据权利要求6所述的一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：在所述砝码防护外壳的通孔处放置长圆柱销，所述长圆柱销在所述砝码防护外壳内的一端能够接触到所述砝码的下端面，所述长圆柱销的另一端能够超出所述砝码防护外壳的外表面一段距离，方便工作人员操作；在加载过程前，所述砝码由所述长圆柱销支撑；在加载过程中，向外移动所述长圆柱销直至所述长圆柱销接触不到所述砝码，使所述砝码能够加载到所述导杆的所述圆柱销上；在砝码复位过程中，所述拉力机带动所述升降板和所述砝码防护外壳下降一定高度，向内移动所述长圆柱销直至所述长圆柱销位于所述砝码的下方，再由所述拉力机带动所述升降板和所述砝码防护外壳上升一定高度，所述长圆柱销接触到所述砝码的下端面并抬升所述砝码。

8.根据权利要求7所述的一种轴承在真空环境下的摩擦磨损真空试验装置，其特征在于：所述升降机构的所述机架的底板上表面根据所述真空罐的所述承载端口开设三个一一对应的通孔，并方便所述承载组件的安装。

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