CN112945844A - 一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空高温往复式摩擦磨损测试仪，属于摩擦磨损检测技术领域，本发明包括直线电机定子、直线电机动子、直线导轨、连接座、二维力传感器、试验球安装座、行星滚柱丝杠、伺服电机、减速器、导向底座、鼠笼支架、感应加热炉、油盒、隔热板、真空箱、真空系统及数据采集系统等。所述直线电机与真空箱内部上表面相连，直线导轨为直线电机动子提供支撑和导向；二维力传感器安装在连接座与试样球安装座之间并与数据采集系统相连；所述导向底座与真空箱内部下表面相连，限制耳状螺母转动，通过丝杆的转动实现耳状螺母的直线移动；耳状螺母向上依次与鼠笼支架、感应加热炉、油盒、试验盘相连；隔热板保护直线电机定子、动子；真空系统提供摩擦试验所需真空环境。本发明的优点是实现航空航天发动机模拟工况下材料的摩擦学性能测试，测试仪设有感应加热炉，直线进给机构采用行星滚柱丝杠，测试载荷大、模拟温度高。此外，还具有结构简单、运行稳定，制造成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统，属于摩擦磨损检测技术领域。
背景技术
随着航空发动机推力、推重比和航程的需求不断增长，主轴轴承的工作温度、压力以及转速均大幅提高，润滑油工作温度高达350℃。高速重载高温等苛刻工况考验，对航空混合轴承摩擦表面的全工况润滑可靠性形成极大挑战。目前的真空高温摩擦试验设备结构复杂、价格昂贵，阻碍了各中小科研机构对润滑剂及航空材料在苛刻工况下各性能的研究。此外，真空、高温环境中航空材料在各润滑状态下的摩擦磨损性能测试系统也尚需完善。因此，亟需开发一种结构简单、价格低廉、性能稳定、测试精确的真空高温摩擦测试仪，研究在高速、高温工况下润滑剂及航空材料的减摩抗磨性能，对探索航空轴承的润滑可靠性，延长航空发动机寿命至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空、高温、重载苛刻工况的摩擦磨损测试系统，旨在研究航空轴承材料在真空、高温、重载环境中的摩擦学性能，提供航空传动零部件摩擦配副解决方案，保障航空轴承的润滑可靠性，延长航空发动机工作寿命。
为了实现上述目的，本发明提供了一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统，包括：直线电机定子、直线电机动子、直线导轨、连接座、二维力传感器、试验球安装座、行星滚柱丝杠、伺服电机、联轴器、减速器、导向底座、鼠笼支架、感应加热炉、油盒、试验球、试验盘、隔热板、真空箱、密封圈、真空系统及数据采集系统；
真空箱内部上表面安置有直线电机定子；真空箱内部后表面安装有直线导轨，直线导轨上安置有直线电机动子，直线导轨为直线电机动子提供支撑和导向；直线电机动子向下依次与连接座、二维力传感器、试验球安装座、试验球相连。
真空箱内部下表面上安装有导向底座，限制行星滚柱丝杠的耳状螺母的旋转自由度，所述耳状螺母可沿轴向移动，不能转动；所述耳状螺母向上依次与鼠笼支架、感应加热炉、油盒、试验盘相连；所述丝杆下端依次与减速器、联轴器、伺服电机相连。
真空系统提供摩擦试验所需的真空环境，真空箱及密封圈保持摩擦试验始终在真空环境中进行。
进一步地，所述感应加热炉同轴设置在油盒外部，提供试验所需的温度条件，温度可控。
进一步地，所述行星滚柱丝杠，包括：两个滚柱保持架、两个端盖、两个齿圈、一个耳状螺母、十个滚柱、一个丝杆，实现摩擦磨损测试系统的重载功能。
进一步地，二维力传感器与数据采集系统相连，实现摩擦系数实时监测。
进一步地，隔热板采用陶瓷纤维材料。
利用本发明的技术方案制作的一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统，其有益效果是：与现有摩擦试验设备相比本发明的结构简单、制作成本低廉、性能稳定，行星滚柱丝杠进给精确、稳定，可实现材料在高温、重载、真空苛刻环境下的摩擦测试。
附图说明
图1是本发明一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统的结构示意图。
图2是本发明一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统的行星滚柱丝杠的结构示意图。
图3是本发明一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统的导向底座的结构示意图。
图4是本发明一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统的鼠笼支架的结构示意图。
图5是本发明一种真空高温往复式摩擦磨损测试系统的隔热板的结构示意图。
图中的附图标识为：1、直线电机定子；2、直线电机动子；3、直线导轨；4、连接座；5、二维力传感器；6、试验球安装座；7、试验球；8、操作门；9、行星滚柱丝杠；10、伺服电机；11、联轴器；12、减速器；13、密封圈；14、真空系统；15、导向底座；16、鼠笼支架； 17、感应加热炉；18、油盒；19、试验盘；20、隔热板；21、数据采集系统；22、真空箱； 901、丝杆；902、耳状螺母；903、滚柱；904、齿圈；905、端盖。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下：
一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，如图1至图5所示，包括摩擦磨损试验台、真空系统14、数据采集系统21。摩擦磨损试验台包括：直线电机定子1、直线电机动子2、直线导轨3、连接座4、二维力传感器5、试验球安装座6、试验球7、操作门8、行星滚柱丝杠9、伺服电机10、联轴器11、减速器12、密封圈13、导向底座15、鼠笼支架16、感应加热炉 17、油盒18、试验盘19、隔热板20、密封圈21、真空箱22。
如图1所示，真空系统14提供试验所需的真空环境；真空箱22内部为密闭空间，侧面设置有操作门8，用于更换试件及观察试验；真空箱22内部上表面安置有直线电机定子1；真空箱22内部后表面安装有直线导轨3，直线导轨3上安置有直线电机动子2，直线导轨3 为直线电机动子2提供支撑和导向；直线电机动子2向下依次与连接座4、二维力传感器5、试验球安装座6、试验球7相连；二维力传感器5与数据采集系统21相连，将二维力传感器 5测得的法向力和切向力传输至数据采集系统21，直接输出摩擦系数。
如图2所示，摩擦磨损试验台加载采用行星滚柱丝杠9，包括：一个丝杆901、一个耳状螺母902、滚柱903、两个齿圈904、两个端盖905，对滚柱的数量不作限制，根据试验台承载力设计滚柱数量；所述滚柱903同轴分布在丝杆901外部并与丝杆901啮合；所述滚柱903 同轴分布在耳状螺母902内部并与耳状螺母902啮合；具有承载能力大、直线进给精确、稳定等优点，可实现高赫兹接触摩擦测试。
如图1和图2所示，真空箱22内部下表面上安装有导向底座15，限制行星滚柱丝杠9的耳状螺母902的旋转自由度，所述耳状螺母902可沿轴向移动，不能转动；所述耳状螺母902向上依次与鼠笼支架16、感应加热炉17、油盒18、试验盘19相连；丝杆901下端伸出真空箱22，通过密封圈13密封，保证真空箱内部真空度；丝杆901下部为光轴，光轴下端开有槽，通过键连接与减速器12一端相连；所述减速器12另一端依次与联轴器11和伺服电机10相连。
实施例1
在本发明的真空高温往复式摩擦磨损测试系统工作时，直线电机动子2带动连接座4、二维力传感器5、试验球安装座6、试验球7作往复直线运动，往复频率通过直线电机调节；伺服电机10通过联轴器11、减速器12为丝杆901提供旋转动力源，当使用导向底座15限制耳状螺母902的旋转自由度时，通过丝杆901与滚柱903、滚柱903与耳状螺母902的配合将丝杆901的旋转运动转变为耳状螺母902的直线进给运动，从而实现鼠笼支架16、感应加热炉17、油盒18、试验盘19随耳状螺母902的直线进给运动。
真空系统14提供试验所需的真空环境；感应加热炉17提供25℃至800℃的温度；数据采集系统21采集二维力传感器5检测的法向力和切向力，经过处理直接输出摩擦系数曲线。
本实施例的主要优点为：真空高温往复式摩擦磨损测试系统的结构简单、成本低廉、性能稳定，可实现真空、高温、重载工况下的摩擦学性能测试。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于，包括：直线电机定子(1)、直线电机动子(2)、直线导轨(3)、连接座(4)、二维力传感器(5)、试验球安装座(6)、试验球(7)、操作门(8)、行星滚柱丝杠(9)、伺服电机(10)、联轴器(11)、减速器(12)、密封圈(13)、真空系统(14)、导向底座(15)、鼠笼支架(16)、感应加热炉(17)、油盒(18)、试验盘(19)、隔热板(20)、数据采集系统(21)、真空箱(22)。其中，星滚柱丝杠(9)，包括：一个丝杆(901)、一个耳状螺母(902)、滚柱(903)、两个齿圈(904)、两个端盖(905)。
真空箱(22)内部为密闭空间，侧面设置有操作门(8)，用于更换试件及观察试验；真空箱(22)内部上表面安置有直线电机定子(1)；真空箱(22)内部后表面安装有直线导轨(3)，直线导轨(3)上安置有直线电机动子(2)，直线导轨(3)为直线电机动子(2)提供支撑和导向；直线电机动子(2)向下依次与连接座(4)、二维力传感器(5)、试验球安装座(6)、试验球(7)相连。
真空箱(22)内部下表面上安装有导向底座(15)，限制行星滚柱丝杠(9)的耳状螺母(902)的旋转自由度，所述耳状螺母(902)可沿轴向移动，不能转动；所述耳状螺母(902)向上依次与鼠笼支架(16)、感应加热炉(17)、油盒(18)、试验盘(19)相连；丝杆(901)下端伸出真空箱(22)，通过密封圈(13)密封，保证真空箱内部真空度；丝杆(901)下部为光轴，光轴下端开有槽，通过键连接与减速器(12)一端相连；所述减速器(12)另一端依次与联轴器(11)和伺服电机(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于：通过直线电机定子(1)、直线电机动子(2)和直线导轨(3)配合使用实现往复直线运动。
3.根据权利要求1所述的一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于：通过星滚柱丝杠(9)实现摩擦试验台的重载功能，并通过星滚柱丝杠(9)和导向底座(15)配合使用实现法向加载。
4.根据权利要求1和3所述的一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于：所述滚柱(903)的数量不作要求，根据摩擦磨损试验台承载力设计确定滚柱(903)的数量，一般有6至12个。
5.根据权利要求1所述的一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于还包括真空系统(14)，提供摩擦测试所需的真空环境。
6.根据权利要求1所述的一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于还包括数据采集系统(21)，所述数据采集系统(21)与二维力传感器(5)相连。
7.根据权利要求1所述的一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于还包括感应加热炉(17)，提供试验温度范围为25℃至800℃。
8.根据权利要求1所述的一种真空高温往复式摩擦磨损测系统，其特征在于还包括隔热板(20)，所述隔热板(20)采用陶瓷纤维材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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