CN114965254A - 一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，包括：可回转的下试样，垂吊于注满低温流体介质的低温冷却容腔中；上试样，装夹在加载杆底端，与下试样的接触部位浸没于低温流体介质中；加载机构，以重力作为加载力，经加载杆传递至上试样，直接施加于接触部位；还包括位于常温区域的摩擦力测量机构，摩擦力测量传感器的检测端与平衡梁相连，平衡梁与加载杆呈T字型布设，摩擦力经加载杆、平衡梁传递至摩擦力测量传感器；以及包括直线位移机构，用于对上试样距下试样中心的间距的调节。本发明为支持液体运载火箭涡轮泵、低温流体机械中轴承等关键运动部件的摩擦学性能研究而提出，解决了超低温流体润滑工况下摩擦学数据采集的难题。

Description

一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪及测试 方法

技术领域

本发明涉及摩擦学领域的测试仪器与测试方法，更具体地说是一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪及测试方法。

背景技术

根据统计，摩擦行为消耗掉了全球约1/3的一次性能源，且大约80％的机器部件失效可以归咎于运动界面的磨损。由于摩擦磨损所造成的巨大经济损失，摩擦学在学术界和工程界都是一个长期备受关注的学科。然而，极端工况特别是超低温环境下摩擦行为的测试依然是一个巨大的挑战：低温下环境中的水蒸气会在测试界面上凝结成冰，影响测量可靠性及准确性。低温摩擦学被认为是空间技术的基石，是包括液体火箭涡轮泵许多高端装备的共性问题。材料低温摩擦磨损特性因物理环境变化与常温测试结果相比有显著差异。开展低温摩擦学测试是为了对摩擦磨损现象进行研究，准确评价各种因素对摩擦系数、磨损率的影响，从而为低温工况下摩擦副的选用提供依据。以液体火箭涡轮泵轴承为例，其在工作时浸泡在低温流体环境中，最低温度可到-190℃以下。由于通过点接触形式传递载荷，在高速运转下会存在明显的摩擦磨损现象。然而目前并没有合适的摩擦学测试仪用于测量涡轮泵轴承或其材料的摩擦系数，严重制约了高速、可重复使用液体火箭涡轮泵的研发。

在已有的常温回转式摩擦学测试仪中，载荷力及摩擦力的测量多通过直接在试验接触部位安装力传感器直接实现，测试可靠且精度较高。然而，普通测力传感器难以在超低温流体润滑条件下正常工作。此外，超低温流体相比于常温回转式摩擦学测试仪所采用的油润滑介质，粘度极低，导致回转轴系的密封极其困难。上述两个方面的问题使得常温回转式摩擦学测试技术直接移植到低温流体润滑工况，限制了相关摩擦学的研究。现有的低温摩擦学测试仪多为真空低温形式，专门面向太空低温环境。研发面向低温流体润滑环境的回转式摩擦学测试仪对开展火箭涡轮泵轴承摩擦磨损特性的研究具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明为支持液体运载火箭涡轮泵、低温流体机械中轴承等关键运动部件的摩擦学性能研究，提出一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪及测试方法，解决了超低温流体润滑工况下摩擦学数据采集的难题，测试仪的加载力、速度可调，能够满足不同pv值(压力×速度)下的摩擦系数测量需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，包括：

下试样，垂吊于注满低温流体介质的低温冷却容腔中，测试时能够由驱动装置驱动绕中轴线回转；

上试样，可拆卸地装夹在加载机构的底端，测试时朝下伸入低温冷却容腔中、下端面与下试样的上端面保持接触，接触部位浸没于低温流体介质中；

所述加载机构的主体为竖立于上试样正上方、始终抵触于上试样顶端中部、竖向可位移的加载杆，所述加载杆上能够承放若干质量块，各质量块的重力叠加作为加载力，所述加载力经加载杆传递至上试样，直接施加于上试样与下试样的接触面间；

还包括摩擦力测量机构，位于常温区域，摩擦力测量传感器设于水平并相平行的传感器安装臂与平衡梁之间，检测端与所述平衡梁的端部接触并相连，与检测端相对的另一端顺着臂长方向可滑移地设置在传感器安装臂上，所述传感器安装臂为固定构件，所述平衡梁与加载杆呈T字型布设，与加载杆相接的一端连接在套设于加载杆上的滑块轴承上，与所述摩擦力测量传感器一同、与加载机构之间构成同步位移构件，上试样与下试样接触面间的摩擦力依次经加载杆、平衡梁传递至摩擦力测量传感器的检测端；

以及包括直线位移机构，用于带动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平往复直线位移，形成对上试样距下试样中心的间距的调节，所述平衡梁的底部由安装在直线位移机构上的球窝轴承支承，通过所述球窝轴承实现能够顺着水平往复直线位移的方向上下摆动。

该模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪的结构特点也在于：

所述驱动装置包括驱动电机、同步带轮传动机构及主轴，由驱动电机驱动、经同步带轮传动机构传动，以所述同步带轮传动机构的从动带轮轮轴为所述主轴，主轴竖立，底端部朝下伸入所述低温冷却容腔中，所述下试样通过自锁螺母同轴安装在所述主轴的底端部。

所述下试样为水平布置的圆盘状结构。

所述加载机构包括加载杆、托盘、上试样夹具，所述加载杆上端同轴安装盘面水平的托盘，所述托盘上用于承放质量块，所述加载杆的底端通过上试样夹具装夹所述上试样。

所述摩擦力测量机构中，摩擦力测量传感器为S型拉压力传感器。

所述摩擦力测量传感器与所述传感器安装臂之间能够相紧固。

所述直线位移机构为水平滑台，所述球窝轴承安装在水平滑台的滑块上端的的轴承安装座上，支承于平衡梁的底部。

测试箱内部空腔作为所述低温冷却容腔，顶端由可拆卸的端盖封装，所述端盖上开设有沿下试样径向方向布设的开口槽，供所述主轴及带有下试样的加载杆穿设，以及作为加载杆直线位移的限位槽；

所述测试箱底部由所述升降台支撑，通过所述支撑台驱动可升降。

本发明还提出了一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试方法，是在低温流体浸泡条件下，当线速度相同、载荷不同时，对上试样与下试样接触面间摩擦力的测量，按如下步骤进行：

步骤a1、根据预设线速度确定驱动电机的测试转速；启动水平滑台，利用水平滑台驱动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平直线位移，过程中上试样与下试样之间保持无负载接触，将上试样距下试样中心的间距调节至预设间距，调节好后水平滑台停止运行；再拧紧紧固螺丝，将摩擦力测量传感器与传感器安装臂相紧固，使上试样与下试样之间的相对位置保持固定；

步骤a2、向低温冷却容腔内倒入液氮，使液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却后，盖上端盖以封装低温冷却容腔；

步骤a3、在加载杆上端的托盘上添加所需质量的质量块；

步骤a4、启动驱动电机，调节驱动电机的转速为步骤a1所确定的测试转速；

步骤a5、以驱动电机开始运行的时刻作为初始时刻，记录初始时刻时摩擦力测量传感器的测量数据，并记录自初始时刻起至测试结束期间摩擦力测量传感器的测量数据，测试结束后停止记录；

步骤a6、完成测试，驱动电机停机；

步骤a7、松开紧固螺丝，使摩擦力测量传感器与传感器安装臂之间解除锁定，再次启动水平滑台，带动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向再次同步做水平直线位移，调节上试样相对于下试样的位置，实现对上试样与下试样之间接触部位的位置的切换，调节好后水平滑台停止运行，再次拧紧紧固螺丝，使摩擦力测量传感器与传感器安装臂之间相紧固；

步骤a8、在加载杆上端的托盘上更换不同质量的质量块，确保液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却，重复步骤a4至a6，进行相同转速、另一载荷值条件下，对上试样与下试样之间另一位置摩擦力的测量；

步骤a9、重复步骤a7至a8，进行多组测试，得到相同转速、不同载荷条件下，上试样与下试样之间不同位置的多组摩擦力测量数据，结合加载力，得到摩擦系数；

步骤a10、完成测试，驱动电机停机。

本发明同时提出了另一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试方法，是在低温流体浸泡条件下，当载荷相同、相对线速度不同时，对上试样与下试样接触面间摩擦力的测量，按如下步骤进行：

步骤b1、根据各预设线速度确定驱动电机的各测试转速；启动水平滑台，利用水平滑台驱动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平直线位移，过程中上试样与下试样之间保持无负载接触，将上试样距下试样中心的间距调节至预设间距，调节好后水平滑台停止运行；再拧紧紧固螺丝，将摩擦力测量传感器与传感器安装臂相紧固，使上试样与下试样之间的相对位置保持固定；

步骤b2、向低温冷却容腔内倒入液氮，使液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却后，盖上端盖以封装低温冷却容腔；

步骤b3、在加载杆上端的托盘上放置实验所需质量的质量块；

步骤b4、启动驱动电机，依据其中一组预设线速度值，调节驱动电机的转速为相应的测试转速；

步骤b5、以驱动电机开始运行的时刻作为初始时刻，记录初始时刻时摩擦力测量传感器的测量数据，并记录自初始时刻起至测试结束期间摩擦力测量传感器的测量数据，测试结束后停止记录；

步骤b6、完成测试，驱动电机停机；

步骤b7、保证托盘上各质量块不变，确保液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却，依据另一组预设线速度值，重复步骤b4至b6，进行相同载荷、另一预设线速度条件下，对上试样与下试样之间摩擦力的测量；

步骤b8、依据其余各预设线速度，重复步骤b7，进行多组测试，得到相同载荷、不同相对线速度条件下，上试样与下试样接触面间的多组摩擦力测量数据；

步骤b9、完成测试，驱动电机停机。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、针对超低温下测力传感器可靠性低的现状，本发明的摩擦力测量机构采用了平衡梁+球窝轴承的方案，将低温区域的摩擦力传递到常温区域进行测量，并通过质量块直接加载的重力加载方式确保测量过程中上试样与下试样接触面间的加载力维持恒定，有效避免传统位移加载方式在低温热变形影响下出现的加载力衰减问题；

2、本发明放弃了目前多数使用的电器元件降温手段，使用液氮降温。这种降温方式简化了实验结构，降低了实验成本，降温效果更好，为极端环境下的摩擦学实验提供了新的思路；

3、本发明为解决超低温流体粘度低所带来的旋转轴系密封困难的问题，将下试样及主轴组成的旋转轴系改进为悬吊在低温冷却容腔内上部区域，从而可免去动密封部件，提高了测试仪的可靠性。

附图说明

图1是本发明正视视角的立体结构示意图；

图2是本发明后视视角的立体结构示意图；

图3是本发明俯视视角的立体结构示意图；

图4是本发明的侧视结构示意图；

图5是基于图4的B-B向剖视结构示意图。

图中：

1下试样；

2上试样；

3低温冷却容腔；31测试箱；32端盖；33矩形开口槽；

4驱动装置；41驱动电机；42同步带轮传动机构；43主轴；44推力轴承；45推力轴承座；46角接触轴承；47角接触轴承座；48自锁螺母；49轴套；

5加载机构；51加载杆；52滑块轴承；53托盘；54上试样夹具；

6摩擦力测量机构；61摩擦力测量传感器；62平衡梁；63球窝轴承；64轴承安装座；65传感器安装臂；66滑槽；67滑柱；68紧固螺母；

7直线位移机构；71滑块；

8框型机架；81立柱；82顶板；83铸铁底座；84角铁；85定位杆；

9升降台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图5，本实施例的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪包括：

下试样1，垂吊于注满低温流体介质的低温冷却容腔3中，测试时能够由驱动装置4驱动绕中轴线回转；

上试样2，可拆卸地装夹在加载机构5的底端，测试时朝下伸入低温冷却容腔3中、下端面与下试样1的上端面保持接触，接触部位浸没于低温流体介质中；

加载机构5的主体为竖立于上试样2正上方、始终抵触于上试样2顶端中部、竖向可位移的加载杆51，加载杆51上能够承放若干质量块，各质量块的重力叠加作为加载力，加载力经加载杆51传递至上试样2，直接施加于上试样2与下试样1的接触面间；

还包括摩擦力测量机构6，位于常温区域，摩擦力测量传感器61设于水平并相平行的传感器安装臂65与平衡梁62之间，检测端与平衡梁62的端部接触并相连，与检测端相对的另一端顺着臂长方向可滑移地设置在传感器安装臂65上，传感器安装臂65为固定构件，平衡梁62与加载杆51呈T字型布设，与加载杆51相接的一端连接在套设于加载杆51上的滑块轴承52上，与摩擦力测量传感器61一同、与加载机构5之间构成同步位移构件，上试样2与下试样1接触面间的摩擦力依次经加载杆51、平衡梁62传递至摩擦力测量传感器61的检测端；

以及包括直线位移机构7，用于带动摩擦力测量传感器61、平衡梁62及加载机构5整体，顺着垂直于下试样1中轴线的方向同步做水平往复直线位移，形成对上试样2距下试样1中心的间距的调节，平衡梁62的底部由安装在直线位移机构7上的球窝轴承63支承，通过球窝轴承63实现能够顺着水平往复直线位移的方向上下摆动。

上述结构设置中：

由于低温流体介质的粘度极低，导致回转轴系的密封极其困难，为此，本实施例将下试样1及主轴43悬吊在低温冷却容腔3的上部，不同于现有常温回转式摩擦学测试仪所采用的主轴43穿过介质容腔的形式，从而可免除回转轴系密封件的使用，提高了测试仪的可靠性。

通过在加载杆51上套设滑块轴承52，可以确保加载杆51的竖向位移不受阻碍，同时，上试样2所受到的摩擦阻力也能够顺利通过平衡梁62向摩擦力测量传感器61传递。

此外，通过设置球窝轴承63支撑于平衡梁62底部，使平衡梁62能够以球窝轴承63为支点，适应于加载过程及摩擦力测量过程中所带来的运动，在摩擦力的作用下会按图1所示的左右向产生摆动，将摩擦力传递到常温区域进行测量。

该回转式摩擦学测试仪相应的结构设置也包括：

测试仪整体安装在框型机架8上，该框型机架8由通过四角的立柱81固连的顶板82与铸铁底座83构成，立柱81以型材为材料，与顶板82及铸铁底座83的相接处均以角铁84焊接加固。

驱动装置4包括驱动电机41、同步带轮传动机构42及主轴43，由驱动电机41驱动、经同步带轮传动机构42传动，以同步带轮传动机构42的从动带轮轮轴为主轴43，主轴43竖立，底端部朝下伸入低温冷却容腔3中，下试样1通过自锁螺母48同轴安装在主轴43的底端部。通过采用同步带轮传动机构42传动，有效降低驱动电机41的振动对主轴43的影响。驱动电机41的型号为MS6H-80CS(M)30B1-20P7。

主轴43采用了一个推力轴承44加两个角接触轴承座47进行支撑，进一步确保回转轴系的可靠性。其中，主轴43轴向由推力轴承44及推力轴承座45安装在顶板82上端，主轴43上端、在推力轴承44的上方安装有轴套49并通过自锁螺母48实现轴向止推，主轴43的径向由两个角接触轴承座47承载，角接触轴承座47座则安装在顶板82的下端。

下试样1为水平布置的圆盘状结构，直径120mm。

加载机构5包括加载杆51、托盘53、上试样夹具54，加载杆51上端同轴安装盘面水平的托盘53，托盘53上用于承放质量块，加载杆51的底端通过上试样夹具54装夹上试样2。本实施例中，质量块为砝码块，托盘53为砝码托盘53。上试样夹具54可以依据不同形状的上试样2相应更换，本实施例中，上试样2为球体结构。

摩擦力测量机构6中，摩擦力测量传感器61为S型拉压力传感器，型号为BCS-M2，最大测量力可到100N以上、测量精度可达0.05％，能够满足回转式摩擦力的测量。

摩擦力测量传感器61与传感器安装臂65之间能够相紧固，与平衡梁62之间通过螺丝紧固。传感器安装臂65上顺着直线位移机构7的位移方向开设滑槽66，摩擦力测量传感器61对应一端通过滑柱67滑动穿设于滑槽66中，滑柱67上带外螺纹，能够通过紧固螺母68与传感器安装臂65之间相紧固。

直线位移机构7为水平滑台，球窝轴承63安装在水平滑台的滑块71上端的的轴承安装座64上，支承于平衡梁62的底部。该水平滑台为CY80B手摇式丝杆滑台，行程为100mm，水平负载196N，垂直负载98N，位移分辨率为0.01mm。

测试箱31采用绝热且性能优越的电木铣削加工制成，内部空腔呈圆柱形并作为低温冷却容腔3，顶端由可拆卸的端盖32封装，端盖32采用亚克力板加工而成，方便观测腔内部件状态，其上开设有沿下试样1径向方向布设的矩形开口槽33，供主轴43及带有下试样1的加载杆51穿设进入低温冷却容腔3中，以及作为加载杆51直线位移的限位槽；

测试箱31底部由升降台9支撑，通过支撑台驱动可升降。当需要更换不同的下试样1时，可以通过升降台9驱动测试箱31下降至合适位置，以便于操作。

低温流体介质可以是液氮。测试箱31可配置良好的隔热保温层，加强绝热效果。

此外，还可在测试箱31的外围，围绕测试箱31设三根固定、竖立的定位杆85，各定位杆85沿周向等距分布，分别与测试箱31外周壁之间保留微小间隙，形成测试过程中对测试箱31的辅助限位。

本发明实施例同时提出了一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试方法，是在低温流体浸泡条件下，当线速度相同、载荷不同时，对上试样与下试样接触面间摩擦力的测量，按如下步骤进行：

步骤a1、根据预设线速度确定驱动电机的测试转速；启动水平滑台，利用水平滑台驱动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平直线位移，过程中上试样与下试样之间保持无负载接触，将上试样距下试样中心的间距调节至预设间距，调节好后水平滑台停止运行；再拧紧紧固螺丝，将摩擦力测量传感器与传感器安装臂相紧固，使上试样与下试样之间的相对位置保持固定；

步骤a2、向低温冷却容腔内倒入液氮，使液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却后，盖上端盖以封装低温冷却容腔；

步骤a3、在加载杆上端的托盘上添加所需质量的质量块；

步骤a4、启动驱动电机，调节驱动电机的转速为步骤a1所确定的测试转速；

步骤a5、以驱动电机开始运行的时刻作为初始时刻，记录初始时刻时摩擦力测量传感器的测量数据，并记录自初始时刻起至测试结束期间摩擦力测量传感器的测量数据，测试结束后停止记录；

步骤a6、完成测试，驱动电机停机；

步骤a7、松开紧固螺丝，使摩擦力测量传感器与传感器安装臂之间解除锁定，再次启动水平滑台，带动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向再次同步做水平直线位移，调节上试样相对于下试样的位置，实现对上试样与下试样之间接触部位的位置的切换，调节好后水平滑台停止运行，再次拧紧紧固螺丝，使摩擦力测量传感器与传感器安装臂之间相紧固；

步骤a8、在加载杆上端的托盘上更换不同质量的质量块，确保液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却，重复步骤a4至a6，进行相同转速、另一载荷值条件下，对上试样与下试样之间另一位置摩擦力的测量；

步骤a9、重复步骤a7至a8，进行多组测试，得到相同转速、不同载荷条件下，上试样与下试样之间不同位置的多组摩擦力测量数据，结合加载力，得到摩擦系数；

步骤a10、完成测试，驱动电机停机。

本发明实施例还提出了另一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试方法，是在低温流体浸泡条件下，当载荷相同、相对线速度不同时，对上试样与下试样接触面间摩擦力的测量，按如下步骤进行：

步骤b1、根据各预设线速度确定驱动电机的各测试转速；启动水平滑台，利用水平滑台驱动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平直线位移，过程中上试样与下试样之间保持无负载接触，将上试样距下试样中心的间距调节至预设间距，调节好后水平滑台停止运行；再拧紧紧固螺丝，将摩擦力测量传感器与传感器安装臂相紧固，使上试样与下试样之间的相对位置保持固定；

步骤b2、向低温冷却容腔内倒入液氮，使液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却后，盖上端盖以封装低温冷却容腔；

步骤b3、在加载杆上端的托盘上放置实验所需质量的质量块；

步骤b4、启动驱动电机，依据其中一组预设线速度值，调节驱动电机的转速为相应的测试转速；

步骤b5、以驱动电机开始运行的时刻作为初始时刻，记录初始时刻时摩擦力测量传感器的测量数据，并记录自初始时刻起至测试结束期间摩擦力测量传感器的测量数据，测试结束后停止记录；

步骤b6、完成测试，驱动电机停机；

步骤b7、保证托盘上各质量块不变，确保液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却，依据另一组预设线速度值，重复步骤b4至b6，进行相同载荷、另一预设线速度条件下，对上试样与下试样之间摩擦力的测量；

步骤b8、依据其余各预设线速度，重复步骤b7，进行多组测试，得到相同载荷、不同相对线速度条件下，上试样与下试样接触面间的多组摩擦力测量数据；

步骤b9、完成测试，驱动电机停机。

上述两种测试方法在实施时，可以在端盖上放置配重块，以增强密封保温效果，测试过程中，通过低温流体介质的挥发，使上试样与下试样的接触部位所在区域被挥发性气体包围，避免环境中的水蒸气在接触面凝结。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是，包括：

下试样，垂吊于注满低温流体介质的低温冷却容腔中，测试时能够由驱动装置驱动绕中轴线回转；

上试样，可拆卸地装夹在加载机构的底端，测试时朝下伸入低温冷却容腔中、下端面与下试样的上端面保持接触，接触部位浸没于低温流体介质中；

所述加载机构的主体为竖立于上试样正上方、始终抵触于上试样顶端中部、竖向可位移的加载杆，所述加载杆上能够承放若干质量块，各质量块的重力叠加作为加载力，所述加载力经加载杆传递至上试样，直接施加于上试样与下试样的接触面间；

还包括摩擦力测量机构，位于常温区域，摩擦力测量传感器设于水平并相平行的传感器安装臂与平衡梁之间，检测端与所述平衡梁的端部接触并相连，与检测端相对的另一端顺着臂长方向可滑移地设置在传感器安装臂上，所述传感器安装臂为固定构件，所述平衡梁与加载杆呈T字型布设，与加载杆相接的一端连接在套设于加载杆上的滑块轴承上，与所述摩擦力测量传感器一同、与加载机构之间构成同步位移构件，上试样与下试样接触面间的摩擦力依次经加载杆、平衡梁传递至摩擦力测量传感器的检测端；

以及包括直线位移机构，用于带动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平往复直线位移，形成对上试样距下试样中心的间距的调节，所述平衡梁的底部由安装在直线位移机构上的球窝轴承支承，通过所述球窝轴承实现能够顺着水平往复直线位移的方向上下摆动。

2.根据权利要求1所述的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是：

所述驱动装置包括驱动电机、同步带轮传动机构及主轴，由驱动电机驱动、经同步带轮传动机构传动，以所述同步带轮传动机构的从动带轮轮轴为所述主轴，主轴竖立，底端部朝下伸入所述低温冷却容腔中，所述下试样通过自锁螺母同轴安装在所述主轴的底端部。

3.根据权利要求1所述的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是：

所述下试样为水平布置的圆盘状结构。

4.根据权利要求1所述的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是：

所述加载机构包括加载杆、托盘、上试样夹具，所述加载杆上端同轴安装盘面水平的托盘，所述托盘上用于承放质量块，所述加载杆的底端通过上试样夹具装夹所述上试样。

5.根据权利要求1所述的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是：

所述摩擦力测量机构中，摩擦力测量传感器为S型拉压力传感器。

6.根据权利要求1或5所述的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是：所述摩擦力测量传感器与所述传感器安装臂之间能够相紧固。

7.根据权利要求1所述的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是：

所述直线位移机构为水平滑台，所述球窝轴承安装在水平滑台的滑块上端的的轴承安装座上，支承于平衡梁的底部。

8.根据权利要求1所述的模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试仪，其特征是：

测试箱内部空腔作为所述低温冷却容腔，顶端由可拆卸的端盖封装，所述端盖上开设有沿下试样径向方向布设的开口槽，供所述主轴及带有下试样的加载杆穿设，以及作为加载杆直线位移的限位槽；

所述测试箱底部由所述升降台支撑，通过所述支撑台驱动可升降。

9.一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试方法，其特征是，是在低温流体浸泡条件下，当线速度相同、载荷不同时，对上试样与下试样接触面间摩擦力的测量，按如下步骤进行：

步骤a1、根据预设线速度确定驱动电机的测试转速；启动水平滑台，利用水平滑台驱动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平直线位移，过程中上试样与下试样之间保持无负载接触，将上试样距下试样中心的间距调节至预设间距，调节好后水平滑台停止运行；再拧紧紧固螺丝，将摩擦力测量传感器与传感器安装臂相紧固，使上试样与下试样之间的相对位置保持固定；

步骤a2、向低温冷却容腔内倒入液氮，使液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却后，盖上端盖以封装低温冷却容腔；

步骤a3、在加载杆上端的托盘上添加所需质量的质量块；

步骤a4、启动驱动电机，调节驱动电机的转速为步骤a1所确定的测试转速；

步骤a5、以驱动电机开始运行的时刻作为初始时刻，记录初始时刻时摩擦力测量传感器的测量数据，并记录自初始时刻起至测试结束期间摩擦力测量传感器的测量数据，测试结束后停止记录；

步骤a6、完成测试，驱动电机停机；

步骤a7、松开紧固螺丝，使摩擦力测量传感器与传感器安装臂之间解除锁定，再次启动水平滑台，带动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向再次同步做水平直线位移，调节上试样相对于下试样的位置，实现对上试样与下试样之间接触部位的位置的切换，调节好后水平滑台停止运行，再次拧紧紧固螺丝，使摩擦力测量传感器与传感器安装臂之间相紧固；

步骤a8、在加载杆上端的托盘上更换不同质量的质量块，确保液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却，重复步骤a4至a6，进行相同转速、另一载荷值条件下，对上试样与下试样之间另一位置摩擦力的测量；

步骤a9、重复步骤a7至a8，进行多组测试，得到相同转速、不同载荷条件下，上试样与下试样之间不同位置的多组摩擦力测量数据，结合加载力，得到摩擦系数；

步骤a10、完成测试，驱动电机停机。

10.一种模拟低温流体润滑工况的回转式摩擦学测试方法，其特征是，是在低温流体浸泡条件下，当载荷相同、相对线速度不同时，对上试样与下试样接触面间摩擦力的测量，按如下步骤进行：

步骤b1、根据各预设线速度确定驱动电机的各测试转速；启动水平滑台，利用水平滑台驱动摩擦力测量传感器、平衡梁及加载机构整体，顺着垂直于下试样中轴线的方向同步做水平直线位移，过程中上试样与下试样之间保持无负载接触，将上试样距下试样中心的间距调节至预设间距，调节好后水平滑台停止运行；再拧紧紧固螺丝，将摩擦力测量传感器与传感器安装臂相紧固，使上试样与下试样之间的相对位置保持固定；

步骤b2、向低温冷却容腔内倒入液氮，使液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却后，盖上端盖以封装低温冷却容腔；

步骤b3、在加载杆上端的托盘上放置实验所需质量的质量块；

步骤b4、启动驱动电机，依据其中一组预设线速度值，调节驱动电机的转速为相应的测试转速；

步骤b5、以驱动电机开始运行的时刻作为初始时刻，记录初始时刻时摩擦力测量传感器的测量数据，并记录自初始时刻起至测试结束期间摩擦力测量传感器的测量数据，测试结束后停止记录；

步骤b6、完成测试，驱动电机停机；

步骤b7、保证托盘上各质量块不变，确保液氮液面刚好浸没上试样与下试样的接触部位，并使接触部位得到充分冷却，依据另一组预设线速度值，重复步骤b4至b6，进行相同载荷、另一预设线速度条件下，对上试样与下试样之间摩擦力的测量；

步骤b8、依据其余各预设线速度，重复步骤b7，进行多组测试，得到相同载荷、不同相对线速度条件下，上试样与下试样接触面间的多组摩擦力测量数据；

步骤b9、完成测试，驱动电机停机。

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