CN211318152U - 一种高低温真空摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及摩擦磨损试验机，特别涉及一种高低温摩擦磨损试验机，包括0‑10N小载荷摩擦加载系统、弹簧加载系统、试验力测量系统、静态扭矩传感器(摩擦扭矩测量)、真空系统、摩擦副系统、主轴系统、高温加热系统、低温制冷系统、冷却水循环系统；本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：本设备可以同时提供高温、高真空、0.1N‑2000N宽范围载荷的环境下，测试多种摩擦材料的性能。

Description

一种高低温真空摩擦磨损试验机

技术领域

本实用新型涉及摩擦磨损试验机，特别涉及一种高低温摩擦磨损试验机。

背景技术

目前设备存在真空腔体，也存在0-10N、10-200N小载荷摩擦试验机，，也存在高低温设备，但三者结合一台设备，真空密封性、高温对真空密封的影响、低温对真空密封的影响、大力值加载对真空密封的影响，大扭矩测量对真空的影响，是我们设备主要突破的技术新型。；但受真空密封性的影响，目前不存在大力值、大扭矩测量、高真空、高温、低温的高低温真空摩擦磨损试验机。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种可降低成本、应用范围广的高低温真空摩擦磨损试验机。

本实用新型所述技术方案如下：

一种高低温真空摩擦磨损试验机，包括0-10N小载荷摩擦加载系统、弹簧加载系统、试验力测量系统、静态扭矩传感器(摩擦扭矩测量)、真空系统、摩擦副系统、主轴系统、高温加热系统、低温制冷系统、冷却水循环系统；

所述的0-10N小载荷摩擦加载系统包括摩擦副、支撑杆、砝码托盘、砝码、传感器固定座、摩擦力测量装置、支撑座，所述的摩擦副固定在支撑杆的下端，所述的支撑杆上端连有砝码托盘和砝码，所述的传感器固定座固定在真空腔体上，摩擦力测量装置固定在传感器固定座，0-10N小载荷摩擦加载系统置于真空腔体内；

所述的弹簧加载系统的步进电机保持架固定与立柱上，弹簧加载步进电机、丝杠螺母、推力轴承、同步带轮通过步进电机保持架连接在一起，所述的弹簧加载步进电机通过同步带轮带动丝杠螺母旋转，所述的丝杠螺母旋转带动加载丝杠沿轴向方向移动，所述的加载丝杠与压板通过键连接，圆螺母轴向固定，保证加载丝杠与压板无轴向旋转和无轴向移动，所述的加载丝杠轴向移动带动压板向下沿轴向移动，所述的压板两端通过直线轴承沿立柱向下移动，起到导向定位的作用，压板向下移动压缩加载弹簧，随着加载弹簧压缩量的增加，加载丝杠施加到试验力加载板的力也会越来越大，试验力传感器座固定于试验力加载板，将试验力通过试验力传感器、立杆、压板I、轴承座、上试样杆传递到试样处，所述的弹簧加载系统配有自重消除弹簧。

所述的静态扭矩传感器测量摩擦试样的摩擦扭矩，静态扭矩传感器串联试验力加载杆中间，通过轴承座、支杆消除轴向试验力对静态扭矩传感器的影响，进而提高了摩擦扭矩测量的准确性。

所述的真空系统采用两级抽真空，一级抽真空采用机械泵、二级抽真空采用分子泵，最大真空度可达10-5Pa；主轴系统进入真空腔体采用旋转磁流体密封，试验力测量系统及静态扭矩传感器(摩擦扭矩测量)进入真空系统采用旋转直线磁流体及金属波纹管密封，高温炉线及低温导管、传感器线通过CF密封真空航空插头进入，抽气阀、充气阀、真空压力表、真空计均采用CF密封法兰密封；试验腔体门板配用CF密封法兰密封真空玻璃观察窗，方便试验过程中对试验现象的实时观察，为避免高温、低温对真空系统密封性的影响，真空腔体、磁流体密封均配有冷却水排温度保护。

所述的主轴系统的电机采用主轴伺服电机5Kw，通过弹性膜片联轴器与旋转磁流体连接，带动旋转磁流体旋转。

所述的摩擦副系统位于真空系统内，可通过更换不同夹具，实现端面、球-盘、销-盘等不同的摩擦形式。

所述的高温加热系统、低温制冷系统分别通过高温炉/低温腔体的切换来实现试样摩擦副部分的高温、低温控制。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

本设备可以同时提供高温、高真空、0.1N-2000N宽范围载荷的环境下，测试多种摩擦材料的性能

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型小载荷试验力加载(0.1-10N)的结构示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是本实用新型剖视图的结构示意图。

图4是本实用新型的弹簧加载系统结构示意图一。

图5是本实用新型的弹簧加载系统结构示意图二。

图6本实用新型的弹簧加载系统结构示意图三。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

如图1-6所示，一种高低温真空摩擦磨损试验机，包括0-10N小载荷摩擦加载系统、弹簧加载系统、试验力测量系统、静态扭矩传感器(摩擦扭矩测量)、真空系统、摩擦副系统41、主轴系统、高温加热系统、低温制冷系统、冷却水循环系统；

所述的0-10N小载荷摩擦加载系统包括摩擦副1、支撑杆2、砝码托盘3、砝码4、传感器固定座5、摩擦力测量装置6、支撑座7，所述的摩擦副1固定在支撑杆2的下端，所述的支撑杆2上端连有砝码托盘3和砝码4，所述的传感器固定座5固定在真空腔体8上，摩擦力测量装置6固定在传感器固定座5，0-10N小载荷摩擦加载系统置于真空腔体8内；

所述的弹簧加载系统的步进电机保持架9固定与立柱10上，弹簧加载步进电机11、丝杠螺母12、推力轴承13、同步带轮14通过步进电机保持架9连接在一起，所述的弹簧加载步进电机11通过同步带轮带动丝杠螺母12旋转，所述的丝杠螺母12旋转带动加载丝杠13沿轴向方向移动，所述的加载丝杠13与压板14通过键连接，圆螺母轴向固定，保证加载丝杠13与压板14无轴向旋转和无轴向移动，所述的加载丝杠13轴向移动带动压板14向下沿轴向移动，所述的压板14两端通过直线轴承16沿立柱10向下移动，起到导向定位的作用，压板14向下移动压缩加载弹簧15，随着加载弹簧15压缩量的增加，加载丝杠13施加到试验力加载板的力也会越来越大，试验力传感器座18固定于试验力加载板19，将试验力通过试验力传感器20、立杆21、压板I22、轴承座23、上试样杆24传递到试样处，该系统加载最大力值2000N，所述的弹簧加载系统配有自重消除弹簧25，消除试验力加载系统的自重，保证试验力的小力值加载的准确性。

所述的静态扭矩传感器26测量摩擦试样的摩擦扭矩，静态扭矩传感器26串联试验力加载杆中间，通过轴承座23、支杆27消除轴向试验力对静态扭矩传感器26的影响，进而提高了摩擦扭矩测量的准确性。

所述的真空系统采用两级抽真空，一级抽真空采用机械泵28、二级抽真空采用分子泵29，最大真空度可达10-5Pa；主轴系统进入真空腔体采用旋转磁流体17密封，试验力测量系统及静态扭矩传感器(摩擦扭矩测量)进入真空系统采用旋转直线磁流体30及金属波纹管31密封，高温炉线及低温导管、传感器线通过CF密封真空航空插头32进入，抽气阀33、充气阀34、真空压力表35、真空计36均采用CF密封法兰密封；试验腔体门板配用CF密封法兰密封真空玻璃观察窗37，方便试验过程中对试验现象的实时观察，为避免高温、低温对真空系统密封性的影响，真空腔体、磁流体密封均配有冷却水排38温度保护，保证密封件温度在可控范围内，从而保证真空系统良好的密封性。

所述的主轴系统的电机采用主轴伺服电机5Kw39，通过弹性膜片联轴器42与旋转磁流体17连接，带动旋转磁流体17旋转。

所述的摩擦副系统41位于真空系统内，可通过更换不同夹具，实现端面、球-盘、销-盘等不同的摩擦形式。

所述的高温加热系统、低温制冷系统分别通过高温炉/低温腔体40的切换来实现试样摩擦副部分的高温、低温控制。

本设备可同时满足高温、高真空、0.1N-2000N宽范围载荷、多种形式摩擦副等要求：

在高温1000℃情况下，电机旋转，扭矩传动轴采用磁流体真空动密封，实现高真空密封要求；由于磁流体无法满足高温状况下的真空动密封，因此，在高温状态下，磁流体内部采用恒低温循环水降温，保持磁流体的低温工作环境，保证其高温工况下的高真空密封性能。

0.1N-2000N宽范围载荷：为保证设备精度，本设备加载及测量分为两套系统，(1)0.1N-10N加载测量系统：

支撑杆2与摩擦副1及试样自重0.1N，砝码4直接加载试验力，通过摩擦力测量装置测量其旋转切向摩擦力，测量直接，误差行，精度高，稳定性好。

为减小加载阻力及摩擦测量误差，该装置整体置于真空腔体8内；但由于高温真空环境，为减小金属导热对摩擦力传感器的影响，中间加有隔热垫，避免金属热传导对摩擦力传感器造成影响；再者，长时间工作，高温炉腔体内热量散失到真空腔体8，导致真空腔体8温度上升，也将直接影响摩擦力传感器的工作性能，为此，真空腔体内布置有冷却水循环系统，内部持续通入恒低温循环水，保证真空腔体低温环境，进而保证摩擦力传感器高精度、高准确度、高稳定性的工作性能。

同时，保证真空腔体的低温环境，也保证了真空腔体的高真空静密封的可靠性。

(2)10N-2000N加载测量系统采用弹簧自动加载，为保证加载精度，做如下设计：

上面为加载弹簧15，下面为自重消除弹簧25，有效保证了试验力加载的准确性。

传感器在真空腔体8外，大气环境中，有效保证了传感器工作的稳定性、可靠性；但同时为提高试验力测量及摩擦力测量的准确性，试验力、摩擦力传感器均串联于试验力加载杆中间，测量直接，误差小，准确性高；但为进一步减小系统误差，试验力加载杆进出真空腔体同时采用旋转磁流体30密封及金属波纹管31密封，两者组合，有效保证了施力杆旋转运动及轴向运动工况下的高真空动密封，同时，为保证磁流体高温状态下的高真空动密封，在高温状态下，磁流体内部采用恒低温循环水降温，保持磁流体的低温工作环境，保证其高温工况下的高真空密封性能。

为保证两套加载、测量系统的精确切换，上试样轴采用锥度定位、可拆卸结构，有效保证了设备精度及两套系统更换的易操作性。

为保证设备在高温真空、低温真空下工作的稳定性、可靠性，腔体内材料全部采用GH214高温不锈钢加工而成，可保证设备-196℃-1000℃真空环境下的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高低温真空摩擦磨损试验机，其特征在于，包括0-10N小载荷摩擦加载系统、弹簧加载系统、试验力测量系统、静态扭矩传感器、真空系统、摩擦副系统、主轴系统、高温加热系统、低温制冷系统、冷却水循环系统；

所述的0-10N小载荷摩擦加载系统包括摩擦副、支撑杆、砝码托盘、砝码、传感器固定座、摩擦力测量装置、支撑座，所述的摩擦副固定在支撑杆的下端，所述的支撑杆上端连有砝码托盘和砝码，所述的传感器固定座固定在真空腔体上，摩擦力测量装置固定在传感器固定座，0-10N小载荷摩擦加载系统置于真空腔体内；

所述的弹簧加载系统的步进电机保持架固定与立柱上，弹簧加载步进电机、丝杠螺母、推力轴承、同步带轮通过步进电机保持架连接在一起，所述的弹簧加载步进电机通过同步带轮带动丝杠螺母旋转，所述的丝杠螺母旋转带动加载丝杠沿轴向方向移动，所述的加载丝杠与压板通过键连接，圆螺母轴向固定，保证加载丝杠与压板无轴向旋转和无轴向移动，所述的加载丝杠轴向移动带动压板向下沿轴向移动，所述的压板两端通过直线轴承沿立柱向下移动，起到导向定位的作用，压板向下移动压缩加载弹簧，随着加载弹簧压缩量的增加，加载丝杠施加到试验力加载板的力也会越来越大，试验力传感器座固定于试验力加载板，将试验力通过试验力传感器、立杆、压板I、轴承座、上试样杆传递到试样处，所述的弹簧加载系统配有自重消除弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种高低温真空摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的静态扭矩传感器测量摩擦试样的摩擦扭矩，静态扭矩传感器串联试验力加载杆中间，通过轴承座、支杆消除轴向试验力对静态扭矩传感器的影响，进而提高了摩擦扭矩测量的准确性。

3.根据权利要求1所述的一种高低温真空摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的真空系统采用两级抽真空，一级抽真空采用机械泵、二级抽真空采用分子泵，最大真空度可达10-5Pa；主轴系统进入真空腔体采用旋转磁流体密封，试验力测量系统及静态扭矩传感器进入真空系统采用旋转直线磁流体及金属波纹管密封，高温炉线及低温导管、传感器线通过CF密封真空航空插头进入，抽气阀、充气阀、真空压力表、真空计均采用CF密封法兰密封；试验腔体门板配用CF密封法兰密封真空玻璃观察窗，为避免高温、低温对真空系统密封性的影响，真空腔体、磁流体密封均配有冷却水排温度保护。

4.根据权利要求1所述的一种高低温真空摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的主轴系统的电机采用主轴伺服电机5Kw，通过弹性膜片联轴器与旋转磁流体连接，带动旋转磁流体旋转。

5.根据权利要求1所述的一种高低温真空摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的摩擦副系统位于真空系统内。

6.根据权利要求1所述的一种高低温真空摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的高温加热系统、低温制冷系统分别通过高温炉/低温腔体的切换来实现试样摩擦副部分的高温、低温控制。

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