CN212748562U

CN212748562U - 一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统

Info

Publication number: CN212748562U
Application number: CN202020476726.3U
Authority: CN
Inventors: 韦华; 张泽; 陈云敏; 林伟岸
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2021-03-19
Anticipated expiration: 2030-04-03

Abstract

本实用新型公开了一种离心力‑高温耦合环境下材料性能测试试验机系统。转子系统和下驱式主轴复合体安装在实验腔内，实验腔底部通过缓冲结构装在装置底座上，离心主机安装在装置底座上并下驱式主轴复合体下端连接，下驱式主轴复合体和转子系统连接，升降系统装在装置底座且位于实验腔上方，升降系统和实验腔盖连接；挂杯中安装有材料性能测试系统，挂杯装保温装置，保温装置装加热装置，加热装置装承力装置，挂杯通过吊耳铰接地悬挂在超重力离心机的旋转臂端部。本实用新型实现离心超重力环境下持久、蠕变、疲劳等材料性能的高通量测试，能给试样施加均匀应力梯度、不均匀应力梯度、均匀温度场、不均匀温度场，以最大限度模拟试样的工况环境。

Description

一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统

技术领域

本实用新型涉及材料性能测试技术领域的一种超重力材料性能测试试验机，尤其涉及一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统。

背景技术

叶片类机械是航天航空、冶金、能源行业的关键设备，如航空发动机、压缩机、汽轮机、水轮机等，这类机械的设计、运行、维护关系到重大工程项目的安全稳定，对国民经济，国家安全有着重大的意义。

涡轮工作叶片作为航空发动机高温燃气做功的核心部件，通常设计为变截面、强扭面(扭曲度超60度)、薄壁曲面(缘头最薄处不足3mm)、复杂拓扑形状的几何结构。特殊的几何结构和复杂的工况环境使涡轮工作叶片成为航空发动机热端部件中可靠性最低、故障率较高的部件。虽然叶片-轮盘系统属于圆周循环对称结构，但由于加工误差、装配、工作时磨损不均匀等因素，导致该系统周期性对称结构失谐，使叶片模态振型不能沿圆周方向均匀地传递到所有叶片上，而是将振动能量集中在几个叶片上，使它们的振幅及应力显著大于其他叶片，从而发生严重的振动模态局部化现象，极易诱发叶片的高周疲劳断裂。美国军方统计数据表明，近20年来，涡轮叶片引发的航空发动机事故占总事故的44.3％，其中56％的事故与涡轮叶片高周疲劳断裂有关。

目前现有的材料力学性能测试装置主要集中在1g下的标准试样的性能测试上。虽然标准试样力学性能数据在一定程度上能为高速旋转类部件强度设计提供实验依据，但与实际工况相比，标准试样在性能测试过程中无法综合反映高速旋转类部件几何特征相关的凝固组织和应力分布不均、薄壁效应、加工工艺等耦合作用对其动态疲劳性能的影响，因而严重制约了我国高速旋转类部件可靠性设计水平。

实用新型内容

针对高速旋转部件性能测试装置无法进行高通量测试的设备难题，本实用新型提供了一种装配简单、使用方便、安全系数高，在超重力环境下单次实验能够实现多种性能同时测试的试验机系统。

本实用新型采用的技术方案：

本实用新型包括离心主机、转子系统、实验腔、升降系统和下驱式主轴复合体；转子系统和下驱式主轴复合体安装在实验腔内，实验腔底部通过缓冲结构安装在装置底座上，离心主机安装在实验腔侧方的装置底座上并下驱式主轴复合体下端连接，下驱式主轴复合体上端和转子系统连接，升降系统安装在装置底座上且位于实验腔上方，升降系统和实验腔的腔盖连接。

所述的实验腔包括立式肘夹、直线导轨、实验腔盖、实验腔体、防护壳、阻尼器和真空接口；实验腔体底部的实验腔底板通过阻尼器固定安装在离心超重力实验室的地面上，实验腔体顶部设有实验腔盖，实验腔盖两侧外边缘设有凸板，凸板上开设通孔，实验腔体顶面边缘固定有竖直的直线导轨，凸板的通孔套装于直线导轨中，通过直线导轨和凸板通孔的配合安装使得实验腔盖与实验腔体的精确定位安装配合；实验腔盖周围的实验腔体顶面沿圆周均布固定安装有三个立式肘夹，实验腔盖通过立式肘夹与实验腔体固定；实验腔盖和实验腔体接触面之间用O型橡胶圈密封，实验腔体侧壁开设有真空接口，真空接口与外部的地面真空系统或充气系统相连；实验腔体内周围设有三层防护壳。

所述的升降系统包括驱动电机、升降机、丝杠和升降支架；升降支架横跨安装在实验腔上方，驱动电机固定在升降支架上，驱动电机输出轴经升降机和丝杠传动连接驱动丝杠上下升降，丝杠竖直布置，丝杠下端和实验腔盖的中心固定连接。

所述的离心主机包括电机、大带轮、减震座、平带和转速传感器；电机通过减震座安装在实验腔的侧方，电机的输出轴和大带轮同轴连接，大带轮经平带和下驱式主轴复合体的小带轮带传动连接；小带轮侧方安装有转速传感器。

所述的下驱式主轴复合体包括主轴、扭矩输入机构、传动结构和扭矩输出机构，传动结构包括机械传动机构和密封润滑机构，主轴上端和扭矩输入机构连接，主轴中部安装有机械传动机构和密封润滑机构，主轴下端安装有扭矩输出机构；扭矩输出机构和外部旋转驱动力连接，带动主轴旋转，主轴经机械传动机构和密封润滑机构套装在离心超重力装置的实验腔底板中心孔中，主轴上端将旋转动力传递到扭矩输入机构，经扭矩输入机构带动离心超重力装置的实验腔内的离心主机作离心超重力运动。

所述的转子系统包括挂臂、挂杯、高速滑环、限位轴承和底座法兰；挂臂中心开设通孔，挂臂中心通孔的底部孔端面固定连接底座法兰的上端，底座法兰下端和下驱式主轴复合体的连接法兰通过螺栓固接，挂臂的两端对称铰接安装有挂杯，挂杯均通过挂销铰接安装于挂臂的末端；主轴上端穿出连接法兰后再穿过挂臂中心的通孔后和紧固套装有高速滑环，且上端部经限位轴承套装于实验腔盖内顶面中心的沉孔中；高速滑环的内圈转子直接紧固在主轴上，高速滑环的外圈定子固定在实验腔盖内顶面，高速滑环的内圈转子与主轴一起旋转。

所述的下驱式主轴复合体中，扭矩输入机构包括上胀紧套和连接法兰，机械传动机构包括上轴承盖、角接触球轴承、上轴用弹性挡圈、轴承座、圆柱滚子轴承、下轴用弹性挡圈、轴栓、下轴承盖和下密封轴承圈，密封润滑机构包括上油封、上孔用弹性挡圈、上O型圈、扩口式直通管接口、下O型圈、下油封、下孔用弹性挡圈、注油口和油通道，扭矩输出机构包括主轴、小带轮和下胀紧套；连接法兰设有外凸缘，外凸缘开设有安装螺孔，螺钉穿过安装螺孔将连接法兰固定连接离心超重力腔室内的转子系统；连接法兰的中心开设通孔作为安装孔，主轴上端通过上胀紧套套装于连接法兰的安装孔中，主轴和连接法兰同轴固接旋转，上胀紧套、连接法兰和主轴同轴固接，连接法兰上端和转子系统的底座法兰通过螺栓同轴固接；主轴中部外套装有轴承座，轴承座和主轴中部之间具有径向间隙形成游动腔，轴承座密封固定套装在实验腔底板的中心通孔中；游动腔上部内的主轴外周面设有外凸缘，外凸缘下侧的主轴外套装角接触球轴承，角接触球轴承径向支撑位于轴承座上部和主轴上的凸肩之间，角接触球轴承下侧设有上轴用弹性挡圈，上轴用弹性挡圈嵌装在主轴外周面所开设的环形上凹槽中；游动腔上端口设有上轴承盖，上轴承盖活动套装在主轴外，上轴承盖下端面和轴承座上端面通过螺杆固定连接；上轴承盖在底部内圈周面开设有环形缺口槽，环形缺口槽中安装有上油封，上油封下侧设有上孔用弹性挡圈，上孔用弹性挡圈嵌装在上轴承盖环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽中；上轴承盖上方的主轴外套装有上密封轴承圈，上轴承盖上端面设有两道环形槽，上密封轴承圈下端设有两圈圈环形凸台，两圈环形凸台分别嵌装在两道环形槽中，上密封轴承圈处的主轴开设有径向经过轴心线的上径向通孔，轴栓从上密封轴承圈上部一侧通孔穿入，经上径向通孔穿过后从上密封轴承圈上部另一侧通孔穿出，再被U型金属棒轴向轴向限位安装，使得上密封轴承圈轴向向下压紧安装在上轴承盖上端面，通过轴栓将主轴的扭矩传递到上轴承密封圈，使得上轴承密封圈和主轴同轴旋转，同时实现上轴承盖和主轴之间密封连接；游动腔下部内的主轴外周面套装圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承外圈顶部紧靠在轴承座底部内壁的环形内凹台阶上，圆柱滚子轴承内圈底面紧靠下轴用弹性挡圈上；下轴用弹性挡圈安装在主轴外周面开设的环形下凹槽里面；游动腔下端口设有下轴承盖，下轴承盖活动套装在主轴外，下轴承盖上端面和轴承座下端面利用螺杆固接，下轴承盖在顶部内圈周面开设有环形缺口槽，环形缺口槽中安装有下油封，下油封上侧设有下孔用弹性挡圈，下孔用弹性挡圈嵌装在下轴承盖环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽中；下轴承盖下方的主轴外套装有下密封轴承圈，下轴承盖下端面设有两道环形槽，下密封轴承圈上端设有两圈环形凸台，两圈环形凸台分别嵌装在两道环形槽中，下密封轴承圈处的主轴开设有径向经过轴心线的下径向通孔，轴栓从下密封轴承圈下部一侧通孔穿入，经下径向通孔穿过后从下密封轴承圈下部另一侧通孔穿出，再被U型金属棒轴向轴向限位安装，使得下密封轴承圈轴向向上压紧安装在下轴承盖上端面，使得下密封轴承圈和主轴同轴旋转，同时实现下轴承盖和主轴之间密封连接。

轴承座外侧壁开设有注油口，注油口安装扩口式直通管接口，轴承座内部设有油通道，注油口经油通道和游动腔连通；油液从注油口进入，经油通道进入充满游动腔，再分别流经角接触球轴承、圆柱滚子轴承到上油封和下油封，形成动密封；主轴下端经下胀紧套与小带轮同轴固接，小带轮与离心超重力装置的动力系统相连。

所述的上轴承密封圈下端的圈环形凸台卡装入上轴承盖上端的环形槽中，同时上轴承盖上端的相邻环形槽之间形成的盖环形凸台卡装入上轴承密封圈下端的相邻圈环形凸台之间形成的环形凹槽中，上轴承密封圈下端的圈环形凸台和环形凹槽以及上轴承盖上端的环形槽和盖环形凸台之间形成空隙作为阶梯型迷宫密封通道；主轴高速旋转时，轴栓带动上轴承密封圈随主轴一起旋转，但上轴承盖固定不动；通过形成阶梯型迷宫密封通道的油润确保上轴承密封圈与上轴承盖相对运动流畅，同时起到密封作用。

所述的轴栓穿出上密封轴承圈上部另一侧通孔的端部开设有销孔，U型金属棒的中间合端尺寸大于销孔的内径，U型金属棒的两端共同伸入到销孔并穿过出销孔后弯折使得尺寸大于销孔的内径，这样使得轴栓端部被U 型金属棒轴向限位装配。

所述的注油口包括上注油口和下注油口，所述的扩口式直通管接口包括上扩口式直通管接口、下扩口式直通管接口；轴承座底部开设有分别位于上下布置的上注油口和下注油口，上注油口和下注油口外端分别密封安装有上扩口式直通管接口、下扩口式直通管接口，使得上注油口和下注油口内端分别形成相对封闭的上储油槽、下储油槽；上扩口式直通管接口、下扩口式直通管接口分别开设有水平径向的上直通油通道、下直通油通道，上直通油通道、下直通油通道的内端分别和上储油槽、下储油槽连通，上直通油通道、下直通油通道外端分别塞装有上管口塞、下管口塞；所述的油通道包括上油水平通道、上油垂直通道、竖油通道、中油通道和底油通道；轴承座底部开设有分别位于上下布置且均沿径向水平方向的中油通道和底油通道，中油通道和底油通道径向外端分别和上注油口和下注油口内端的上储油槽、下储油槽连通；轴承座中部设有沿轴向竖直方向的竖油通道，竖油通道底端和中油通道径向内端连通，竖油通道的顶端经同样沿轴向竖直方向的上油垂直通道连通到轴承座顶端面外部，竖油通道的顶端经沿径向水平方向的上油水平通道连通到轴承座外侧壁外部，上油垂直通道、上油水平通道分别塞装有上堵油塞、侧堵油塞，竖油通道的顶端经沿径向水平方向的内通道一端连通；下轴承盖的顶部侧壁和上轴承盖底部侧壁均开设有通油孔，底油通道径向内端经下轴承盖的通油孔连通到圆柱滚子轴承，内通道另一端经上轴承盖的通油孔连通到角接触球轴承。

每个所述的挂杯中安装有材料性能测试系统，材料性能测试系统包括加热装置、保温装置和承力装置；挂杯中安装保温装置，保温装置中装有加热装置，加热装置中装有承力装置，挂杯顶部两侧设有吊耳，挂杯通过两侧的吊耳铰接地悬挂在超重力离心机的旋转臂端部上。

所述的保温装置包括保护壳、上段气凝胶层、上段陶瓷纤维层、上段绝缘环、上固定环隔热层、中段气凝胶层、中段陶瓷纤维层、下段绝缘环、下固定环隔热层、下段气凝胶层、下段陶瓷纤维层、隔热支撑座、保温盖、炉顶气凝胶层、上进线安装环道、上出线安装孔、下进线安装环道、下出线安装孔、上环形间隔和下环形间隔；保护壳固定放置在挂杯底部，保护壳的内周壁布置有环状沿圆周一圈的气凝胶层，气凝胶层从下到上分为下段气凝胶层、中段气凝胶层和上段气凝胶层，下段气凝胶层和中段气凝胶层之间设有下环形间隔，下环形间隔处布置下段加热结构的下段固定环；中段气凝胶层和上段气凝胶层之间设有上环形间隔，上环形间隔处布置上段加热结构的上段固定环；下段气凝胶层所在的保护壳中央固定有隔热支撑座，隔热支撑座和下段气凝胶层之间填充有下段陶瓷纤维层；下段陶瓷纤维层之上的上段气凝胶层和中段气凝胶层的内周壁布置有环状沿圆周一圈的陶瓷纤维层，陶瓷纤维层从下到上分为中段陶瓷纤维层和上段陶瓷纤维层，中段陶瓷纤维层和上段陶瓷纤维层分别位于紧贴中段气凝胶层和上段气凝胶层的内周壁；中段陶瓷纤维层和下段陶瓷纤维层之间设有下固定环隔热层，上段气凝胶层和中段陶瓷纤维层之间设有上固定环隔热层；中段陶瓷纤维层和下固定环隔热层之间内嵌设有分别上下布置的下进线安装环道和下出线安装环道，下进线安装环道布置下段进电接线环，下出线安装环道布置下段出电接电环，下进线安装环道和下出线安装环道之间通过下段绝缘环隔绝；上段陶瓷纤维层和上固定环隔热层之间内嵌设有分别上下布置的上进线安装环道和上出线安装环道，上进线安装环道布置上段进电接线环，上出线安装环道布置上段出电接电环，上进线安装环道和上出线安装环道之间通过上段绝缘环隔绝；上段陶瓷纤维层上端口形成阶梯口，阶梯口安装保温盖，在保护壳上端口安装炉顶气凝胶层，炉顶气凝胶层底面紧贴于保温盖和上段陶瓷纤维层的顶面；下段陶瓷纤维层之上的中段陶瓷纤维层内周形成加热内腔，加热内腔中安装加热腔体。

所述的加热装置包括加热腔体、上段发热体、下段发热体、上段进电接线环、上段出电接电环、下段进电接线环、下段出电接电环、上段固定环、下段固定环和陶瓷盖；加热腔体内部安装发热体并顶端安装陶瓷盖，加热腔体中心设有筒状空腔，加热腔体筒状空腔中安装承力装置和试样；筒状空腔周围的加热腔体上半部分侧壁内部开设有沿周向间隔均布的四个上段发热体安装槽，每个上段发热体安装槽呈圆弧形布置，每个上段发热体安装槽均安装有一个上段发热体；筒状空腔和上段发热体安装槽之间的加热腔体侧壁开设有上段辐射孔，上段发热体产生的热量透过上段辐射孔通过热辐射加热到整个加热腔体上半段的筒状空腔中；加热腔体中心设有筒状空腔，筒状空腔周围的加热腔体下半部分侧壁内部开设有沿周向间隔均布的四个下段发热体安装槽，每个下段发热体安装槽呈圆弧形布置，每个下段发热体安装槽均安装有一个下段发热体；筒状空腔和下段发热体安装槽之间的加热腔体侧壁开设有下段辐射孔，下段发热体产生的热量透过下段辐射孔通过热辐射加热到整个加热腔体下半段的筒状空腔中；加热腔体顶端周围设有上段进电接线环和上段出电接电环和上段固定环，上段发热体与上段进电接线环、上段出电接电环并联电连接，上段进电接线环和上段出电接电环再连接到地面供电系统；上段进电接线环和上段出电接电环外周围还设有上段固定环，上段固定环布置于保温装置结构内；加热腔体底端周围设有下段进电接线环和下段出电接电环和下段固定环，下段发热体与下段进电接线环、下段出电接电环并联电连接，下段进电接线环和下段出电接电环再连接到地面供电系统；下段进电接线环和下段出电接电环外周围还设有下段固定环，下段固定环布置于保温装置结构内。

所述的承力装置包括承力架、高温拉杆和缓冲体；承力架安装在挂杯顶端口，整体为上凸弧形结构，承力架的底面内圈边缘设有凸边，凸边嵌装配合于挂杯顶端口内壁；高温拉杆上端部通过螺栓固定连接在承力架的中心孔处，高温拉杆下端向下穿过保温装置的保温盖和炉顶气凝胶层后伸入到加热装置的加热腔体筒状空腔中，高温拉杆下端部和试样上端连接，高温拉杆和试样同轴且位于加热腔体筒状空腔的中心轴线位置；缓冲体位于试样正下方且固定于保温装置的隔热支撑座上，缓冲体包括筒体壳、第一层缓冲挡板和第二层缓冲挡板，筒体壳底端固定于隔热支撑座顶面，筒体壳的上半部分的内周面加工成螺纹孔，第一层缓冲挡板和第二层缓冲挡板通过螺纹配合套装在螺纹孔中，第一层缓冲挡板位于第二层缓冲挡板上方且相互之间相间隔距离布置，筒体壳的下半部分的两侧侧壁开设有减重孔，以减轻缓冲体的重量；所述的高温拉杆下端面开设有试样卡槽，试样从上到下分为卡头、工作段和面力加载块，卡头、工作段和面力加载块同轴成一体，卡头加工成和试样卡槽相吻合、能嵌装入试样卡槽的形状和尺寸，面力加载块位于缓冲体的上方。

所述的上段固定环、下段固定环和加热腔体均为氧化铝陶瓷，上段固定环和加热腔体之间通过利用陶瓷纤维制备的上固定环隔热层隔热，下段固定环和加热腔体之间通过利用陶瓷纤维制备的下固定环隔热层分隔。

所述的保护壳顶部和底部外壁面均设有多个护栏，多个护栏沿圆周间隔均布用于保护壳放入和取出挂杯。

所述的陶瓷盖盖在加热腔体的顶端，陶瓷盖底面中心固定设有凸台，凸台位于加热腔体的筒状空腔内；凸台两侧的陶瓷盖开设有竖直的热电偶孔，热电偶孔中插装热电偶，通过热电偶控温。

还包括搭载独立的应力应变测试系统，采用电阻应变片焊接在试样工作段的不同部位，引线沿高温拉杆引出到挂杯外面与地面监测系统连接，通过电阻应变片测试获得试样工作段的动态应力-应变曲线。

本实用新型的有益效果和特点是：

本实用新型公布的离心力-高温耦合环境下的材料性能测试系统，将转子系统设计为图20，每次实验离心主机可以搭载3对(A1-A2，B1-B2，C1-C2)相同的挂杯61，每对挂杯完成一种类型的材料性能实验，这样每次就能同时完成同一种材料3种类型的性能测试实验(如一组持久实验，一组疲劳试验，一组热机械疲劳)，实现离心超重力下材料性能测试的高通量测试，加速部件定型过程中关键性能测试周期，有效地提升新产品研发效率。

本实用新型公布的离心力-高温耦合环境下的材料性能测试系统，将转子系统设计为图20，每次实验离心主机可以搭载3对(A1-A2，B1-B2，C1-C2)相同的挂杯61，每对挂杯完成一种类型的材料性能实验，这样每次就能同时完成三种材料同一类型的性能测试实验(如A合金，B合金，C合金)，加速最优性能的材料筛选效率，解决高转速复杂工况下材料性能对比难题。

本实用新型通过搭载高温加热系统，可实现离心超重力环境下拉伸、持久、蠕变、疲劳等材料性能测试。根据发热体类型，加热系统最高可实现1650℃。

本实用新型通过设计试样形状和面力加载块重量，可给试样施加均匀应力梯度、不均匀应力梯度，以最大限度模拟试样的工况环境。

本实用新型针对解决高速旋转部件性能测试面临的设备难题，通过搭载高温加热装置，可实现离心超重力环境下拉伸、持久、蠕变、疲劳等材料性能的高通量测试。根据发热体类型，加热装置最高可以实现1650℃。

本实用新型离心主机具备提供1500g-50000g超重力环境下的能力，实验腔具备提供真空或冲入惰性气体的能力，操作方便且安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型离心超重力实验装置的主视图；

图2是图1的左侧视图；

图3是离心主机的局部放大结构图；

图4是转子系统的结构正视图；

图5是转子系统的结构侧视图；

图6是本实用新型下驱式主轴复合体的总体剖视图；

图7是本实用新型下驱式主轴复合体的上部局部放大剖视图；

图8是本实用新型下驱式主轴复合体的下部局部放大剖视图；

图9是主轴的结构示意图；

图10是连接法兰的结构剖视图；

图11是密封轴承圈的结构剖视图；

图12是轴承盖的结构剖视图；

图13是轴承座的结构剖视图；

图14是轴销的结构示意图；

图15为轴承座内部的油通道剖视结构图；

图16为轴承座内部和注油口内部剖视结构图；

图17是本实用新型下驱式主轴复合体在静止情况下添加润滑油的原理图；

图18是本实用新型下驱式主轴复合体在高速旋转情况下添加润滑油的原理图；

图19是在高速旋转过程中更换润滑油的原理图；

图20是转子系统设计的挂杯布置图；

图21是机载装置为臂式离心机时挂杯的布置图；

图22是体积力-面力-温度耦合作用下材料持久和蠕变实验载荷谱结果图；

图23是体积力-面力-温度耦合作用下材料疲劳实验载荷谱结果图；

图24是体积力-面力-温度耦合作用下材料热机械疲劳实验载荷谱结果图；

图25是本实用新型材料性能测试系统的整体结构剖视图；

图26是挂杯的结构剖视图；

图27是保温装置的整体结构剖视图；

图28是保护壳的俯视图；

图29是保护壳的侧视图；

图30是加热装置的整体结构剖视图；

图31是加热腔体的俯视图；

图32是加热腔体的侧视图；

图33是陶瓷盖的仰视图；

图34是陶瓷盖的侧视图；

图35是承力装置的整体结构剖视图；

图36是承力架的俯视图；

图37是高温拉杆的结构图；

图38是试样的各种结构示意图；

图39是试样卡槽的各种形状示意图；

图40是缓冲体结构示意图。

图中附图标记如下：

离心主机1：1-1电机；1-2大带轮；1-3减震座；1-4平带；1-5小带轮；1-6下胀紧套；1-5转速传感器；1-8 主轴；1-9圆柱滚子轴承；1-10角接触球轴承；1-11连接法兰；1-12上胀紧套；1-13冷油接口。

转子系统2：2-1挂臂；2-2挂销；2-4高速滑环；2-5限位轴承；底座法兰2-6。

实验腔3：3-1立式肘夹；3-2直线导轨；3-3实验腔盖；3-4实验腔体；3-5防护壳；3-6阻尼器；3-7真空接口；3-8实验腔底板。

升降系统4：4-1驱动电机；4-2升降机；4-3丝杠；4-4支架。

下驱式主轴复合体5：上胀紧套51、连接法兰52、主轴53、上密封轴承圈54、上轴承盖55、上油封56、上孔用弹性挡圈57、上O型圈58、角接触球轴承59、上轴用弹性挡圈510、轴承座511、扩口式直通管接口512、圆柱滚子轴承513、下O型圈514、下轴用弹性挡圈515、轴栓516、小带轮517、下胀紧套518、下轴承盖519、下油封520、下密封轴承圈521、下孔用弹性挡圈522；安装螺孔52-1；安装孔52-2；上径向通孔53-1；下径向通孔53-2；上凸台53-3；凸肩53-4；上凹槽53-5；中凸台53-6；环形下凹槽53-7；下台阶53-8；通孔54-1；圈环形凸台54-2；环形凹槽54-3；环形槽55-1；环形缺口槽55-2；通油孔55-4；盖环形凸台55-5；环形挡圈槽55-6；注油口551；油通道550；上密封槽511-3；下密封槽511-4；环形内凹台阶511-7；轴栓516；销孔516-1；上注油口551-1；下注油口551-2；内通道550-2；上油水平通道550-3；上油垂直通道550-4；竖油通道550-5；中油通道550-6；底油通道550-7；上堵油塞523、侧堵油塞524、上管口塞527、下管口塞528、上储油槽529、下储油槽530；上直通油通道512-1、下直通油通道512-2、上扩口式直通管接口512-3、下扩口式直通管接口512-4。

挂杯61：吊耳61-1。

加热装置62：加热腔体62-1、上段发热体62-2、下段发热体62-3、上段进电接线环62-4、上段出电接电环 62-5、下段进电接线环62-6、下段出电接电环62-7、上段固定环62-8、下段固定环62-9、陶瓷盖62-10；上段发热体安装槽62-1-1、下段发热体安装槽62-1-2、上段辐射孔62-1-3、下段辐射孔62-1-4；热电偶孔62-10-1、凸台 62-10-2。

保温装置63：保护壳63-1、上段气凝胶层63-2、上段陶瓷纤维层63-3、上段绝缘环63-4、上固定环隔热层 63-5、中段气凝胶层63-6、中段陶瓷纤维层63-7、下段绝缘环63-8、下固定环隔热层63-9、下段气凝胶层63-10、下段陶瓷纤维层63-11、隔热支撑座63-12、保温盖63-13、炉顶气凝胶层63-14、上进线安装环道63-15，上出线安装孔63-16，下进线安装环道63-17，下出线安装孔63-18，上环形间隔63-19，下环形间隔63-20；护栏63-1-1、散热孔63-1-2。

承力装置64：承力架64-1、高温拉杆64-2、试样64-3、缓冲体64-4；凸边64-1-3；试样卡槽64-2-1；卡头 64-3-1、工作段64-3-2、面力加载块64-3-3；第一层缓冲挡板64-4-1、第二层缓冲挡板64-4-2、螺纹孔64-4-3、减重孔64-4-4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，具体实施的整个装置包括离心主机1、转子系统2、实验腔3、升降系统4和下驱式主轴复合体5；转子系统2和下驱式主轴复合体5安装在实验腔3内，实验腔3底部通过缓冲结构安装在装置底座上，离心主机1安装在实验腔3侧方的装置底座上并下驱式主轴复合体5下端连接，下驱式主轴复合体5上端和转子系统2连接，升降系统4安装在装置底座上且位于实验腔3上方，升降系统4和实验腔3的腔盖连接。

利用本实用新型装置进行材料性能测试过程实现满足了抗高温条件、特殊气氛环境、超重力等要求。考虑到此装置的运行环境，主要为超重力带来的影响，本实用新型装置结构为高强度轻质量的结构模块化设计，实验准备周期短，测试过程安全可靠。

实验腔3的主要功能是为转子系统2提供实验环境。

如图2所示，实验腔3包括立式肘夹3-1、直线导轨3-2、实验腔盖3-3、实验腔体3-4、防护壳3-5、阻尼器 3-6和真空接口3-7；实验腔体3-4底部的实验腔底板3-8通过阻尼器3-6固定安装在离心超重力实验室的地面上，实验腔体3-4顶部设有实验腔盖3-3，实验腔盖3-3两侧外边缘设有凸板，凸板上开设通孔，实验腔体3-4顶面边缘固定有竖直的直线导轨3-2，凸板的通孔套装于直线导轨3-2中，通过直线导轨3-2和凸板通孔的配合安装使得实验腔盖3-3与实验腔体3-4的精确定位安装配合，防止漏气，满足实验环境对高真空的要求；

实验腔盖3-3周围的实验腔体3-4顶面沿圆周均布固定安装有三个立式肘夹3-1，实验腔盖3-3通过立式肘夹 3-1与实验腔体3-4固定，立式肘夹3-1具体为卡扣式连接锁紧结构；实验腔盖3-3采用高强度钢板制作，实验腔盖3-3在盖上后，用三个手动立式肘夹3-1压紧，以防止试验过程中有碎片飞出撞击实验腔盖3-3。实验腔盖3-3 需在试验腔3内完全消除真空，恢复常压后才能打开。

实验腔盖3-3和实验腔体3-4接触面之间用O型橡胶圈密封，能确保实验腔3所需的真空度，试验时腔内抽成真空至10^-2Pa，避免转子系统2在空气中由于高速旋转引起的功率消耗和温升；试验腔3内真空度未达到要求时不允许转子系统2的超速旋转试验。实验腔体3-4侧壁开设有真空接口3-7，真空接口3-7与外部的地面真空系统或充气系统相连，一旦实验发生意外，可以快速向实验腔3内冲入惰性气体；

实验腔体3-4内周围设有三层防护壳3-5，防护壳3-5用于在受撞击后充分变形以吸收破坏能量。防护壳3-5 由高强度钢板材料焊接成形，焊缝进行100％射线检测，焊缝不允许有气孔，夹渣，裂纹存在。防护壳3-5用于安全的吸收试验过程中出现意外时所释放的能量，阻止碎片飞出，防止试验台出现严重损坏，避免试验人员发生任何伤害。

实验腔盖3-3上开有视窗，视窗用于观察试验腔3内的状况。

阻尼器3-6安装在实验腔体3-4三个支座的底部，用于支撑整个试验腔体3-4，并提供运动的阻力，减少离心主机1的振动，同时避免地面振动对实验机运行安全的影响。

升降系统4的主要功能提升或下降实验腔盖3-3和转子系统2，挂杯61在挂臂2-1上的安装。

如图2所示，升降系统4包括驱动电机4-1、升降机4-2、丝杠4-3和升降支架4-4；升降支架4-4横跨安装在实验腔3上方，驱动电机4-1固定在升降支架4-4上，驱动电机4-1输出轴经升降机4-2和丝杠4-3传动连接驱动丝杠4-3上下升降，升降机4-2内部有丝杠螺母，驱动电机4-1输出轴经传动机构带动丝杠螺母旋转，经丝杠螺母副带动丝杠4-3旋转同时上下升降，丝杠4-3竖直布置，丝杠4-3下端和实验腔盖3-3的中心固定连接；

需要打开实验腔盖3-3时，由驱动电机4-1经升降机4-2带动丝杠4-3自动上下升降，丝杠4-3进而带动实验腔盖3-3沿直线导轨3-2上下升降，实现实验腔盖3-3的开启和关闭。升降支架4-4支撑整个升降系统4。

离心主机1的主要功能是，为离心超重力作用下材料性能测试装置提供离心超重力。

如图3所示，离心主机1包括电机1-1、大带轮1-2、减震座1-3、平带1-4和转速传感器1-5；电机1-1通过减震座1-3安装在实验腔3的侧方，电机1-1的输出轴和大带轮1-2同轴连接，大带轮1-2经平带1-4和下驱式主轴复合体5的小带轮517带传动连接；电机1-1为离心主机1提供动力，其功率计算及电机选择是离心主机设计中的重要组成部分，根据离心机的工作要求进行功率计算，可以合理的确定电动机的功率。小带轮517侧方安装有转速传感器1-5，转速传感器1-5固定连接于实验腔3底部；

该装置选择平带1-4传动，材料为帆布平带1-4，进行增速传动，传动比可根据需要进行调整。平带1-4具有弹性，可缓和冲击和振动载荷，运转平稳，无噪声；当过载时，带即在轮上打滑，可防止其它零件损坏。大带轮1-2和小带轮517通过平带1-4进行传动。减震座1-3安装在电机1-1的下方，用于减轻离心机高速旋转产生的振动。转速传感器1-5用于测量主轴53的转速，与各种转速数字显示仪配套使用及计算机接口电路直接联系，能无接触测量转速、线速。

如图6所示，下驱式主轴复合体5包括主轴53、扭矩输入机构、传动结构和扭矩输出机构，传动结构包括机械传动机构和密封润滑机构，主轴53上端和扭矩输入机构连接，主轴53中部安装有机械传动机构和密封润滑机构，主轴53下端安装有扭矩输出机构；扭矩输出机构和外部旋转驱动力连接，带动主轴53旋转，主轴53经机械传动机构和密封润滑机构套装在离心超重力装置的实验腔底板中心孔中，主轴53上端将旋转动力传递到扭矩输入机构，经扭矩输入机构带动离心超重力装置的实验腔内的离心主机作离心超重力运动。

扭矩输入机构包括上胀紧套51和连接法兰52，机械传动机构包括上轴承盖55、角接触球轴承59、上轴用弹性挡圈510、轴承座511、圆柱滚子轴承513、下轴用弹性挡圈515、轴栓516、下轴承盖519和下密封轴承圈 521，密封润滑机构包括上油封56、上孔用弹性挡圈57、上O型圈58、扩口式直通管接口512、下O型圈514、下油封520、下孔用弹性挡圈522、注油口551和油通道550，扭矩输出机构包括主轴53、小带轮517和下胀紧套518。

如图10所示，连接法兰52设有外凸缘，外凸缘沿圆周间隔开设有安装螺孔52-1，螺钉穿过安装螺孔52-1 将连接法兰52固定连接离心超重力腔室内的转子系统；连接法兰52的中心开设通孔作为安装孔52-2，主轴53 上端通过上胀紧套51套装于连接法兰52的安装孔52-2中，主轴53和连接法兰52同轴固接旋转，上胀紧套51、连接法兰52和主轴53同轴固接，连接法兰52上端和转子系统2的底座法兰2-6通过螺栓同轴固接；主轴53高速旋转时，连接法兰52和上胀紧套51随主轴53一起旋转。在主轴53的轴向力作用下，上胀紧套51的内外套内缩外涨使主轴53和上胀紧套51包容面产生足够的摩擦力以传递扭矩；在主轴53受力过载时，上胀紧套51 的内外套内涨外缩，减少主轴53和上胀紧套51包容面产生的摩擦力，通过主轴53和胀紧套51异速旋转，实现主轴53的过载保护。上胀紧套51使零件制造和安装简单，通过上胀紧套51依赖摩擦传动，无需在主轴53表面上开槽，从而避免开槽对主轴53强度的影响。上胀紧套51拆卸方便，具有良好的互换性。

根据主轴53传递的扭矩和负荷，上胀紧套51选择原则为：传递扭距：Mt≥a×M；承受轴向力：Ft≥a×Fx；传递力：Ft≥a×(Fx²+(M×d×10^-3/2)²)^0.5；承受径向力：Pt≥a×Fr×10³/d/l，式中：a：安全系数；M：需传递的扭矩，kN·m； Fx：需承受的轴向力，kN；Ft：需承受径向力，kN；Mt：胀套的额定扭矩，kN·m；Ft：胀套的额定轴向力；kN； d、l：胀套的内径和内环宽度，mm；Pt：胀套与轴结合面上的压力，N/mm²。

如图9所示，主轴53上下部开设有上径向通孔53-1和下径向通孔53-2，主要是传递转矩，是主轴复合体的关键零件，根据传递转矩，选择不同的材料类型，具备较强的强度和韧性；轴栓516材料的剪切强度大于等于主轴53材料的剪切强度。

如图6所示，主轴53中部外套装有轴承座511，轴承座511和主轴53中部之间具有径向间隙形成游动腔，轴承座511通过密封槽和密封圈密封固定套装在实验腔底板3-8的中心通孔中；

如图7所示，游动腔上部内的主轴53外周面设有外凸缘，外凸缘下侧的主轴53外套装角接触球轴承59，主轴53中间设有凸肩53-4，角接触球轴承59径向支撑位于轴承座511上部内周面和主轴53上的凸肩53-4之间，角接触球轴承59下侧设有上轴用弹性挡圈510，上轴用弹性挡圈510嵌装在凸肩53-4下方的主轴53外周面所开设的环形上凹槽53-5中，通过上轴用弹性挡圈510和主轴53的外凸缘将角接触球轴承59轴向定位安装；角接触球轴承59采用背对背排列，支点间跨距较大，悬臂长度较小，悬臂端支承刚度较大。

游动腔上端口设有上轴承盖55，上轴承盖55活动套装在主轴53外，上轴承盖55下端面和轴承座511上端面通过螺杆固定连接。

上轴承盖55在底部内圈周面开设有环形缺口槽55-2，环形缺口槽55-2中安装有上油封56，上油封56下侧设有上孔用弹性挡圈57，上孔用弹性挡圈57嵌装在上轴承盖55环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽55-6中，通过上孔用弹性挡圈57和环形缺口槽55-2的内顶面将上油封56轴向定位装在环形缺口槽55-2中。上油封56 是柔性弹性体，在高速旋转和振动情况下仍可保持稳定的密封作用；高速旋转条件下，上孔用弹性挡圈57阻挡角接触球轴承59润滑油飞溅或轴承其他部件损伤飞出污染或损伤上油封56。上轴承盖55上方的主轴53外套装有上密封轴承圈54，如图12所示，上轴承盖55上端面设有两道环形槽55-1，如图11所示，上密封轴承圈54 下端设有两圈圈环形凸台54-2，两圈环形凸台分别嵌装在两道环形槽55-1中，上密封轴承圈54处的主轴53开设有径向经过轴心线的上径向通孔53-1，轴栓516从上密封轴承圈54上部一侧通孔54-1穿入，经上径向通孔 53-1穿过后从上密封轴承圈54上部另一侧通孔穿出，再被U型金属棒轴向轴向限位安装，使得上密封轴承圈54 轴向向下压紧安装在上轴承盖55上端面，通过轴栓516将主轴53的扭矩传递到上轴承密封圈54，使得上轴承密封圈54和主轴53同轴旋转，巧妙地同时实现上轴承盖55和主轴53之间密封连接。根据传递转矩的大小对通孔54-1和上径向通孔53-1的孔径调整；轴栓516选择不同的材料类型，具备较强的强度和韧性；轴栓516的剪切强度大于等于主轴53材料的剪切强度。

上轴承密封圈54下端的圈环形凸台54-2卡装入上轴承盖55上端的环形槽55-1中，同时上轴承盖55上端的相邻环形槽55-1之间形成的盖环形凸台55-5卡装入上轴承密封圈54下端的相邻圈环形凸台54-2之间形成的环形凹槽54-3中，上轴承密封圈54下端的圈环形凸台54-2和环形凹槽54-3以及上轴承盖55上端的环形槽55-1 和盖环形凸台55-5之间形成空隙作为阶梯型迷宫密封通道；主轴53高速旋转时，轴栓516带动上轴承密封圈54 随主轴53一起旋转，但上轴承盖55固定不动；通过形成阶梯型迷宫密封通道的油润确保上轴承密封圈54与上轴承盖55相对运动流畅，同时起到密封作用。对于下轴承盖519和下密封轴承圈521之间也同样存在阶梯型迷宫密封结构和作用。

轴承座511上端面开设有环形的上密封槽511-3，上密封槽511-3中安装上O型圈58和上轴承盖55下端面密封装配，满足该装置在高真空环境下的密封要求。

轴承座511用来安装圆柱滚子轴承513，同时对上密封轴承圈54、上轴承盖55和角接触球轴承59提供支撑。上密封轴承圈54为角接触球轴承59、圆柱滚子轴承513提供密封，同时将主轴53的旋转扭矩传递到轴承上。上密封轴承圈54通过轴栓516传递的扭矩使其随主轴53一起旋转。

上油封56是柔性弹性体，在高速旋转和振动情况下仍可保持稳定的密封作用。上油封56安装在环形缺口槽 55-2内，为上轴承盖55提供密封。工作过程中，为角接触球轴承59提供润滑油，上孔用弹性挡圈57嵌装在上轴承盖55内壁上环形凹槽55-6内，高速旋转条件下，上孔用弹性挡圈57阻挡角接触球轴承59润滑油飞溅外泄或轴承其他部件损伤飞出污染或损伤上油封56。

游动腔下部的主轴53和轴承座511之间结构和游动腔上部的主轴53和轴承座511之间结构基本相同。

如图8所示，游动腔下部内的主轴53外周面套装圆柱滚子轴承513，圆柱滚子轴承513外圈顶部紧靠在轴承座511底部内壁的环形内凹台阶511-7上，圆柱滚子轴承513内圈底面紧靠下轴用弹性挡圈515上；下轴用弹性挡圈515安装在主轴53外周面开设的环形下凹槽53-7里面，用来固定圆柱滚子轴承513，通过下轴用弹性挡圈515和主轴53的台阶面将圆柱滚子轴承513轴向定位安装；圆柱滚子轴承513能在较高转速在温度工作；仅能承受径向力；承受负载大，适应性强，能使下驱式主轴复合体满足多种工况环境的要求；根据转速、传递的力矩旋转不同型号的圆柱滚子轴承513，方便维护保养。圆柱滚子轴承513与主轴53同轴，且随主轴53高速旋转。

游动腔下端口设有下轴承盖519，下轴承盖519活动套装在主轴53外，下轴承盖519上端面和轴承座511 下端面利用螺杆固接，下轴承盖519在顶部内圈周面开设有环形缺口槽55-2，环形缺口槽55-2中安装有下油封 520，下油封520上侧设有下孔用弹性挡圈522，下孔用弹性挡圈522嵌装在下轴承盖519环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽55-6中，通过主轴53外周面、环形缺口槽55-2的内壁面和下孔用弹性挡圈522固定下油封 520；下轴承盖519下方的主轴53外套装有下密封轴承圈521，下轴承盖519下端面设有两道环形槽，下密封轴承圈521上端设有两圈环形凸台，两圈环形凸台分别嵌装在两道环形槽中，下密封轴承圈521处的主轴53开设有径向经过轴心线的下径向通孔53-2，轴栓516从下密封轴承圈521下部一侧通孔穿入，经下径向通孔53-2穿过后从下密封轴承圈521下部另一侧通孔穿出，再被U型金属棒轴向轴向限位安装，使得下密封轴承圈521轴向向上压紧安装在下轴承盖519上端面，使得下密封轴承圈521和主轴53同轴旋转，同时实现下轴承盖519和主轴53之间密封连接；轴承座511下端面开设有环形的下密封槽511-4，下密封槽511-4中安装下O型圈514和下轴承盖519上端面密封装配，满足该装置在高真空环境下的密封要求。

如图13所示，轴承座511外侧壁开设有注油口551，具体实施中两侧均设有注油口551，注油口551安装扩口式直通管接口512，扩口式直通管接口512连接外部的地面油冷系统，控制注入或者关闭阻塞，提供润滑油和油冷却。轴承座511内部设有油通道550，注油口551经油通道550和游动腔连通；油液从注油口551进入，经油通道550进入充满游动腔，再分别流经角接触球轴承59、圆柱滚子轴承513到上油封56和下油封520，形成动密封；

本实用新型上述离心超重力的主轴53采用一对角接触球轴承59、外圈无挡边的圆柱滚子轴承513、上轴用弹性挡圈510、轴承座511、扩口式直通管接口512和圆柱滚子轴承513组成固定-游动支承结构，这种结构设计可以补偿主轴53因热变形及制造安装误差所引起的长度变化。

组成固定-游动支承与离心超重力装置的转子系统相连。根据转子系统的机载重量，选择轴承适应不同转速下搭载不同重量，具有很强灵活性。

主轴53下端经下胀紧套518与小带轮517同轴固接，小带轮517与离心超重力装置的动力系统相连。小带轮517把旋转扭矩传递到主轴53。根据需要，通过调整小带轮传动比，满足不同转速工况环境，具有很强的适应性和拓展性。小带轮517与离心超重力装置的动力系统通过平带传递扭矩，平带具有弹性，可缓和冲击和振动载荷，运转平稳，无噪声；当过载时，带即在轮上打滑，可防止其它零件损坏。

下胀紧套518使零件制造和安装简单。安装胀套的轴和孔的加工无需过盈配合那样要求高精度的制造公差。下胀紧套518安装时无须加热、冷却或加压设备，只须将螺栓按要求的力矩拧紧即可，且调整方便，可以将轮毂在轴上方便地调整到所需位置。下胀紧套518的使用寿命长，强度高，依靠摩擦传动，对被联结件没有键槽削弱，也无相对运动。工作中不会产生磨损。在超载时，下胀紧套518将失去联结作用，可以保护设备不受损害。下胀紧套518拆卸方便，且具有良好的互换性。

对于轴栓516的定位装配如下：如图14所示，轴栓516穿出上密封轴承圈54上部另一侧通孔的端部开设有销孔516-1，U型金属棒的中间合端尺寸大于销孔516-1的内径，U型金属棒的两端共同伸入到销孔516-1并穿过出销孔516-1后弯折使得尺寸大于销孔516-1的内径，这样使得轴栓516端部被U型金属棒轴向限位装配。对于下密封轴承圈521和轴栓516之间具有上述同样的装配关系结构。

这样高速旋转过程中，由于轴栓516的销孔516-2中安装U型金属棒，与轴销凸台516-1一起固定轴栓516。主轴53维修时，从轴栓516的销孔516-2中取出U型金属棒，然后从通孔53-1从抽出轴栓516，非常方便和快捷。

具体实施中，下驱式主轴复合体置于离心超重力装置的实验腔中，上端连接转子系统，下端连接动力系统，动力系统的驱动力经下驱式主轴复合体的主轴可靠有效地传递到转子系统，进而带动转子系统进行高速旋转进行离心超重力试验。通过下驱式主轴复合体能够实现过载保护；根据扭矩和负载大小，灵活改变下驱式主轴复合体机械传动机构的布局和轴承的类型；在高速旋转过程中，通过密封润滑机构随时添加或更换润滑油的结构设计，体现装置在长时间、高真空、超转速的特殊工况环境下安全运行等优势效果。

动力系统驱动力传递到小带轮517，经下胀紧套518带动下驱式主轴复合体的主轴53旋转时，主轴53经固定-游动支承结构在轴承座511中旋转，上端经上胀紧套51带动连接法兰52旋转，通过连接法兰52带动转子系统旋转。

在扭矩输入和输入机构中，通过连接法兰52和胀紧套51设计，利用胀紧套51摩擦传动的特点，无需在主轴53表面上开槽，避免开槽对主轴53强度的影响，同时主轴53过载时，胀紧套51通过内外套内涨外缩，减少主轴53和胀紧套51包容面产生的摩擦力，借助主轴53和胀紧套51异速旋转，实现对主轴53的过载保护；根据负载、转速，灵活调整小带轮517传动比，满足不同转速工况环境，具有很强的适应性和拓展性。小带轮517 与离心超重力装置的动力系统通过平带传递扭矩，平带具有弹性，可缓和冲击和振动载荷，运转平稳，无噪声；当过载时，带即在轮上打滑，可防止其它零件损坏；在传动设计中采用双轴承结构，根据主轴53的扭矩和负载，灵活改变机械传动机构的布局和轴承的类型；密封润滑机构，具有随时添加或更换润滑油的功能，使本实用新型适合长时间、高真空、超转速的特殊工况环境。

下驱式主轴复合体的实施安装和工作过程如下

第一步：根据主轴传递的扭矩和负荷确定安全系数a，然后根据上胀紧套51选择原则确定上胀紧套51的型号和关键参数。

第二步：根据主轴传递的扭矩和负荷，确定灵活改变下驱式主轴复合体机械传动机构的布局和轴承(如角接触球轴承59、圆柱滚子轴承513)的类型。

第三步：在主轴53上安装传动结构。

第四步：检查下驱式主轴复合体工作时，传动结构中上轴承密封圈54、角接触球轴承59、圆柱滚子轴承513、下轴承密封圈521和轴栓516随主轴53旋转；上轴承盖55、上轴用弹性挡圈510、轴承座511、下轴用弹性挡圈515、下轴承盖519不随主轴53旋转。

第五步：在主轴53上安装密封润滑机构。

第六步：安装扭矩输入机构：主轴53穿过小带轮517中心空腔，使小带轮517上端面紧靠主轴53的下台阶 53-8，用来定位小带轮517在主轴53上的安装位置，同时防止在高速旋转过程中小带轮517上移；下胀紧套518 安装在小带轮517下部空腔，使主轴3外径和下胀紧套518的内径相同；下胀紧套518下端为自由端；主轴53 高速旋转时，下胀紧套518下端自由晃动，避免下驱式主轴复合体为超静定结构，影响运行安全；小带轮517 通过皮带与离心超重力装置的动力系统相连。通过主轴3外周面与下胀紧套518内壁面以及主轴53、下胀紧套 518上部环形凸肩和小带轮517中间空腔内壁面之间的摩擦力来固定下胀紧套518；通过主轴53外周面与小带轮 517内壁面以及主轴53、下胀紧套518上部环形凸肩和小带轮517中间空腔内壁面之间的摩擦力，以及下台阶 53-8共同来定位小带轮517；下胀紧套518、小带轮517和主轴53同轴；下胀紧套518、小带轮517和主轴53 同轴旋转。

第七步：安装扭矩输出机构：主轴53穿过连接法兰52的安装孔52-2，连接法兰52下端面紧靠上凸台53-3，用来定位连接法兰52在主轴53上的安装位置，同时防止在高速旋转过程中连接法兰52下移；上胀紧套51安装在连接法兰52安装孔52-2上部空腔，使主轴3的外径和上胀紧套51的内径相同；连接法兰52通过环形均匀分布的安装螺孔52-1上的6个螺杆与外部旋转结构连接，将下驱式主轴复合体的扭矩输出到外部旋转结构；通过主轴3外周面与上胀紧套51内壁面以及主轴53、上胀紧套51下部环形凸肩和连接法兰52中间空腔内壁面之间的摩擦力来固定上胀紧套51；通过主轴3外周面与连接法兰52内壁面以及主轴53、上胀紧套51下部环形凸肩和连接法兰52中间空腔内壁面之间的摩擦力来连接法兰52；上胀紧套51、连接法兰52和主轴53同轴；连接法兰52、上胀紧套51随主轴53同轴旋转。

第八步：对组装好的下驱式主轴复合体进行测试。

第九步：将组装好的下驱式主轴复合体与离心超重力装置连接。

如图15和图16所示，注油口551包括上注油口551-1和下注油口551-2，扩口式直通管接口512包括上扩口式直通管接口512-3、下扩口式直通管接口512-4；轴承座511底部开设有分别位于上下布置的上注油口551-1 和下注油口551-2，上注油口551-1和下注油口551-2外端分别密封安装有上扩口式直通管接口512-3、下扩口式直通管接口512-4，使得上注油口551-1和下注油口551-2内端分别形成相对封闭的上储油槽529、下储油槽530；上扩口式直通管接口512-3、下扩口式直通管接口512-4分别开设有水平径向的上直通油通道512-1、下直通油通道512-2，上直通油通道512-1、下直通油通道512-2的内端分别和上储油槽529、下储油槽530连通，上直通油通道512-1、下直通油通道512-2外端分别塞装有上管口塞527、下管口塞528；

油通道550包括上油水平通道550-3、上油垂直通道550-4、竖油通道550-5、中油通道550-6和底油通道550-7；轴承座511底部开设有分别位于上下布置且均沿径向水平方向的中油通道550-6和底油通道550-7，中油通道 550-6和底油通道550-7径向外端分别和上注油口551-1和下注油口551-2内端的上储油槽529、下储油槽530连通；轴承座511中部设有沿轴向竖直方向的竖油通道550-5，竖油通道550-5底端和中油通道550-6径向内端连通，竖油通道550-5的顶端经同样沿轴向竖直方向的上油垂直通道550-4连通到轴承座511顶端面外部，竖油通道550-5的顶端经沿径向水平方向的上油水平通道550-3连通到轴承座511外侧壁外部，上油垂直通道550-4、上油水平通道550-3分别塞装有上堵油塞523、侧堵油塞524，竖油通道550-5的顶端经沿径向水平方向的内通道550-2一端连通；下轴承盖519的顶部侧壁和上轴承盖55底部侧壁均开设有通油孔55-4，底油通道550-7径向内端经下轴承盖519的通油孔55-4连通到圆柱滚子轴承513，内通道550-2另一端经上轴承盖55的通油孔55-4 连通到角接触球轴承59。

包括静止情况下添加润滑油、高速情况下添加润滑油和高速情况中更换润滑油；

(A)在主轴53静止情况下，给下驱式主轴复合体添加润滑油的方式如下：

如图17所示用侧堵油塞524封堵上油水平通道550-3的外端口，从上油垂直通道550-4的上端口取下上堵油塞523，用上管口塞527封堵上扩口式直通管接口512-3的上直通油通道512-1外端口，下扩口式直通管接口 512-4的下直通油通道512-2外端口取下下管口塞528；

润滑油从上油垂直通道550-4灌入到竖油通道550-5，润滑油沿竖油通道550-5向下进入中油通道550-6，再进入上储油槽529；当竖油通道550-5充满后，润滑油再充满上油水平通道550-3；然后用上堵油塞523封堵上油垂直通道550-4的上端口；此后在主轴53高速旋转过程中，充满上油水平通道550-3内的润滑油通过内通道 550-2、上轴承盖55中的通油孔55-4流入到角接触球轴承59的滚子中，从而润滑角接触球轴承59，并利用上轴用弹性挡圈510防止润滑油泄露；

并且将外接高压输油管道与底油通道550-7入口连接，通过打压把润滑油灌入底油通道550-7和下储油槽530 里面；然后再取下外接高压输油管道，用下管口塞528封堵下扩口式直通管接口512-4的下直通油通道512-2外端口；此后在润滑油在压力作用下，通过下轴承盖519中的通油孔55-4流入到圆柱滚子轴承513的滚子中，从而润滑圆柱滚子轴承513；

(b)在主轴53超重力离心高速旋转情况下，给下驱式主轴复合体添加润滑油的方式如下：

如图18所示用侧堵油塞524封堵上油水平通道550-3的外端口，用上堵油塞523封堵上油垂直通道550-4 的上端口，上扩口式直通管接口512-3的上直通油通道512-1外端口取下上管口塞527，下扩口式直通管接口512-4 的下直通油通道512-2外端口取下下管口塞528；

将外接高压输油管道与上扩口式直通管接口512-3的上直通油通道512-1外端口连接，通过打压经上直通油通道512-1把润滑油灌入中油通道550-6和上储油槽529里面；润滑油再压力作用下，沿竖油通道550-5进入上油水平通道550-3；充满上油水平通道550-3内的润滑油沿径向方向通过内通道550-2、上轴承盖55中的通油孔 55-4流入到角接触球轴承59滚子中，从而润滑角接触球轴承59，并利用上轴用弹性挡圈510防止润滑油泄露；最后取下外接高压输油管道，用上管口塞527封堵上直通油通道512-1外端口；

同时将外接高压输油管道与下扩口式直通管接口512-4的下直通油通道512-2外端口连接，通过打压经下直通油通道512-2把润滑油灌入底油通道550-7和下储油槽530里面；充满底油通道550-7内的润滑油沿径向方向通过下轴承盖519中的通油孔55-4流入到圆柱滚子轴承513滚子中，从而润滑圆柱滚子轴承513，并利用下轴用弹性挡圈515防止润滑油泄露；最后取下外接高压输油管道，用下管口塞528封堵下直通油通道512-2外端口。

(c)在主轴53超重力离心高速旋转情况下，更换下驱式主轴复合体密封润滑机构内的润滑油方式如下：

如图19所示用侧堵油塞524封堵上油水平通道550-3的外端口，上油垂直通道550-4的上端口取下上堵油塞523，上扩口式直通管接口512-3的上直通油通道512-1外端口取下上管口塞527，下扩口式直通管接口512-4 的下直通油通道512-2外端口取下下管口塞528；在主轴53超重力离心高速旋转的离心力作用下，角接触球轴承 59的润滑油分别沿上油水平通道550-3和中油通道550-6流出；随着中油通道550-6中油量流出减少，储存在竖通油道550-5在重力和离心力作用下流向中油通道550-6再沿中油通道550-6流出；圆柱滚子轴承513的润滑油先流入到下储油槽530，再经离心作用下沿底油通道550-7流出。

具体实施，通过改变转速，控制润滑油流出的速度和流量。将过热的润滑油去除，根据实施三的过程，再给密封润滑机构添加新的润滑油。

转子系统2的主要功能是提供实验所需的离心超重力环境。

如图4和图5所示，转子系统2包括挂臂2-1、挂杯61、高速滑环2-4、限位轴承2-5和底座法兰2-6；挂臂2-1中心开设通孔，挂臂2-1中心通孔的底部孔端面固定连接底座法兰2-6的上端，底座法兰2-6下端和下驱式主轴复合体5的连接法兰52通过螺栓固接，挂臂2-1的两端对称铰接安装有挂杯61，挂杯61均通过挂销2-2铰接安装于挂臂2-1的末端；该装置工程测试过程中，挂臂2-1为主要承力件，采用具有较高热强性材料制备。挂销 2-2连接挂臂2-1与挂杯61，为主要受力点，材料高强材料制备。挂杯61用于放置高温加热和性能测试装置，尺寸大小可以根据机载装置重量进行调整。

主轴53上端穿出连接法兰52后再穿过挂臂2-1中心的通孔后和紧固套装有高速滑环2-4，且上端部经限位轴承2-5套装于实验腔盖3-3内顶面中心的沉孔中；高速滑环2-4的内圈转子直接紧固在主轴53上，高速滑环 2-4的外圈定子固定在实验腔盖3-3内顶面，高速滑环2-4的内圈转子与主轴18一起旋转；高速滑环2-4主要为挂杯61中搭载的机载装置提供控制信号传输通道，使其与地面控制系统通讯。

动力系统驱动力传递到小带轮517，经下胀紧套518带动下驱式主轴复合体的主轴53旋转时，主轴53经固定-游动支承结构在轴承座511中旋转，上端经上胀紧套51带动连接法兰52旋转，通过连接法兰52和底座法兰 2-6的固接带动转子系统的挂臂2-1旋转，再带动挂臂2-1两端的挂杯61绕主轴53旋转，进而带动挂臂2-1、挂销2-2、挂杯61一起高速旋转。

具体实施在每个挂杯61中安装有材料性能测试系统，如图25所示，具体实施的材料性能测试系统包括挂杯 61、加热装置62、保温装置63和承力装置64；挂杯61为上端开口的杯状结构，挂杯61中安装保温装置64，保温装置64中装有加热装置62，加热装置62中装有承力装置64，如图26所示，挂杯61顶部两侧设有吊耳61-1，挂杯61通过两侧的吊耳61-1铰接地悬挂在超重力离心机的旋转臂端部上。

具体实施中，挂杯61中安装加热装置62、保温装置63和承力装置64，采用钛合金、高强钢等材料整体锻造加工而成，内表面采用电抛光处理，同时能够承受高速旋转产生的离心应力，具有很高强高温强度和刚度。

实验过程中为了保持动平衡，对于臂式离心机，需采用2个挂杯61同时做实验(如图5)；对于鼓式离心机，需采用圆周对称结构做实验时，采用挂杯61的数量为偶数，具体挂杯数量取决于鼓式离心机的有效载荷和空间体积(如图20)。挂杯61能承受的最高转速为10万转/分钟，或离心加速度为10⁵g(g＝9.8m/s²)。

保温装置63的功能是维持加热装置62的高温环境，防止热量散失。

如图27所示，保温装置63包括保护壳63-1、上段气凝胶层63-2、上段陶瓷纤维层63-3、上段绝缘环63-4、上固定环隔热层63-5、中段气凝胶层63-6、中段陶瓷纤维层63-7、下段绝缘环63-8、下固定环隔热层63-9、下段气凝胶层63-10、下段陶瓷纤维层63-11、隔热支撑座63-12、保温盖63-13、炉顶气凝胶层63-14、上进线安装环道63-15、上出线安装孔63-16、下进线安装环道63-17、下出线安装孔63-18、上环形间隔63-19和下环形间隔63-20；

保护壳63-1固定放置在挂杯61底部，用于安装加热装置62、保温装置63和承力装置64，保护壳63-1的内周壁布置有环状沿圆周一圈的气凝胶层，气凝胶层从下到上分为下段气凝胶层63-10、中段气凝胶层63-6和上段气凝胶层63-2，下段气凝胶层63-10和中段气凝胶层63-6之间设有下环形间隔63-20，下环形间隔63-20处布置下段加热结构的下段固定环62-9；中段气凝胶层63-6和上段气凝胶层63-2之间设有上环形间隔63-19，上环形间隔63-19处布置上段加热结构的上段固定环62-8；下段气凝胶层63-10所在水平空间的保护壳63-1中央固定有隔热支撑座63-12，隔热支撑座63-12和下段气凝胶层63-10之间填充有下段陶瓷纤维层63-11；隔热支撑座63-12、下段陶瓷纤维层63-11顶面和下段气凝胶层63-10的顶面平齐位于同一水平面；

下段陶瓷纤维层63-11之上的上段气凝胶层63-2和中段气凝胶层63-6的内周壁布置有环状沿圆周一圈的陶瓷纤维层，陶瓷纤维层从下到上分为中段陶瓷纤维层63-7和上段陶瓷纤维层63-3，中段陶瓷纤维层63-7和上段陶瓷纤维层63-3分别位于紧贴中段气凝胶层63-6和上段气凝胶层63-2的内周壁；

中段陶瓷纤维层63-7和下段陶瓷纤维层63-13之间设有下固定环隔热层63-9，上段气凝胶层63-2和中段陶瓷纤维层63-7之间设有上固定环隔热层63-5；

中段陶瓷纤维层63-7和下固定环隔热层63-9之间内嵌设有分别上下布置的下进线安装环道63-17和下出线安装环道63-23，下进线安装环道63-17布置下段进电接线环62-6，下出线安装环道63-23布置下段出电接电环 62-7，下进线安装环道63-17和下出线安装环道63-23之间通过下段绝缘环63-8隔绝，使得下段进电接线环62-6 和下段出电接电环62-7之间通过下段绝缘环63-8绝缘；上段陶瓷纤维层63-3和上固定环隔热层63-5之间内嵌设有分别上下布置的上进线安装环道63-15和上出线安装环道63-16，上进线安装环道63-15布置上段进电接线环62-4，上出线安装环道63-16布置上段出电接电环62-5，上进线安装环道63-15和上出线安装环道63-16之间通过上段绝缘环63-4隔绝，使得上段进电接线环62-4和上段出电接电环62-5之间通过上段绝缘环63-4绝缘；

上段陶瓷纤维层63-3上端口形成上端大下端小的阶梯口，阶梯口安装保温盖63-13，在保护壳63-1上端口安装炉顶气凝胶层63-14，保温盖63-13和上段陶瓷纤维层63-3的顶面平齐位于同一水平面，炉顶气凝胶层63-14 底面紧贴于保温盖63-13和上段陶瓷纤维层63-3的顶面，炉顶气凝胶层63-14顶面和保护壳63-1端口平齐；下段陶瓷纤维层63-11之上的中段陶瓷纤维层63-7内周形成加热内腔，加热内腔中安装加热腔体62-1；

上段固定环62-8、下段固定环62-9和加热腔体62-1均为氧化铝陶瓷，上段固定环62-8和加热腔体62-1之间通过利用陶瓷纤维制备的上固定环隔热层63-5隔热，下段固定环62-9和加热腔体62-1之间通过利用陶瓷纤维制备的下固定环隔热层63-9分隔隔热，且防止超重力下陶瓷破裂。

上段气凝胶层63-2、上段陶瓷纤维层63-3、上固定环隔热层63-5、保温盖63-13和炉顶气凝胶层63-14给加热装置62组成一个上段保温层。上段气凝胶层63-2直接与保护壳63-1内壁接触，上段陶瓷纤维层63-3安装在保温盖63-13和上段气凝胶层63-2之间。

中段气凝胶层63-6和中段陶瓷纤维层63-7给加热装置62组成一个中段保温层，中段气凝胶层63-6安装在保护壳63-1的内壁，中段陶瓷纤维层63-7安装在中段气凝胶层63-6和加热腔体62-1之间。

下段气凝胶层63-10、下段陶瓷纤维层63-11和隔热支撑座63-12给加热装置62组成一个下段保温层，下段气凝胶层63-10安装在保护壳63-1的内壁，下段陶瓷纤维层63-11安装在下段气凝胶层63-10和隔热支撑座63-12 之间。

炉顶气凝胶层63-14安装在上段陶瓷纤维层63-3和保温盖63-13上面，防止热量向外散失。由于陶瓷纤维层具有一定的韧性，在超重力下可以吸收部分能量，防止实验过程中陶瓷保温盖63-13在外力作用下破坏。由于陶瓷纤维隔热性能好，且具有弹性，上段陶瓷纤维层63-3和上固定环隔热层63-5直接安装在加热腔体62-1的外壁，起到隔热保温和保护作用。

隔热支撑座63-12对整个加热装置62起支撑作用。试验过程中，隔热支撑座63-12为最主要的承力部件，每次实验前仔细检查或应该经常更换。

保护壳63-1采用高强合金钢制备，比如镍基高温合金等，具有很高的熔点和强度。

如图28和图29所示，保护壳63-1顶部和底部外壁面均设有多个护栏63-1-1，多个护栏63-1-1沿圆周间隔均布用于保护壳63-1放入和取出挂杯61；将保护壳63-1向挂杯61中安装时，利用具有六个推杆的动力装置顶住六个护栏63-1-1，把保护壳63-1推到其底部与挂杯61的底部接触；实验结束后，从挂杯61中取出保护壳63-1 时，利用具有六个拉杆的动力装置抓住六个护栏63-1-1，把保护壳63-1从挂杯61中取出。

如图29所示，保护壳63-1的上半部分的壳壁开设有散热孔63-1-2。当保温装置64出现异常，造成保护壳 63-1壳体温度剧增，通过散热孔63-1-2散热，降低保护壳63-1壳体温度，否则高温降低保护壳63-1强度，威胁实验安全，同时散热孔63-1-2也可以减轻保护壳63-1的重量。

加热装置62的主要功能是在离心超重力环境下给实验试样施加热载荷。

如图30所示，加热装置62包括加热腔体62-1、上段发热体62-2、下段发热体62-3、上段进电接线环62-4、上段出电接电环62-5、下段进电接线环62-6、下段出电接电环62-7、上段固定环62-8、下段固定环62-9和陶瓷盖62-10；加热腔体62-1内部安装发热体并顶端安装陶瓷盖62-13，加热腔体62-1中心设有筒状空腔，加热腔体 62-1筒状空腔中安装承力装置64和试样64-3；

如图31和图32所示，筒状空腔周围的加热腔体62-1上半部分侧壁内部开设有沿周向间隔均布的四个上段发热体安装槽62-1-1，每个上段发热体安装槽62-1-1呈圆弧形布置，每个上段发热体安装槽62-1-1均安装有一个上段发热体62-2，上段发热体62-2固定于上段发热体安装槽62-1-1内并防止发热体在超重力下移动；筒状空腔和上段发热体安装槽62-1-1之间的加热腔体62-1侧壁开设有上段辐射孔62-1-3，上段发热体62-2产生的热量透过上段辐射孔62-1-3通过热辐射加热到整个加热腔体62-1上半段的筒状空腔中；

加热腔体62-1安装发热体，加热腔体62-1中心设有筒状空腔，筒状空腔周围的加热腔体62-1下半部分侧壁内部开设有沿周向间隔均布的四个下段发热体安装槽62-1-2，每个下段发热体安装槽62-1-2呈圆弧形布置，每个下段发热体安装槽62-1-2均安装有一个下段发热体62-3，下段发热体62-3固定于下段发热体安装槽62-1-2内并防止发热体在超重力下移动；筒状空腔和下段发热体安装槽62-1-2之间的加热腔体62-1侧壁开设有下段辐射孔62-1-4，下段发热体62-3产生的热量透过下段辐射孔62-1-4通过热辐射加热到整个加热腔体62-1下半段的筒状空腔中；

通过加热腔体62-1上半部分和下半部分的加热结构在加热腔体62-1内部营造一个均匀的温度场。具体实施根据最高工作温度、真空环境和超重力环境等因素，确定上段发热体62-2和下段发热体62-3类型。

设置上段发热体62-2和下段发热体62-3的材料类型，以使加热腔体62-1的上段和下段升温速率、温度不同，并且加热装置62采用加热腔体62-1上半部分和下半部分进行分体加热，通过多点控温在加热腔体62-1内形成更加均匀的温度场。

加热腔体62-1顶端周围设有上段进电接线环62-4和上段出电接电环62-5和上段固定环62-8，上段发热体 62-2与上段进电接线环62-4、上段出电接电环62-5通过内部布设的绝热电线或者直接焊接并联电连接，上段进电接线环62-4和上段出电接电环62-5通过内部布设的绝热电线再连接到地面供电系统，由此通过上段进电接线环62-4和上段出电接电环62-5与地面供电系统连接形成闭环为上段发热体62-2供电，地面供电系统连接温控系统；上段进电接线环62-4和上段出电接电环62-5外周围还设有上段固定环62-8，上段固定环62-8布置于保温装置64结构内；加热腔体62-1底端周围设有下段进电接线环62-6和下段出电接电环62-7和下段固定环62-9，下段发热体62-3与下段进电接线环62-6、下段出电接电环62-7通过内部布设的绝热电线或者直接焊接并联电连接，下段进电接线环62-6和下段出电接电环62-7通过内部布设的绝热电线再连接到地面供电系统，由此通过下段进电接线环62-6和下段出电接电环62-7与地面供电系统连接形成闭环为下段发热体62-3供电，地面供电系统连接温控系统；下段进电接线环62-6和下段出电接电环62-7外周围还设有下段固定环62-9，下段固定环62-9布置于保温装置64结构内；

连接线、发热体与地面电源并联连接，防止个别发热体损伤造成整个线路断路而影响实验。上下进出接线环采用GH49等金属材料制备，具有强度、抗氧化性能和导电性性能。

通过加热腔体62-1内部周围结构的设置，一方面以加热腔体62-1外壁防止热量向炉外散失，二来通过上段辐射孔62-1-3和下段辐射孔62-1-4联通，最大限度将上段发热体62-2、下段发热体62-3产生的热量通过超重力产生的热对流，在加热腔体62-1内部形成一个稳定的恒温区，从而形成一个完整的上段加热过程。

超重力的热对流下，加热管内圈内保温装置63周围的温度低的气流向加热装置62底部流动，加热管内圈内保温装置63周围的温度高的气流向加热装置62顶部流动；然后加热装置62底部后的气流经上段辐射孔62-1-3 和下段辐射孔62-1-4向加热装置62顶部流动，进而经陶瓷盖62-10接触冷却后形成温度低的气流，再透过上段辐射孔62-1-3和下段辐射孔62-1-4到加热管内圈内向加热装置62底部流动，形成热对流循环。

如图33和图34所示，陶瓷盖62-10盖在加热腔体62-1的顶端，防止热端散失；陶瓷盖62-10底面中心固定设有凸台62-10-2，凸台62-10-2位于加热腔体62-1的筒状空腔内，保温并形成台阶防止陶瓷盖62-10在超重力下下沉，同时防止加热腔在超重力下左右摇晃；凸台62-10-2两侧的陶瓷盖62-10开设有竖直的热电偶孔62-10-1，热电偶孔62-10-1中插装热电偶，通过热电偶控温，防止超重力环境下热电偶损坏。上段固定环62-8和下段固定环62-9分布安装在加热腔体62-1的上部和下部，增加加热腔体62-1的刚度，防止它在超重力下晃动和变形。固定环和陶瓷盖62-10材料具有耐高温压缩性能良好的氧化铝制备。

加热腔体62-1采用高性能陶瓷材料制备，如空心球氧化铝陶瓷等，确保超重力下的安全。

承力装置64的主要功能是在高速旋转过程中给试样施加离心应力。

如图35所示，承力装置64包括承力架64-1、高温拉杆64-2和缓冲体64-4；承力架64-1安装在挂杯61顶端口，整体为上凸弧形结构，如图36所示，承力架64-1的端面沿圆周间隔开设有镂空槽，以减轻重量并加固动态承力；承力架64-1的底面内圈边缘设有凸边64-1-3，凸边64-1-3嵌装配合于挂杯61顶端口内壁，使得凸边 64-1-3的外侧周面与挂杯61内壁面接触，用来确保实验过程中承力架64-1不径向移动，并将高速旋转产生的离心力传递到挂杯61，以降低承力架64-1的应力水平；高温拉杆64-2上端部通过螺栓固定连接在承力架64-1的中心孔处，高温拉杆64-2下端向下穿过保温装置63的保温盖63-13和炉顶气凝胶层63-14后伸入到加热装置62 的加热腔体62-1筒状空腔中，高温拉杆64-2下端部和试样64-3上端连接，高温拉杆64-2和试样64-3同轴且位于加热腔体62-1筒状空腔的中心轴线位置；

如图40所示，缓冲体64-4位于试样64-3正下方且固定于保温装置63的隔热支撑座63-12上，缓冲体64-4 包括筒体壳、第一层缓冲挡板64-4-1和第二层缓冲挡板64-4-2，筒体壳底端固定于隔热支撑座63-12顶面，筒体壳的上半部分的内周面加工成螺纹孔64-4-3，第一层缓冲挡板64-4-1和第二层缓冲挡板64-4-2通过螺纹配合套装在螺纹孔64-4-3中，第一层缓冲挡板64-4-1位于第二层缓冲挡板64-4-2上方且相互之间相间隔距离布置，筒体壳的下半部分的两侧侧壁开设有减重孔64-4-4，以减轻缓冲体64-4的重量。

承力架64-1主要用来安装高温拉杆64-2，采用轻质高强钛合金制备减轻重量。承力架64-1设计为整体弧形结构，增加强度，表面时效氮化处理，加强其硬度及强度，能承受高温和超重力，能防止受力变形。高温拉杆 64-2为最重要的受力机构，采用单晶高温合金制备，如DD5。

如图37所示，高温拉杆64-2下端面开设有试样卡槽64-2-1，如图38所示，试样64-3从上到下分为卡头64-3-1、工作段64-3-2和面力加载块64-3-3，卡头64-3-1、工作段64-3-2和面力加载块64-3-3同轴成一体，卡头64-3-1 加工成和试样卡槽64-2-1相吻合、能嵌装入试样卡槽64-2-1的形状和尺寸，面力加载块64-3-3位于缓冲体64-4 的上方。试样64-3在高温下高速旋转时，试样64-3自身产生的离心应力与面力加载块64-3-3产生的面力共同作用在工作段64-3-2。实验过程中，可以根据需要，通过改变面力加载块64-3-3的重量改变施加在工作段64-3-2 上的面力，通过改变转速改变施加在工作段64-3-2上的离心应力。

通过试样卡槽64-2-1和卡头64-3-1的配合安装将试样64-3安装在高温拉杆64-2上，并使试样64-3处于加热装置62的均温区中心位置。根据试样大小、重量、应力水平和温度，选择高温拉杆64-2的材料、尺寸和长度，但高温拉杆64-2的长度务必确保试样64-3处于加热装置的均温区中心位置。

如图38和图39所示，试样卡槽64-2-1根据试样形状加工成不同形状的卡槽，如燕尾槽形状和半工字形状等。实验前，卡头64-3-1结构需要根据试样卡槽64-2-1的结构进行加工。

如图40所示，工作段64-3-2加工成规格的圆柱形、板状等，能使工作段64-3-2获得均匀的离心力梯度；工作段64-3-2加工成不规格的圆柱形、板状等，能使工作段64-3-2获得不均匀的离心力梯度。

实验前首先，根据实验温度、转速、预施加的离心力和面力，计算卡头64-3-2承受的最大应力F，F＝m×r×ω²，其中m为试样64-3的重量，r为试样64-3质量重心距离转轴的距离，ω为转速；

然后，在计算获得F值之后，根据安全系数n，计算卡头64-3-2的最大承受应力F_eff，F_eff＝F×n，n不能低于 2；

接着，根据F_eff确定卡头64-3-2的结构和尺寸，然后根据预施加在工作段64-3-2上的应力水平(不能高于 (0.5-0.8)×F_eff)确定面力加载块64-3-3的重量和尺寸，然后一次性加工成试样64-3。

对于缓冲体64-4在实验过程中，如果工作段64-3-2发生断裂，断裂试样和面力加载块64-3-3在离心力作用下，首先撞向第一层缓冲挡板64-4-1；如果第一层缓冲挡板64-4-1发生断裂，断裂试样和面力加载块64-3-3继续撞向第二层缓冲挡板64-4-2，直到试样完全停止；且将第一层缓冲挡板64-4-1和第二层缓冲挡板64-4-2预留足够的距离，使第一层缓冲挡板64-4-1有足够的变形距离；这样能最大限度释放断裂试样和面力加载块64-3-3 对缓冲挡板的撞击力，并最大限度减缓断裂试样和面力加载块64-3-3的撞击速度。

实施实验中首先计算断裂试样和面力加载块64-3-3撞击力F的公式：

F＝m×r×ω/t

其中，m为断裂试样和面力加载块64-3-3的总重量，r为断裂试样和面力加载块64-3-3质量重心距离转轴的距离，ω为转速，t为断裂试样和面力加载块64-3-3撞击缓冲挡板的时间。根据撞击力F的大小，分别确定第一层缓冲挡板64-4-1和第二层缓冲挡板64-4-2的材料、厚度、间距。

第一层缓冲挡板64-4-1和第二层缓冲挡板64-4-2为耗材，每次实验前可以进行方便更换。

还包括搭载独立的应力应变测试系统，采用电阻应变片焊接在试样64-3工作段64-3-2的不同部位，引线沿高温拉杆64-2引出到挂杯61外面与地面监测系统连接，通过电阻应变片测试获得试样64-3工作段64-3-2的动态应力-应变曲线。

如图40所示，详细说明该实用新型的使用和运行过程：

第一步：打开真空接口3-7，给实验腔3破真空。

第二步：打开实验腔盖3-3上的立式锁紧3-1。

第三步：启动升降系统4，提升实验腔盖3-3和转子系统2。

第四步：打开挂销2-2，取出挂杯61。为了动平衡需要，同时取下左右两个挂杯。

第五步：根据实验温度，确定上段发热体62-2和下段发热体62-3材料类型。

如果实验温度恒定，上段发热体62-2和下段发热体62-3材料类型相同，通过地面控制系统，在实验腔62-1 中形成一个均温区。

如果实验腔62-1内有一定温度梯度，可以使上段发热体62-2和下段发热体62-3材料类型不同或相同，通过地面控制系统，在实验腔62-1中形成一个温度梯度。

第六步：根据试样64-3的重量和实验应力(包括离心应力和面力)，确定试样卡槽64-2-1的形状和尺寸，根据试样卡槽64-2-1的形状确定卡头64-3-1的形状。

如果给试样施加均匀的应力梯度，工作段64-3-2为圆柱状、板状等形状。

如果给试样施加不均匀的应力梯度，工作段64-3-2为具有一定锥度的圆柱状、板状等形状。

根据预施加的离心应力，结合高温拉伸5-4-2的长度，确定转速。

根据预施加的面力，结合高温拉伸5-4-2的长度和转速，确定面力加载块64-3-3的重量和形状。

确定好上述参数后，再加工试样。

第七步：确定了转速、试样64-3的重量后，假设试样断裂，计算最大撞击力，确定第一层缓冲挡板64-4-1 和第二层缓冲挡板64-4-2的材料类型、厚度和间距。

第八步：根据实验温度确定发热体类型，组装加热装置62。

第九步：根据确定的应力水平和试样形状，组装承力装置64。

第十步：在缓冲体64-4上安装第一层缓冲挡板64-4-1和第二层缓冲挡板64-4-2。

第十一步：在保护壳63-1内依次安装缓冲体64-4、加热装置62和承力装置64。

第十二步：将保护壳63-1安装到挂杯61中。

第十三步：将挂杯61安装在转子系统2的挂臂2-1上。

第十四步：将性能测试系统5所需的强电和弱信号线通过高速滑环2-4与地面控制系统和供电系统相连，并对连接结果进行测试，确定连接无误。

第十五步：启动升降系统4，将升起的实验腔盖3-3和转子系统2放回实验腔3中，然后锁紧实验腔盖3-3 上的立式锁紧3-1。

第十六步：启动离心主机1，使转子系统2在低速下旋转，对挂杯61进行动平衡测试。利用转速传感器1-5 监测主轴1-8的转速。如果挂杯61振动厉害，立刻关掉离心主机1，通过调整挂杯61负载，直到动平衡测试满足技术规范要求。

第十七步：启动真空系统，通过真空接口3-7对实验腔3抽真空，直到试验腔3内的真空度达到试验要求后才能启动性能测试系统5的加热装置62。

第十八步：当加热腔体62-1温度达到预定温度时，启动离心主机1，并利用转速传感器1-5监测主轴1-8转速。

第十九步：当离心主机转速达到实验设定的转速。

实验过程中，温度信号实时传给信号采集器，信号采集器通过滑环与地面测控中心连接，从而获得实验过程中温度-时间曲线。

第二十步：当实验结束后，依次关闭加热装置62和离心主机1。

第二十一步：当温度减低到400℃以下，且离心主机1完全停稳后，打开真空接口3-7，给实验腔3破真空。

第二十二步：当实验腔3内真空度达到1大气压时，打开实验腔盖3-3上的立式锁紧3-1，启动升降系统4，提升实验腔盖3-3和转子系统2。

第二十三步：打开挂销2-2，取出挂杯61，从挂杯61中取出保护壳63-1，最后从承力装置64中取出试样。

第二十四步：挂杯61打扫干净后，空挂杯61再装回到转子系统2中。

第二十五步：启动升降系统4，将升起的实验腔盖3-3和转子系统2放回实验腔3中，然后锁紧实验腔盖3-3 上的立式锁紧3-1。

第二十六步：启动真空系统，通过真空接口3-7对实验腔3抽真空，直到试验腔3内的真空度达到1Pa后关闭真空系统。

本实用新型具体实施的材料性能测试分为如下几种情况：

具体实施一：离心超重力作用下体积力-面力-温度耦合作用下材料持久和蠕变性能测试

在挂杯61中搭载离心力-高温耦合环境下的材料性能测试系统。两个的挂杯61实验内容和质心完全相同，确保动平衡。如图21所示，启动加热系统，提供热环境，对试样施加温度场；启动离心机，通过试样自身重力产生的离心加速度，对试样施加体积力；试样末端的面力加载块在离心超重力作用下对试样产生一定的拉应力，通过这个拉应力给试样施加面力，这样就在高转速环境下给试样施加了体积力-面力-温度耦合加载条件。通过图 22所示的载荷谱，实现离心超重力作用下体积力-面力-温度耦合作用下材料持久和蠕变性能测试。

具体实施二：离心超重力作用下体积力-面力-温度耦合作用下材料疲劳性能测试

在挂杯61中搭载离心力-高温耦合环境下的材料性能测试系统。两个的挂杯61实验内容和质心完全相同，确保动平衡。如图21所示，启动加热系统，提供热环境，对试样施加温度场；启动离心机，通过试样自身重力产生的离心加速度，对试样施加体积力；试样末端的面力加载块在离心超重力作用下对试样产生一定的拉应力，通过这个拉应力给试样施加面力，这样就在高转速环境下给试样施加了体积力-面力-温度耦合加载条件。实验过程中通过周期性改变主机转速，进而改变施加试样上的体积力和面力，形成如图23所示的疲劳试验的载荷谱，实现离心超重力作用下体积力-面力-温度耦合作用下材料疲劳性能测试。

具体实施三：离心超重力作用下体积力-面力-温度耦合作用下材料热机械疲劳性能测试

在挂杯61中搭载离心力-高温耦合环境下的材料性能测试系统。两个的挂杯61实验内容和质心完全相同，确保动平衡。如图21所示，启动加热系统，提供热环境，对试样施加温度场；启动离心机，通过试样自身重力产生的离心加速度，对试样施加体积力；试样末端的面力加载块在离心超重力作用下对试样产生一定的拉应力，通过这个拉应力给试样施加面力，这样就在高转速环境下给试样施加了体积力-面力-温度耦合加载条件。实验过程中通过周期性改变加热温度，形成如图24所示的热机械疲劳试验载荷谱，实现离心超重力作用下体积力-面力 -温度耦合作用下材料热机械疲劳性能测试。

具体实施四：离心超重力作用下体积力-面力-温度耦合作用下材料力学性能测试的高通量实验

将转子系统设计为图20，搭载离心力-高温耦合环境下的材料性能测试系统。每次实验离心主机搭载三对完全相同的挂杯61，确保动平衡。开展实验的时候，在A1-A2、B1-B2，C1-C2挂杯中放置三种不同性能测试实验，确保A1-A2实验内容和质心完全相同；B1-B2实验内容和质心完全相同；C1-C2实验内容和质心完全相同。启动三个独立的加热系统，给A1-A2、B1-B2，C1-C2三组样品施加三个不同的实验温度；改变A1-A2、B1-B2， C1-C2中实验末端面力加载块的重量，给A1-A2、B1-B2、C1-C2三组样品施加三个不同的面力，实现一次离心超重力下实验同时开展不同实验条件下的性能测试，从而实现离心超重力作用下体积力-面力-温度耦合作用下材料力学性能测试的高通量实验。

实验过程中，A1-A2、B1-B2、C1-C2可以为同种材料，也可以为不同种材料。

Claims

1.一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：

包括离心主机(1)、转子系统(2)、实验腔(3)、升降系统(4)和下驱式主轴复合体(5)；转子系统(2)和下驱式主轴复合体(5)安装在实验腔(3)内，实验腔(3)底部通过缓冲结构安装在装置底座上，离心主机(1)安装在实验腔(3)侧方的装置底座上并下驱式主轴复合体(5)下端连接，下驱式主轴复合体(5)上端和转子系统(2)连接，升降系统(4)安装在装置底座上且位于实验腔(3)上方，升降系统(4)和实验腔(3)的腔盖连接；

所述的实验腔(3)包括立式肘夹(3-1)、直线导轨(3-2)、实验腔盖(3-3)、实验腔体(3-4)、防护壳(3-5)、阻尼器(3-6)和真空接口(3-7)；实验腔体(3-4)底部的实验腔底板(3-8)通过阻尼器(3-6)固定安装在离心超重力实验室的地面上，实验腔体(3-4)顶部设有实验腔盖(3-3)，实验腔盖(3-3)两侧外边缘设有凸板，凸板上开设通孔，实验腔体(3-4)顶面边缘固定有竖直的直线导轨(3-2)，凸板的通孔套装于直线导轨(3-2)中，通过直线导轨(3-2)和凸板通孔的配合安装使得实验腔盖(3-3)与实验腔体(3-4)的精确定位安装配合；实验腔盖(3-3)周围的实验腔体(3-4)顶面沿圆周均布固定安装有三个立式肘夹(3-1)，实验腔盖(3-3)通过立式肘夹(3-1)与实验腔体(3-4)固定；实验腔盖(3-3)和实验腔体(3-4)接触面之间用O型橡胶圈密封，实验腔体(3-4)侧壁开设有真空接口(3-7)，真空接口(3-7)与外部的地面真空系统或充气系统相连；实验腔体(3-4)内周围设有三层防护壳(3-5)；

所述的升降系统(4)包括驱动电机(4-1)、升降机(4-2)、丝杠(4-3)和升降支架(4-4)；升降支架(4-4)横跨安装在实验腔(3)上方，驱动电机(4-1)固定在升降支架(4-4)上，驱动电机(4-1)输出轴经升降机(4-2)和丝杠(4-3)传动连接驱动丝杠(4-3)上下升降，丝杠(4-3)竖直布置，丝杠(4-3)下端和实验腔盖(3-3)的中心固定连接；

所述的离心主机(1)包括电机(1-1)、大带轮(1-2)、减震座(1-3)、平带(1-4)和转速传感器(1-5)；电机(1-1)通过减震座(1-3)安装在实验腔(3)的侧方，电机(1-1)的输出轴和大带轮(1-2)同轴连接，大带轮(1-2)经平带(1-4)和下驱式主轴复合体(5)的小带轮(517)带传动连接；小带轮(517)侧方安装有转速传感器(1-5)；

所述的下驱式主轴复合体(5)包括主轴(53)、扭矩输入机构、传动结构和扭矩输出机构，传动结构包括机械传动机构和密封润滑机构，主轴(53)上端和扭矩输入机构连接，主轴(53)中部安装有机械传动机构和密封润滑机构，主轴(53)下端安装有扭矩输出机构；扭矩输出机构和外部旋转驱动力连接，带动主轴(53)旋转，主轴(53)经机械传动机构和密封润滑机构套装在离心超重力装置的实验腔底板中心孔中，主轴(53)上端将旋转动力传递到扭矩输入机构，经扭矩输入机构带动离心超重力装置的实验腔内的离心主机作离心超重力运动；

所述的转子系统(2)包括挂臂(2-1)、挂杯(61)、高速滑环(2-4)、限位轴承(2-5)和底座法兰(2-6)；挂臂(2-1)中心开设通孔，挂臂(2-1)中心通孔的底部孔端面固定连接底座法兰(2-6)的上端，底座法兰(2-6)下端和下驱式主轴复合体(5)的连接法兰(52)通过螺栓固接，挂臂(2-1)的两端对称铰接安装有挂杯(61)，挂杯(61)均通过挂销(2-2)铰接安装于挂臂(2-1)的末端；主轴(53)上端穿出连接法兰(52)后再穿过挂臂(2-1)中心的通孔后和紧固套装有高速滑环(2-4)，且上端部经限位轴承(2-5)套装于实验腔盖(3-3)内顶面中心的沉孔中；高速滑环(2-4)的内圈转子直接紧固在主轴(53)上，高速滑环(2-4)的外圈定子固定在实验腔盖(3-3)内顶面，高速滑环(2-4)的内圈转子与主轴(53)一起旋转；

每个所述的挂杯(61)中安装有材料性能测试系统，材料性能测试系统包括加热装置(62)、保温装置(63)和承力装置(64)；挂杯(61)中安装保温装置(63)，保温装置(63)中装有加热装置(62)，加热装置(62)中装有承力装置(64)，挂杯(61)顶部两侧设有吊耳(61-1)，挂杯(61)通过两侧的吊耳(61-1)铰接地悬挂在超重力离心机的旋转臂端部上；

所述的保温装置(63)包括保护壳(63-1)、上段气凝胶层(63-2)、上段陶瓷纤维层(63-3)、上段绝缘环(63-4)、上固定环隔热层(63-5)、中段气凝胶层(63-6)、中段陶瓷纤维层(63-7)、下段绝缘环(63-8)、下固定环隔热层(63-9)、下段气凝胶层(63-10)、下段陶瓷纤维层(63-11)、隔热支撑座(63-12)、保温盖(63-13)、炉顶气凝胶层(63-14)、上进线安装环道(63-15)、上出线安装孔(63-16)、下进线安装环道(63-17)、下出线安装孔(63-18)、上环形间隔(63-19)和下环形间隔(63-20)；保护壳(63-1)固定放置在挂杯(61)底部，保护壳(63-1)的内周壁布置有环状沿圆周一圈的气凝胶层，气凝胶层从下到上分为下段气凝胶层(63-10)、中段气凝胶层(63-6)和上段气凝胶层(63-2)，下段气凝胶层(63-10)和中段气凝胶层(63-6)之间设有下环形间隔(63-20)，下环形间隔(63-20)处布置下段加热结构的下段固定环(62-9)；中段气凝胶层(63-6)和上段气凝胶层(63-2)之间设有上环形间隔(63-19)，上环形间隔(63-19)处布置上段加热结构的上段固定环(62-8)；下段气凝胶层(63-10)所在的保护壳(63-1)中央固定有隔热支撑座(63-12)，隔热支撑座(63-12)和下段气凝胶层(63-10)之间填充有下段陶瓷纤维层(63-11)；下段陶瓷纤维层(63-11)之上的上段气凝胶层(63-2)和中段气凝胶层(63-6)的内周壁布置有环状沿圆周一圈的陶瓷纤维层，陶瓷纤维层从下到上分为中段陶瓷纤维层(63-7)和上段陶瓷纤维层(63-3)，中段陶瓷纤维层(63-7)和上段陶瓷纤维层(63-3)分别位于紧贴中段气凝胶层(63-6)和上段气凝胶层(63-2)的内周壁；中段陶瓷纤维层(63-7)和下段陶瓷纤维层(63-11)之间设有下固定环隔热层(63-9)，上段气凝胶层(63-2)和中段陶瓷纤维层(63-7)之间设有上固定环隔热层(63-5)；中段陶瓷纤维层(63-7)和下固定环隔热层(63-9)之间内嵌设有分别上下布置的下进线安装环道(63-17)和下出线安装环道(63-23)，下进线安装环道(63-17)布置下段进电接线环(62-6)，下出线安装环道(63-23)布置下段出电接电环(62-7)，下进线安装环道(63-17)和下出线安装环道(63-23)之间通过下段绝缘环(63-8)隔绝；上段陶瓷纤维层(63-3)和上固定环隔热层(63-5)之间内嵌设有分别上下布置的上进线安装环道(63-15)和上出线安装孔(63-16)，上进线安装环道(63-15)布置上段进电接线环(62-4)，上出线安装孔(63-16)布置上段出电接电环(62-5)，上进线安装环道(63-15)和上出线安装孔(63-16)之间通过上段绝缘环(63-4)隔绝；上段陶瓷纤维层(63-3)上端口形成阶梯口，阶梯口安装保温盖(63-13)，在保护壳(63-1)上端口安装炉顶气凝胶层(63-14)，炉顶气凝胶层(63-14)底面紧贴于保温盖(63-13)和上段陶瓷纤维层(63-3)的顶面；下段陶瓷纤维层(63-11)之上的中段陶瓷纤维层(63-7)内周形成加热内腔，加热内腔中安装加热腔体(62-1)；

所述的加热装置(62)包括加热腔体(62-1)、上段发热体(62-2)、下段发热体(62-3)、上段进电接线环(62-4)、上段出电接电环(62-5)、下段进电接线环(62-6)、下段出电接电环(62-7)、上段固定环(62-8)、下段固定环(62-9)和陶瓷盖(62-10)；加热腔体(62-1)内部安装发热体并顶端安装陶瓷盖(62-10)，加热腔体(62-1)中心设有筒状空腔，加热腔体(62-1)筒状空腔中安装承力装置(64)和试样(64-3)；筒状空腔周围的加热腔体(62-1)上半部分侧壁内部开设有沿周向间隔均布的四个上段发热体安装槽(62-1-1)，每个上段发热体安装槽(62-1-1)呈圆弧形布置，每个上段发热体安装槽(62-1-1)均安装有一个上段发热体(62-2)；筒状空腔和上段发热体安装槽(62-1-1)之间的加热腔体(62-1)侧壁开设有上段辐射孔(62-1-3)，上段发热体(62-2)产生的热量透过上段辐射孔(62-1-3)通过热辐射加热到整个加热腔体(62-1)上半段的筒状空腔中；加热腔体(62-1)中心设有筒状空腔，筒状空腔周围的加热腔体(62-1)下半部分侧壁内部开设有沿周向间隔均布的四个下段发热体安装槽(62-1-2)，每个下段发热体安装槽(62-1-2)呈圆弧形布置，每个下段发热体安装槽(62-1-2)均安装有一个下段发热体(62-3)；筒状空腔和下段发热体安装槽(62-1-2)之间的加热腔体(62-1)侧壁开设有下段辐射孔(62-1-4)，下段发热体(62-3)产生的热量透过下段辐射孔(62-1-4)通过热辐射加热到整个加热腔体(62-1)下半段的筒状空腔中；加热腔体(62-1)顶端周围设有上段进电接线环(62-4)和上段出电接电环(62-5)和上段固定环(62-8)，上段发热体(62-2)与上段进电接线环(62-4)、上段出电接电环(62-5)并联电连接，上段进电接线环(62-4)和上段出电接电环(62-5)再连接到地面供电系统；上段进电接线环(62-4)和上段出电接电环(62-5)外周围还设有上段固定环(62-8)，上段固定环(62-8)布置于保温装置(63)结构内；加热腔体(62-1)底端周围设有下段进电接线环(62-6)和下段出电接电环(62-7)和下段固定环(62-9)，下段发热体(62-3)与下段进电接线环(62-6)、下段出电接电环(62-7)并联电连接，下段进电接线环(62-6)和下段出电接电环(62-7)再连接到地面供电系统；下段进电接线环(62-6)和下段出电接电环(62-7)外周围还设有下段固定环(62-9)，下段固定环(62-9)布置于保温装置(63)结构内；

所述的承力装置(64)包括承力架(64-1)、高温拉杆(64-2)和缓冲体(64-4)；承力架(64-1)安装在挂杯(61)顶端口，整体为上凸弧形结构，承力架(64-1)的底面内圈边缘设有凸边(64-1-3)，凸边(64-1-3)嵌装配合于挂杯(61)顶端口内壁；高温拉杆(64-2)上端部通过螺栓固定连接在承力架(64-1)的中心孔处，高温拉杆(64-2)下端向下穿过保温装置(63)的保温盖(63-13)和炉顶气凝胶层(63-14)后伸入到加热装置(62)的加热腔体(62-1)筒状空腔中，高温拉杆(64-2)下端部和试样(64-3)上端连接，高温拉杆(64-2)和试样(64-3)同轴且位于加热腔体(62-1)筒状空腔的中心轴线位置；缓冲体(64-4)位于试样(64-3)正下方且固定于保温装置(63)的隔热支撑座(63-12)上，缓冲体(64-4)包括筒体壳、第一层缓冲挡板(64-4-1)和第二层缓冲挡板(64-4-2)，筒体壳底端固定于隔热支撑座(63-12)顶面，筒体壳的上半部分的内周面加工成螺纹孔(64-4-3)，第一层缓冲挡板(64-4-1)和第二层缓冲挡板(64-4-2)通过螺纹配合套装在螺纹孔(64-4-3)中，第一层缓冲挡板(64-4-1)位于第二层缓冲挡板(64-4-2)上方且相互之间相间隔距离布置，筒体壳的下半部分的两侧侧壁开设有减重孔(64-4-4)，以减轻缓冲体(64-4)的重量；所述的高温拉杆(64-2)下端面开设有试样卡槽(64-2-1)，试样(64-3)从上到下分为卡头(64-3-1)、工作段(64-3-2)和面力加载块(64-3-3)，卡头(64-3-1)、工作段(64-3-2)和面力加载块(64-3-3)同轴成一体，卡头(64-3-1)加工成和试样卡槽(64-2-1)相吻合、能嵌装入试样卡槽(64-2-1)的形状和尺寸，面力加载块(64-3-3)位于缓冲体(64-4)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的下驱式主轴复合体(5)中，扭矩输入机构包括上胀紧套(51)和连接法兰(52)，机械传动机构包括上轴承盖(55)、角接触球轴承(59)、上轴用弹性挡圈(510)、轴承座(511)、圆柱滚子轴承(513)、下轴用弹性挡圈(515)、轴栓(516)、下轴承盖(519)和下密封轴承圈(521)，密封润滑机构包括上油封(56)、上孔用弹性挡圈(57)、上O型圈(58)、扩口式直通管接口(512)、下O型圈(514)、下油封(520)、下孔用弹性挡圈(522)、注油口(551)和油通道(550)，扭矩输出机构包括主轴(53)、小带轮(517)和下胀紧套(518)；

连接法兰(52)设有外凸缘，外凸缘开设有安装螺孔(52-1)，螺钉穿过安装螺孔(52-1)将连接法兰(52)固定连接离心超重力腔室内的转子系统；连接法兰(52)的中心开设通孔作为安装孔(52-2)，主轴(53)上端通过上胀紧套(51)套装于连接法兰(52)的安装孔(52-2)中，主轴(53)和连接法兰(52)同轴固接旋转，上胀紧套(51)、连接法兰(52)和主轴(53)同轴固接，连接法兰(52)上端和转子系统(2)的底座法兰(2-6)通过螺栓同轴固接；主轴(53)中部外套装有轴承座(511)，轴承座(511)和主轴(53)中部之间具有径向间隙形成游动腔，轴承座(511)密封固定套装在实验腔底板(3-8)的中心通孔中；游动腔上部内的主轴(53)外周面设有外凸缘，外凸缘下侧的主轴(53)外套装角接触球轴承(59)，角接触球轴承(59)径向支撑位于轴承座(511)上部和主轴(53)上的凸肩(53-4)之间，角接触球轴承(59)下侧设有上轴用弹性挡圈(510)，上轴用弹性挡圈(510)嵌装在主轴(53)外周面所开设的环形上凹槽(53-5)中；游动腔上端口设有上轴承盖(55)，上轴承盖(55)活动套装在主轴(53)外，上轴承盖(55)下端面和轴承座(511)上端面通过螺杆固定连接；上轴承盖(55)在底部内圈周面开设有环形缺口槽(55-2)，环形缺口槽(55-2)中安装有上油封(56)，上油封(56)下侧设有上孔用弹性挡圈(57)，上孔用弹性挡圈(57)嵌装在上轴承盖(55)环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽(55-6)中；上轴承盖(55)上方的主轴(53)外套装有上密封轴承圈(54)，上轴承盖(55)上端面设有两道环形槽(55-1)，上密封轴承圈(54)下端设有两圈圈环形凸台(54-2)，两圈环形凸台分别嵌装在两道环形槽(55-1)中，上密封轴承圈(54)处的主轴(53)开设有径向经过轴心线的上径向通孔(53-1)，轴栓(516)从上密封轴承圈(54)上部一侧通孔(54-1)穿入，经上径向通孔(53-1)穿过后从上密封轴承圈(54)上部另一侧通孔穿出，再被U型金属棒轴向轴向限位安装，使得上密封轴承圈(54)轴向向下压紧安装在上轴承盖(55)上端面，通过轴栓(516)将主轴(53)的扭矩传递到上密封轴承圈(54)，使得上密封轴承圈(54)和主轴(53)同轴旋转，同时实现上轴承盖(55)和主轴(53)之间密封连接；

游动腔下部内的主轴(53)外周面套装圆柱滚子轴承(513)，圆柱滚子轴承(513)外圈顶部紧靠在轴承座(511)底部内壁的环形内凹台阶(511-7)上，圆柱滚子轴承(513)内圈底面紧靠下轴用弹性挡圈(515)上；下轴用弹性挡圈(515)安装在主轴(53)外周面开设的环形下凹槽(53-7)里面；游动腔下端口设有下轴承盖(519)，下轴承盖(519)活动套装在主轴(53)外，下轴承盖(519)上端面和轴承座(511)下端面利用螺杆固接，下轴承盖(519)在顶部内圈周面开设有环形缺口槽(55-2)，环形缺口槽(55-2)中安装有下油封(520)，下油封(520)上侧设有下孔用弹性挡圈(522)，下孔用弹性挡圈(522)嵌装在下轴承盖(519)环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽(55-6)中；下轴承盖(519)下方的主轴(53)外套装有下密封轴承圈(521)，下轴承盖(519)下端面设有两道环形槽，下密封轴承圈(521)上端设有两圈环形凸台，两圈环形凸台分别嵌装在两道环形槽中，下密封轴承圈(521)处的主轴(53)开设有径向经过轴心线的下径向通孔(53-2)，轴栓(516)从下密封轴承圈(521)下部一侧通孔穿入，经下径向通孔(53-2)穿过后从下密封轴承圈(521)下部另一侧通孔穿出，再被U型金属棒轴向轴向限位安装，使得下密封轴承圈(521)轴向向上压紧安装在下轴承盖(519)上端面，使得下密封轴承圈(521)和主轴(53)同轴旋转，同时实现下轴承盖(519)和主轴(53)之间密封连接；轴承座(511)外侧壁开设有注油口(551)，注油口(551)安装扩口式直通管接口(512)，轴承座(511)内部设有油通道(550)，注油口(551)经油通道(550)和游动腔连通；油液从注油口(551)进入，经油通道(550)进入充满游动腔，再分别流经角接触球轴承(59)、圆柱滚子轴承(513)到上油封(56)和下油封(520)，形成动密封；主轴(53)下端经下胀紧套(518)与小带轮(517)同轴固接，小带轮(517)与离心超重力装置的动力系统相连。

3.根据权利要求2所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的上密封轴承圈(54)下端的圈环形凸台(54-2)卡装入上轴承盖(55)上端的环形槽(55-1)中，同时上轴承盖(55)上端的相邻环形槽(55-1)之间形成的盖环形凸台(55-5)卡装入上密封轴承圈(54)下端的相邻圈环形凸台(54-2)之间形成的环形凹槽(54-3)中，上密封轴承圈(54)下端的圈环形凸台(54-2)和环形凹槽(54-3)以及上轴承盖(55)上端的环形槽(55-1)和盖环形凸台(55-5)之间形成空隙作为阶梯型迷宫密封通道；主轴(53)高速旋转时，轴栓(516)带动上密封轴承圈(54)随主轴(53)一起旋转，但上轴承盖(55)固定不动；通过形成阶梯型迷宫密封通道的油润确保上密封轴承圈(54)与上轴承盖(55)相对运动流畅，同时起到密封作用。

4.根据权利要求2所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的轴栓(516)穿出上密封轴承圈(54)上部另一侧通孔的端部开设有销孔(516-1)，U型金属棒的中间合端尺寸大于销孔(516-1)的内径，U型金属棒的两端共同伸入到销孔(516-1)并穿过出销孔(516-1)后弯折使得尺寸大于销孔(516-1)的内径，这样使得轴栓(516)端部被U型金属棒轴向限位装配。

5.根据权利要求2所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的注油口(551)包括上注油口(551-1)和下注油口(551-2)，所述的扩口式直通管接口(512)包括上扩口式直通管接口(512-3)、下扩口式直通管接口(512-4)；轴承座(511)底部开设有分别位于上下布置的上注油口(551-1)和下注油口(551-2)，上注油口(551-1)和下注油口(551-2)外端分别密封安装有上扩口式直通管接口(512-3)、下扩口式直通管接口(512-4)，使得上注油口(551-1)和下注油口(551-2)内端分别形成相对封闭的上储油槽(529)、下储油槽(530)；上扩口式直通管接口(512-3)、下扩口式直通管接口(512-4)分别开设有水平径向的上直通油通道(512-1)、下直通油通道(512-2)，上直通油通道(512-1)、下直通油通道(512-2)的内端分别和上储油槽(529)、下储油槽(530)连通，上直通油通道(512-1)、下直通油通道(512-2)外端分别塞装有上管口塞(527)、下管口塞(528)；

所述的油通道(550)包括上油水平通道(550-3)、上油垂直通道(550-4)、竖油通道(550-5)、中油通道(550-6)和底油通道(550-7)；轴承座(511)底部开设有分别位于上下布置且均沿径向水平方向的中油通道(550-6)和底油通道(550-7)，中油通道(550-6)和底油通道(550-7)径向外端分别和上注油口(551-1)和下注油口(551-2)内端的上储油槽(529)、下储油槽(530)连通；轴承座(511)中部设有沿轴向竖直方向的竖油通道(550-5)，竖油通道(550-5)底端和中油通道(550-6)径向内端连通，竖油通道(550-5)的顶端经同样沿轴向竖直方向的上油垂直通道(550-4)连通到轴承座(511)顶端面外部，竖油通道(550-5)的顶端经沿径向水平方向的上油水平通道(550-3)连通到轴承座(511)外侧壁外部，上油垂直通道(550-4)、上油水平通道(550-3)分别塞装有上堵油塞(523)、侧堵油塞(524)，竖油通道(550-5)的顶端经沿径向水平方向的内通道(550-2)一端连通；下轴承盖(519)的顶部侧壁和上轴承盖(55)底部侧壁均开设有通油孔(55-4)，底油通道(550-7)径向内端经下轴承盖(519)的通油孔(55-4)连通到圆柱滚子轴承(513)，内通道(550-2)另一端经上轴承盖(55)的通油孔(55-4)连通到角接触球轴承(59)。

6.根据权利要求1所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的上段固定环(62-8)、下段固定环(62-9)和加热腔体(62-1)均为氧化铝陶瓷，上段固定环(62-8)和加热腔体(62-1)之间通过利用陶瓷纤维制备的上固定环隔热层(63-5)隔热，下段固定环(62-9)和加热腔体(62-1)之间通过利用陶瓷纤维制备的下固定环隔热层(63-9)分隔。

7.根据权利要求1所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的保护壳(63-1)顶部和底部外壁面均设有多个护栏(63-1-1)，多个护栏(63-1-1)沿圆周间隔均布用于保护壳(63-1)放入和取出挂杯(61)。

8.根据权利要求1所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：所述的陶瓷盖(62-10)盖在加热腔体(62-1)的顶端，陶瓷盖(62-10)底面中心固定设有凸台(62-10-2)，凸台(62-10-2)位于加热腔体(62-1)的筒状空腔内；凸台(62-10-2)两侧的陶瓷盖(62-10)开设有竖直的热电偶孔(62-10-1)，热电偶孔(62-10-1)中插装热电偶，通过热电偶控温。

9.根据权利要求1所述的一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统，其特征在于：还包括搭载独立的应力应变测试系统，采用电阻应变片焊接在试样(64-3)工作段(64-3-2)的不同部位，引线沿高温拉杆(64-2)引出到挂杯(61)外面与地面监测系统连接，通过电阻应变片测试获得试样(64-3)工作段(64-3-2)的动态应力-应变曲线。