粉尘摩擦副结构及使用该结构的真空粉尘摩擦磨损试验机制造技术

本发明专利技术公开了一种粉尘摩擦副结构以及使用于真空环境下的具有该结构的粉尘摩擦磨损试验机。该结构包括上试件、下试件试件内定位环、下试件外定位环、试样台底座等。内定位环依靠内部凹槽内设置的螺钉固定到试样台底座上，外定位环上设置有定位孔，通过试样台底座上对应设置的定位销进行两者的孔销配合连接，下试件为圆环体，固定卡设在内外定位环之间，上试件机械固定到摩擦磨损机的加载轴上，上试件的圆环与下试件的圆环紧密接触，并处于下试件两定位环形成的凹槽中，两圆环接触部分中设置有粉尘。本发明专利技术的结构采用环块对磨方式，确保试验过程中粉尘始终保持在两对磨面间，采用该结构的摩擦试验机能使试验机与真空系统相互独立，占用空间少，方便灵活且成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
粉尘摩擦副结构及使用该结构的真空粉尘摩擦磨损试验机
本专利技术属于空间材料性能测试
，具体涉及一种研究材料在真空粉尘环境下摩擦磨损行为的设备，该设备广泛应用于地面灰尘、月球尘、火星尘等空间尘环境对活动机构部件的摩擦性能研究。
技术介绍
真空摩擦试验机是用来测试材料或机构在真空环境下的摩擦性能及服役特性的试验平台，是评价航天器服役可靠性的重要的指标之一。由于摩擦而造成空间机构失效的事故在各国的空间探索中时有发生。虽然目前各国技术人员已经设计出了多种摩擦试验机，以满足各类空间运动机构摩擦试验的需要。但是，随着空间探索领域越来越广泛，各种空间运动机构所处的摩擦环境已发生更大变化，如近些年来各国争相开展的探月工程，遇到的最重要的问题就是月尘环境。而现有技术中的真空摩擦试验机已完全不能满足在真空月尘颗粒下的磨损研究要求。美国Apollo探月实例已证实，月尘环境对月球车等航天器会造成严重的磨损状况，而传统的真空摩擦试验机无法应对这种尘粒环境对材料磨损性能的研究。随着我国航天工业的不断发展，我国科技工作者为了研究材料在真空下摩擦磨损行为，已经开发了多款真空环境的摩擦试验机。例如，西安交通大学的曾群峰等设计的真空摩擦试验机可以实现在真空和不同气氛条件下的摩擦试验，采用无油涡轮分子泵系统，避免了真空油对试验的干扰(参见中国专利CN102621060A)；装甲兵工程学院王海斗等设计的多功能真空摩擦试验机，可以在较短时间内获得10-6Pa真空，并且可以扩展至辐射和腐蚀环境测量(CN102759489)；类似的能实现真空摩擦试验的试验机还包括哈尔滨工业大学宋宝玉等研制的YS-1型真空摩擦试验机，哈尔滨工业大学李光等设计的真空摩擦试验机(CN101393113A)，张国珍设计的低温真空摩擦试验机(201034897Y)等。上述现有技术中的真空摩擦试验机，虽然都能实现真空摩擦磨损试验，并且在其它方面的功能上有一定的拓展，但是没有一种是针对真空粉尘环境专门设计的。真空粉尘环境摩擦试验和其它类型的真空试验不同，有其特殊的技术要求，包括：粉尘的施加、粉尘污染的防护和试验过程中粉尘不能脱离对磨面等。因此必须要针对粉尘环境进行专门试验机设计，本专利技术就是针对这一状况，专利技术了一种适用于真空、粉尘颗粒环境下的摩擦副结构以及包括该摩擦副结构的真空粉尘摩擦磨损试验机。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术人经过长期研究，提出一种适用于真空粉尘环境的摩擦副结构，同时利用该摩擦副结构构造了一种摩擦试验机，能够实现不同材料在真空粉尘环境的摩擦磨损试验研究。本专利技术采用了如下的技术方案：一种粉尘摩擦副结构，包括上试件、试样台底座、内定位环、下试件、外定位环，内定位环依靠内部凹槽内设置的螺钉固定到试样台底座上，外定位环上设置有定位孔，通过试样台底座上对应设置的定位销进行两者的孔销配合连接，下试件为圆环体，固定卡设在内外定位环之间，上试件为带有端盖的圆环体，端盖中心有孔，采用螺钉穿孔直接固定到摩擦磨损机的加载轴上，固定后的上试件的圆环与下试件的圆环紧密接触，并处于下试件内定位环、外定位环之间形成的凹槽中，所述两圆环紧密接触部分之中有预先设置或者通过粉尘通道孔渗透其间的粉尘。其中，上试件的圆环与下试件的圆环接触后两环内部形成的空间足以容纳内定位环的体积。其中，定位孔与定位销的数量为两个或两个以上。其中，上试件和下试件分别由摩擦试验材料制成。其中，内定位环、外定位环共同限制所述两圆环紧密接触部分之中粉尘的运动，保证试验过程中粉尘始终存在于上下试件之间。一种具有上述粉尘摩擦副结构的真空粉尘摩擦磨损试验机，包括上述粉尘摩擦副结构（即试样台）、真空容器（或称真空室）、用于试件加载的加载系统、数据采集及控制系统、电磁铁升降试样台和电机系统，所述粉尘摩擦副结构的试样台底座固定在电机转轴上，所述粉尘摩擦副结构的上试件固定在加载系统的加载轴上以通过加载系统对上试件施加载荷，试样台底座与电机系统的电机轴相连并由电机带动旋转，再带动下试件旋转，以在上下试件之间存在粉尘时进行上下试件对磨，其中，所述粉尘摩擦副结构、加载系统、电磁铁升降台和电机系统设置在真空容器内，数据采集及控制系统设置在真空容器（即真空室）外并分别对加载系统、电磁铁升降台和电机系统进行真空粉末摩擦磨损试验的各试验参数控制，同时采集上下试件在各试验参数下对应的摩擦磨损量表征参数。其中，电机系统通过密封外壳与真空容器（真空室）隔离，电机轴采用磁流体密封，电机润滑系统在电机内闭路循环，不会挥发至真空容器内产生污染。其中，加载系统采用砝码加载，加载轴通过四个精密直线轴承固定，水平方向不会发生移动。其中，加载轴在垂直方向可自由运动，通过在加载轴上添加砝码实现对试件的加载。其中，加载轴通过杠杆和配重相连，配重产生的力矩与加载轴产生的力矩相互抵消，加载轴上放置砝码的质量等于对摩擦副施加的垂直载荷。其中，加载轴和砝码中心留有一定直径的孔洞，以使粉尘通过到摩擦副间。其中，电磁铁升降台的高度可根据加载砝码的高度进行调整，电磁铁始终高于砝码1mm，电磁铁升降台在系统（整个真空容器）抽真空时吸合，将加载轴提升1mm，使上下试件分离，以允许粉尘进入上下试件间摩擦面，且当系统（整个真空容器）真空度达到设定值后，电磁铁释放加砝码加载，使上下试件接触。其中，系统出现过载时，数据采集及控制系统能够使电磁铁吸合，以使上下试件分离，保护电机。相对于现有技术中的真空摩擦试验机，本专利技术的主要优点为：1）摩擦副的形式设计成环--块对磨式，通过合理设计上下试验件及定位装置，形成了一个对磨凹槽，可以确保试验过程中粉尘始终保持在两对磨面间。从而解决了其它类型真空摩擦试验机无法进行粉尘颗粒摩擦研究的问题。2）针对粉尘试验条件进行了专门的设计，通过加载轴、试验台、电磁铁升降台和隔离罩等结构，可以保证粉尘的加入、避免抽真空过程中粉尘颗粒到处飞散，一方面造成对真空系统的污染，另一方面由于摩擦副之间失去粉尘颗粒而无法正常进行试验。这项设计也是其它真空摩擦试验机不具备的条件。3）摩擦试验机和真空系统相互独立，试验台可以安置于任何真空容器内，不需要时可以单独放置，占用空间少，方便灵活。由于不需要专门的真空抽气系统，大大降低了试验机成本。附图说明图1为本专利技术的粉尘摩擦副结构的示意图；其中，1为加载轴；2为粉尘颗粒；3为试样台底座；4为定位销；5为下试件；6为下试件内定位环；7为下试件外定位环；8为上试件；9为固定螺钉。图2为本专利技术的具有上述粉尘摩擦副结构的真空粉尘摩擦磨损试验机的结构示意图；其中，21为真空容器；22为采样计算机；23为真空粉尘摩擦磨损试验机的控制系统；24为磨损机的底座；25为电机系统；26为摩擦副试样台；27为加载系统；28为电磁铁升降台；29为摩擦系数采集系统；30为转速测量系统。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的粉尘摩擦副结构及使用上述粉尘摩擦副结构的真空粉尘摩擦磨损试验机进行详细说明，具体实施方式仅为示例的目的，并不旨在限制本专利技术的保护范围。参见图1，图1示出了本专利技术的粉尘摩擦副结构的示意图。其中，本专利技术一实施方式的粉尘摩擦副结构，包括试样台底座3、定位销4、下试件5、下试件内定位环6、下试件外定位环7、上试件8等。内定位环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉尘摩擦副结构，包括上试件、试样台底座、内定位环、下试件、外定位环，内定位环依靠内部凹槽内设置的螺钉固定到试样台底座上，外定位环上设置有定位孔，通过试样台底座上对应设置的定位销进行两者的孔销配合连接，下试件为圆环体，固定卡设在内外定位环之间，上试件为带有端盖的圆环体，端盖中心有孔，采用螺钉穿孔直接固定到摩擦磨损机的加载轴上，固定后的上试件的圆环与下试件的圆环紧密接触，并处于下试件内定位环、外定位环之间形成的凹槽中，所述两圆环紧密接触部分之中有预先设置或者通过通道孔渗透其间的粉尘。

【技术特征摘要】
1.一种粉尘摩擦副结构，包括上试件、试样台底座、内定位环、下试件、外定位环，内定位环依靠内部凹槽内设置的螺钉固定到试样台底座上，外定位环上设置有定位孔，通过试样台底座上对应设置的定位销进行两者的孔销配合连接，下试件为圆环体，固定卡设在内外定位环之间，上试件为带有端盖的圆环体，端盖中心有孔，采用螺钉穿孔直接固定到摩擦磨损机的加载轴上，固定后的上试件的圆环与下试件的圆环紧密接触，并处于内定位环、外定位环之间形成的凹槽中，所述两圆环紧密接触部分之中有预先设置或者通过通道孔渗透其间的粉尘。2.如权利要求1所述的粉尘摩擦副结构，其中，上试件的圆环与下试件的圆环接触后两环内部形成的空间足以容纳内定位环的体积。3.如权利要求1所述的粉尘摩擦副结构，其中，定位孔与定位销的数量为两个或两个以上。4.如权利要求1-3任一项所述的粉尘摩擦副结构，其中，上试件和下试件分别由摩擦试验材料制成。5.如权利要求1-3任一项所述的粉尘摩擦副结构，其中，内定位环、外定位环共同限制所述两圆环紧密接触部分之中粉尘的运动，保证试验过程中粉尘始终存在于上下试件之间。6.一种具有权利要求1-5任一项所述粉尘摩擦副结构的真空粉尘摩擦磨损试验机，包括上述粉尘摩擦副结构、用于试件加载的加载系统、数据采集及控制系统、电磁铁升降台和电机系统，真空容器、所述粉尘摩擦副结构的试样台底座固定在电机转轴上，所述粉尘摩擦副结构的上试件固定在加载系统的加载轴上，下试件固定在试样台底座上，试样台底座与电机系统的电机轴相连并由电机带动旋转，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：白羽，田东波，王志浩，郑慧齐，李宇，于强，李蔓，唐光泽，马新欣，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11