一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置及方法，其中，一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，包括载荷加载机构、真空箱、摩擦力检测机构、上试样夹具、下试样安装座、向试样照射紫外线的紫外线生成装置、用于使真空箱内温度下降的制冷系统、用于使真空箱内温度上升的加热系统以及用于驱动下试样安装座带动下试样相对上试样转动的下试样驱动系统。本发明专利技术弥补了现有技术针对多因素太空环境综合影响空间摩擦磨损试验的不足，更好的探索空间环境下材料的摩擦磨损情况，本发明专利技术可以模拟太空空间环境中特有的多种环境，如：高真空、交变温度、热辐射等以及机构复杂的运动工况，如：交变负荷、高低速、间断运行等。

A multi function friction and wear test device and method for simulating space environment

The invention discloses a simulated space environment of multifunctional wear testing device and method, wherein the friction, a simulated space environment multifunctional wear testing device, including loading mechanism, vacuum box, friction force detection mechanism, sample fixture, sample mounting base, to the ultraviolet generating device, ultraviolet irradiation for the sample the vacuum box temperature refrigeration system, heating system for the rise in temperature and vacuum box driven sample driving system is driven by the sample mount on sample rotation for relative sample. The invention makes the existing technology for the comprehensive influence of space environment factors of friction wear test, friction and wear better explore the space environment of materials, the invention can be a variety of unique environment, space environment simulation in space, such as: high vacuum, alternating temperature, thermal radiation and mechanism of complex motion conditions, such as: alternating load and high speed, continuous operation etc..

【技术实现步骤摘要】
一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置及方法
本专利技术涉及太空环境摩擦学领域，尤其涉及一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置及方法。
技术介绍
随着我国航空、航天事业的推进，各种空间机构越来越多的应用于太空实践。空间机构在太空服役期间主要长期受高真空、微重力、交变温度、热辐射等环境因素的影响，并处于高比负荷、高低速、间断运行等复杂的运动工况，并由此带来了特殊的摩擦学问题。要解决空间环境中的摩擦学难题，开发各种新型空间耐磨材料,就必须进行大量的空间摩擦学试验。模拟空间环境摩擦磨损试验机是开展空间摩擦学研究，进行空间环境摩擦学设计及研究空间环境下材料摩擦磨损特性的基本工具。空间环境涉及到高真空、微重力、交变温度、热辐射等多种环境和交变负荷、高低速、间断运行等复杂的运动工况，由于涉及的因素较多，以往的空间试验机往往只针对有限的一两种空间环境进行开发设计，并不能充分的反映材料在空间环境中真实饿摩擦磨损状况。而要开发多因素太空环境综合影响的空间摩擦磨损试验机要突破很多关键技术，而且成本高昂。所以本专利技术旨在开发一种能综合模拟空间环境的简易多功能摩擦磨损试验机。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置,该实验装置和方法可以模拟空间环境中特有的多种环境如：高真空、交变温度、热辐射等和机构复杂的运动工况如：交变负荷、高低速、间断运行等。本专利技术的另一目的是：提供一种模拟空间环境摩擦磨损试验方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，包括载荷加载机构、真空箱、摩擦力检测机构、上试样夹具、下试样安装座、向试样照射紫外线的紫外线生成装置、用于使真空箱内温度下降的制冷系统、用于使真空箱内温度上升的加热系统以及用于驱动下试样安装座带动下试样相对上试样转动的下试样驱动系统；载荷加载机构包括步进电机、滚珠丝杆、弹簧推板、加载弹簧、弹簧安装座、导轨以及加载力传递轴，步进电机动力输出轴与滚珠丝杆连接，弹簧推板与滚珠丝杆的滑动螺母连接，导轨与滚珠丝杆相平行设置，弹簧推板滑动连接到导轨上，加载弹簧两端分别与弹簧推板和弹簧安装座连接；加载力传递轴与弹簧安装座相连接，加载力传递轴伸进真空箱中，上试样夹具和下试样安装座均设置在真空箱中，加载力传递轴与上试样夹具相接触；摩擦力检测机构包括挡板、摩擦力传感器、铰接轴以及传动轴，传动轴一端伸入到真空箱中与上试样夹具相连接，另一端通过摩擦力传感器与档板相接触，传动轴中部铰接于铰接轴上，下试样偏心装夹于下试样安装座上。优选的，紫外线生成装置包括紫外线发生器、紫外线传输通道、连续光放点室、用于将接收到的紫外线反射到紫外线传输通道中的紫外线反射器以及用于将照射到紫外线反射器以外部分的紫外线反射到紫外线反射器上的连续光放电准直镜，紫外线发生器的紫外线发射口连接到连续光放点室中，紫外线反射器和连续光放电准直镜均设置在连续光放点室中，紫外线传输通道出口端伸进真空箱中，且紫外线传输通道出口端朝向试样摩擦位置，紫外线传输通道的紫外线入口端伸进到连续光放点室中。优选的，所述紫外线反射器和连续光放电准直镜均为凹透镜。优选的，所述上试样夹具与加载力传递轴相接触的位置处设置有球形凸块，加载力传递轴与球形凸块的球面相接触。优选的，所述载荷加载机构还包括用于检测载荷加载机构施加的载荷力的压力传感器，压力传感器安装于弹簧安装座上，弹簧安装座通过压力传感器与加载力传递轴连接。优选的，所述下试样驱动系统包括电机、主传动轴、轴承安装套、轴承以及轴承盖，轴承安装套安装到真空箱底部，轴承安装到轴承安装套中，轴承盖盖合于轴承安装套顶部开口中，主传动轴连接到轴承上并且穿过轴承盖伸入到真空箱中与下试样安装座连接，在真空箱外侧的主传动轴与电机连接。优选的，所述制冷系统包括液氮生成装置以及液氮循环金属管，液氮生成装置与液氮循环金属管接通，氮循环管道围绕真空箱内壁面设置。优选的，所述加热系统包括高频感应加热器以及钢管，高频感应加热器与钢管连接，钢管环绕在上试样和/或下试样外侧。一种使用上述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置进行的模拟空间环境摩擦磨损试验方法，其特征在于包括以下步骤：试样安装：将上试样和下试样分别安装到上试样夹具和下试样安装座上，真空箱抽真空，在达到所要求的真空度值后，进行摩擦环境设定；摩擦环境设定包括加载力设定、磨擦环境温度设定、辐照条件设定以及摩擦状态的设定；加载力设定：启动步进电机带动滚珠丝杆转动，弹簧推板在滚珠丝杆的滑动螺母的推动下沿导轨下滑压缩加载弹簧，加载弹簧受力后下压弹簧安装座，弹簧安装向加载力传递轴施加加载力，并通过载荷加载机构的压力传感器检测加载力的大小；当需要施加固定的加载力时，步进电机转动，加载至设定的加载力时停止；当需要交变的加载力时，步进电机在试验过程中正反转带动滚珠丝杆顺时针或逆时针转动，从而实现在交变加载力条件下进行试验；磨擦环境温度设定：当需要磨擦在高温下进行时，加热系统的高频感应加热器启动，并通过钢管对上试样和/或下试样加热至设定温度，使上试样和下试样在设定的温度下进行摩擦；当需要磨擦在低温下进行时，制冷系统的液氮生成装置向液氮循环金属管中通入液氮，从而降低真空箱内的温度至设置温度，使上试样和下试样在设定的温度下进行摩擦；当需要在温度交替变化的条件下进行磨擦时，高频感应加热器和液氮生成装置交替启动，从而使真空箱内的温度发生交替变换，使上试样和下试样在温度交替变换的条件下进行摩擦；辐照条件设定：当需要在辐照环境进行摩擦时，启动紫外线发生器，紫外线进入到连续光放点室，在连续光放点室中的连续光放电准直镜将照射到紫外线反射器以外部分的紫外线反射到紫外线反射器上，而紫外线反射器将接收到的紫外线反射到紫外线传输通道中，紫外线从紫外线传输通道射出后照射在上试样和下试样的磨擦位置处，从而达到在辐照环境下进行摩擦；摩擦状态的设定：启动电机驱动下试样安装座带动下试样相对上试样转动，通过调整电机转速实现在设定转速或快慢速交替变换条件下进行摩擦，或控制电机的启停实现间断摩擦；通过选择一种或多种摩擦条件，从而模拟太空环境，当调整到设定摩擦环境时启动电机进行试验；在电机运转时，上试样-下试样摩擦副将产生相对运动，由于下试样偏心装夹，所以上试样-下试样摩擦副之间的摩擦力将对上试样产生一个切向扭矩力，这个扭矩力使传动轴有一个绕铰接轴转动的运动趋势，然后经过挡板和传动轴之间的摩擦力传感器测出这个扭矩力并换算成对应的摩擦力，从而得出实验时的摩擦力数据；在实验过程中摩擦力传感器将记录和保存产生的摩擦力。优选的，当需要进行面磨擦时，上试样选用平面销试样；当需要进行点磨擦时，上试样选用球头销试样；当需要进行线磨擦时，上试样选用圆柱试样，通过圆柱试样的圆柱面与下试样摩擦。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本专利技术弥补了现有技术针对多因素太空环境综合影响空间摩擦磨损试验的不足，更好的探索空间环境下材料的摩擦磨损情况，本专利技术可以模拟太空空间环境中特有的多种环境，如：高真空、交变温度、热辐射等以及机构复杂的运动工况，如：交变负荷、高低速、间断运行等。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1中A部的放大图；图3是图1中B部的放大图。其中，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括载荷加载机构、真空箱、摩擦力检测机构、上试样夹具、下试样安装座、向试样照射紫外线的紫外线生成装置、用于使真空箱内温度下降的制冷系统、用于使真空箱内温度上升的加热系统以及用于驱动下试样安装座带动下试样相对上试样转动的下试样驱动系统；载荷加载机构包括步进电机、滚珠丝杆、弹簧推板、加载弹簧、弹簧安装座、导轨以及加载力传递轴，步进电机动力输出轴与滚珠丝杆连接，弹簧推板与滚珠丝杆的滑动螺母连接，导轨与滚珠丝杆相平行设置，弹簧推板滑动连接到导轨上，加载弹簧两端分别与弹簧推板和弹簧安装座连接；加载力传递轴与弹簧安装座相连接，加载力传递轴伸进真空箱中，上试样夹具和下试样安装座均设置在真空箱中，加载力传递轴与上试样夹具相接触；摩擦力检测机构包括挡板、摩擦力传感器、铰接轴以及传动轴，传动轴一端伸入到真空箱中与上试样夹具相连接，另一端通过摩擦力传感器与档板相接触，传动轴中部铰接于铰接轴上，下试样偏心装夹于下试样安装座上。

【技术特征摘要】
1.一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括载荷加载机构、真空箱、摩擦力检测机构、上试样夹具、下试样安装座、向试样照射紫外线的紫外线生成装置、用于使真空箱内温度下降的制冷系统、用于使真空箱内温度上升的加热系统以及用于驱动下试样安装座带动下试样相对上试样转动的下试样驱动系统；载荷加载机构包括步进电机、滚珠丝杆、弹簧推板、加载弹簧、弹簧安装座、导轨以及加载力传递轴，步进电机动力输出轴与滚珠丝杆连接，弹簧推板与滚珠丝杆的滑动螺母连接，导轨与滚珠丝杆相平行设置，弹簧推板滑动连接到导轨上，加载弹簧两端分别与弹簧推板和弹簧安装座连接；加载力传递轴与弹簧安装座相连接，加载力传递轴伸进真空箱中，上试样夹具和下试样安装座均设置在真空箱中，加载力传递轴与上试样夹具相接触；摩擦力检测机构包括挡板、摩擦力传感器、铰接轴以及传动轴，传动轴一端伸入到真空箱中与上试样夹具相连接，另一端通过摩擦力传感器与档板相接触，传动轴中部铰接于铰接轴上，下试样偏心装夹于下试样安装座上。2.根据权利要求1所述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：紫外线生成装置包括紫外线发生器、紫外线传输通道、连续光放点室、用于将接收到的紫外线反射到紫外线传输通道中的紫外线反射器以及用于将照射到紫外线反射器以外部分的紫外线反射到紫外线反射器上的连续光放电准直镜，紫外线发生器的紫外线发射口连接到连续光放点室中，紫外线反射器和连续光放电准直镜均设置在连续光放点室中，紫外线传输通道出口端伸进真空箱中，且紫外线传输通道出口端朝向试样摩擦位置，紫外线传输通道的紫外线入口端伸进到连续光放点室中。3.根据权利要求2所述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述紫外线反射器和连续光放电准直镜均为凹透镜。4.根据权利要求1所述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述上试样夹具与加载力传递轴相接触的位置处设置有球形凸块，加载力传递轴与球形凸块的球面相接触。5.根据权利要求1所述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述载荷加载机构还包括用于检测载荷加载机构施加的载荷力的压力传感器，压力传感器安装于弹簧安装座上，弹簧安装座通过压力传感器与加载力传递轴连接。6.根据权利要求1所述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述下试样驱动系统包括电机、主传动轴、轴承安装套、轴承以及轴承盖，轴承安装套安装到真空箱底部，轴承安装到轴承安装套中，轴承盖盖合于轴承安装套顶部开口中，主传动轴连接到轴承上并且穿过轴承盖伸入到真空箱中与下试样安装座连接，在真空箱外侧的主传动轴与电机连接。7.根据权利要求1所述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述制冷系统包括液氮生成装置以及液氮循环金属管，液氮生成装置与液氮循环金属管接通，氮循环管道围绕真空箱内壁面设置。8.根据权利要求1所述的模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈盛官，段勇，黄丽满，李小强，杨超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44