本實用新型涉及一種高溫真空摩擦磨損試驗機，屬于試驗機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的高溫真空摩擦磨損試驗機在實際應用過程中存在很多缺陷：由于受高溫影響，真空動密封受限，無法實現(xiàn)高真空，從而影響試驗結(jié)果的準確性；單臺試驗機只能實現(xiàn)特定窄小范圍載荷的試驗要求，例如：0-10N小載荷試驗機的誤差精度要求高，其無法同時實現(xiàn)10-500N大載荷試驗機應用要求，同樣，10-500N大載荷試驗機亦無法同時實現(xiàn)0-10N小載荷試驗機的應用要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型提供了一種可滿足高溫、高真空、0.1N-500N寬范圍載荷、多種形式摩擦副等要求的新的高溫真空摩擦磨損試驗機。

本實用新型是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種高溫真空摩擦磨損試驗機，包括機架，試驗力加載裝置，摩擦力測量裝置，主軸系統(tǒng)，其特征是：所述機架上設(shè)有與抽真空裝置連接的真空腔體，所述真空腔體內(nèi)設(shè)置有高溫加熱爐，所述真空腔體的內(nèi)壁與高溫加熱爐的外側(cè)壁之間設(shè)有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，主軸系統(tǒng)的驅(qū)動部分位于真空腔體外部，主軸系統(tǒng)的主軸由真空腔體的底部伸入真空腔體內(nèi)并與高溫加熱爐內(nèi)的下試樣軸連接，主軸上設(shè)有旋轉(zhuǎn)磁流體用于與真空腔體之間的密封，連接上試樣的試驗力加載桿與主軸同軸設(shè)置，所述試驗力加載桿連接所述試驗力加載裝置和所述摩擦力測量裝置。

本實用新型中，通過高溫加熱爐和真空腔體提供相應的試驗環(huán)境，通過采用旋轉(zhuǎn)磁流體密封可實現(xiàn)高真空密封要求，同時通過在真空腔體內(nèi)設(shè)置冷卻水循環(huán)系統(tǒng)通過通入循環(huán)冷卻水可保證真空腔體內(nèi)的低溫環(huán)境，保證了磁流體的低溫工作環(huán)境，保證其高溫狀況下的高真空動密封性能，同時也保證了真空腔體的高真空靜密封的可靠性。

進一步的，所述試驗力加載裝置為彈簧自動加載機構(gòu)，其設(shè)置在真空腔體外部，其包括豎直設(shè)置在真空腔體上部的可轉(zhuǎn)動的絲杠、與所述絲杠配合的絲母座、設(shè)置在絲母座上部的施力板、設(shè)置在施力板上部的試驗力加載彈簧、設(shè)置在施力板下部與絲母座之間的自重消除彈簧，所述試驗力加載桿向上穿出于真空腔體外部，所述施力板與位于真空腔體外部的試驗力加載桿連接，所述摩擦力測量裝置設(shè)置在位于真空腔體外部的試驗力加載桿上，所述試驗力加載桿上設(shè)有旋轉(zhuǎn)直線磁流體用于與真空腔體之間的密封。彈簧自動加載機構(gòu)進行試驗力加載時，絲杠在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，從而帶動絲母座向上移動，并帶動施力板向上移動，壓縮試驗力加載彈簧產(chǎn)生彈簧力，并通過施力板施加彈簧力到試驗力加載桿，從而對試樣施加試驗力。本實用新型通過采用彈簧自動加載機構(gòu)進行試驗力加載，可以實現(xiàn)10N-500N的試驗力加載。通過設(shè)置自重消除彈簧，有效保證了試驗力加載的準確性，保證了加載精度。本實用新型中將摩擦力測量裝置設(shè)置在真空腔體外部，置于大氣環(huán)境中，有效保證了傳感器工作的穩(wěn)定性、可靠性。

為了進一步提高試驗力加載桿與真空腔體之間的密封，保證真空腔體內(nèi)的真空度，所述試驗力加載桿上還設(shè)置有用于試驗力加載桿與真空腔體之間密封的金屬波紋管。通過旋轉(zhuǎn)磁流體密封及金屬波紋管密封，兩者組合，有效保證了試驗力加載桿旋轉(zhuǎn)運動及軸向運動工況下的高真空動密封。

進一步的，所述試驗力加載桿通過上試樣軸與上試樣連接，所述上試樣軸可拆卸地與試驗力加載桿連接。通過采用可拆卸連接方式，可方便地進行加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)的切換。

進一步的，為了方便地進行加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)的切換，所述上試樣軸與所述試驗力加載桿之間采用錐度定位。

進一步的，為了保證加載機構(gòu)的動作穩(wěn)定及可靠性，所述真空腔體上部還設(shè)有導向柱，所述絲母座、施力板均滑套在導向柱上。

為了提高測量精度，用于測量試驗力的試驗力傳感器和用于測量摩擦力的摩擦力傳感器串聯(lián)于試驗力加載桿上。試驗力傳感器和摩擦力傳感器串聯(lián)于試驗力加載桿上，測量直接，誤差小，準確性高。

本實用新型中的試驗力加載裝置除了采用上述的彈簧自動加載的方式外，所述試驗力加載裝置還可以為砝碼加載機構(gòu)，其設(shè)置在真空腔體內(nèi)，其包括設(shè)置在試驗力加載桿頂端的砝碼托盤和設(shè)置在砝碼托盤內(nèi)的砝碼，所述試驗力加載桿上套裝有支撐座，摩擦力測量裝置安裝在真空腔體內(nèi)并與所述支撐座連接，所述支撐座與試驗力加載桿之間設(shè)置有隔熱墊。砝碼加載機構(gòu)和摩擦力測量裝置設(shè)置在真空腔體內(nèi)可減小加載阻力及摩擦測量誤差。但由于高溫真空環(huán)境，為減小金屬導熱對摩擦力測量裝置的影響，通過設(shè)置隔熱墊來避免金屬熱傳導對摩擦力測量裝置造成影響。此外，由于長時間工作，高溫加熱爐腔體內(nèi)熱量散失到真空腔體，導致真空腔體溫度上升，也將直接影響摩擦力測量裝置的傳感器的工作性能，通過真空腔體內(nèi)設(shè)置的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，通入低溫循環(huán)水，可保證真空腔體低溫環(huán)境，進而保證摩擦力傳感器高精度、高準確度、高穩(wěn)定性的工作性能。

為了保證磁流體在高溫工況下的高真空密封性能，所述旋轉(zhuǎn)磁流體內(nèi)設(shè)有循環(huán)水通道通過循環(huán)水冷卻降溫。在高溫狀態(tài)下，通過在磁流體內(nèi)部采用恒低溫循環(huán)水降溫，保持磁流體的低溫工作環(huán)境，可有效保證其高溫工況下的高真空密封性能。

為達到上述同樣的目的，所述旋轉(zhuǎn)直線磁流體內(nèi)設(shè)有循環(huán)水通道通過循環(huán)水冷卻降溫。

本實用新型通過在扭矩傳動軸處采用磁流體真空動密封，能夠?qū)崿F(xiàn)高真空密封要求，有效保證了真空腔體內(nèi)的真空要求；同時，通過在真空腔體內(nèi)設(shè)置冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，利用冷卻系統(tǒng)對真空腔體內(nèi)進行冷卻，保證了真空腔體內(nèi)的低溫環(huán)境，有利于保證在真空腔體內(nèi)的傳感器等部件的工作可靠性，提高測量精度。本實用新型能夠在高溫環(huán)境下達到良好的密封效果，實現(xiàn)高真空要求。同時由于試驗力加載裝置可以進行切換，可以實現(xiàn)、0.1N-500N寬范圍載荷的加載要求，既能在0.1-10N的小載荷下達到高精度要求，又能同時實現(xiàn)10N-500N大載荷試驗機的應用要求。

附圖說明

圖1是具體實施方式中采用彈簧自動加載方式的試驗機的主視示意圖；

圖2是圖1的右視圖；

圖3是圖1中的彈簧自動加載機構(gòu)部分的放大示意圖；

圖4是圖1中的A-A示意圖；

圖5是圖2中真空腔體部分的放大示意圖；

圖6是具體實施方式中采用砝碼加載方式的試驗機的砝碼加載機構(gòu)部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、機架，2、充氣閥，3、真空航空插頭，4、真空計，5、彈簧自動加載機構(gòu)，51、步進電機，52、絲母座，53、絲杠，54、自重消除彈簧，55、施力板，56、試驗力加載彈簧，57、導向柱，6、摩擦力測量裝置，7、旋轉(zhuǎn)直線磁流體，8、真空壓力表，9、排氣閥，10、試驗力加載桿，11、金屬波紋管，12、真空腔體，13、抽真空裝置，14、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，15、冷卻水排水口，16、冷卻水進水口，17、上試樣軸，18、摩擦副系統(tǒng)，19、高溫加熱爐，20、旋轉(zhuǎn)磁流體，21、主軸系統(tǒng)，22、下試樣軸，23、隔熱墊，24、砝碼托盤，25、砝碼，26、支撐座，27、固定座，28、試驗力傳感器，29、導向桿。

具體實施方式

下面通過實施例并結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明：

如附圖所示，一種高溫真空摩擦磨損試驗機，其包括機架1，真空腔體12，試驗力加載裝置，摩擦力測量裝置6，主軸系統(tǒng)21，摩擦副系統(tǒng)18，抽真空裝置13。真空腔體12設(shè)置在機架1上并與抽真空裝置13連接，抽真空裝置13設(shè)置機架1下部。所述高溫加熱爐19設(shè)置在真空腔體12內(nèi)，在所述真空腔體12的內(nèi)壁與高溫加熱爐19的外側(cè)壁之間設(shè)有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)14。主軸系統(tǒng)21的驅(qū)動部分位于真空腔體12的外部，主軸系統(tǒng)21的主軸由真空腔體12的底部伸入真空腔體12內(nèi)并與位于高溫加熱爐19內(nèi)的下試樣軸22連接。主軸系統(tǒng)21的主軸上設(shè)有旋轉(zhuǎn)磁流體20，用于主軸與真空腔體12之間的密封。試驗力加載桿10與主軸同軸設(shè)置，試驗力加載桿10的下端連接摩擦副系統(tǒng)18的上試樣，摩擦副系統(tǒng)18的下試樣安裝在下試樣軸22上。所述試驗力加載裝置和所述摩擦力測量裝置6均與所述試驗力加載桿10連接。

本實施例中的附圖1-圖5所示的試驗機中的試驗力加載裝置采用的是彈簧自動加載機構(gòu)5。該加載機構(gòu)可以實現(xiàn)10N-500N的加載載荷。該加載機構(gòu)設(shè)置在真空腔體12外部，其包括豎直設(shè)置在真空腔體12上部的可轉(zhuǎn)動的絲杠53、與所述絲杠53配合的絲母座52、設(shè)置在絲母座52上部的施力板55、設(shè)置在施力板55上部的試驗力加載彈簧56、設(shè)置在施力板55下部與絲母座52之間的自重消除彈簧54，在所述真空腔體12上部還設(shè)有導向柱57，所述絲母座52、施力板55均滑套在導向柱57上。試驗力加載桿10向上穿出于真空腔體12外部，所述施力板55與試驗力加載桿10位于真空腔體12外部的部分連接，所述摩擦力測量裝置6也設(shè)置在試驗力加載桿10位于真空腔體12外部的部分上。所述試驗力加載桿10上設(shè)有旋轉(zhuǎn)直線磁流體7，用于試驗力加載桿10與真空腔體12之間的密封，在試驗力加載桿10上還設(shè)置有金屬波紋管11，用于試驗力加載桿10與真空腔體12之間的密封。為了保證測量精度，用于測量試驗力的試驗力傳感器28和摩擦力測量裝置中用于測量摩擦力的摩擦力傳感器均串聯(lián)于試驗力加載桿10上。為了保證磁流體在高溫工況下的密封性能，本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)磁流體20和旋轉(zhuǎn)直線磁流體7內(nèi)均設(shè)有循環(huán)水通道，通過通入恒低溫循環(huán)水進行冷卻降溫，保持磁流體的低溫工作環(huán)境，保證其高溫工況下的高真空密封性能。

本實施例中，優(yōu)選的是，所述試驗力加載桿10通過上試樣軸17與上試樣連接，所述上試樣軸17通過法蘭連接方式可拆卸地與試驗力加載桿10連接。為便于快速連接定位，所述上試樣軸17與所述試驗力加載桿10之間的連接部分均帶有錐度，兩者之間采用錐度定位。

本實施例中，高溫加熱爐對試樣提供高溫試驗工況，通過抽真空裝置13對真空腔體12抽真空。主軸系統(tǒng)21的驅(qū)動部分帶動主軸轉(zhuǎn)動，主軸與真空腔體12之間通過旋轉(zhuǎn)磁流體20實現(xiàn)真空動密封，實現(xiàn)高真空密封要求。彈簧自動加載機構(gòu)5通過步進電機51帶動絲杠53旋轉(zhuǎn)，從而帶動絲母座52升降，絲母座52升降時帶動施力板55升降，并壓縮試驗力加載彈簧55產(chǎn)生彈簧力作用于施力板55，施力板55將彈簧力傳遞給試驗力加載桿10對試樣施加試驗力。自重消除彈簧54用于消除自重，有效保證了試驗力加載的準確性。本實施例中，試驗力加載機構(gòu)及測量裝置均位于真空腔體外，在大氣環(huán)境中，有效保證了傳感器工作的穩(wěn)定性、可靠性。試驗力加載桿10采用旋轉(zhuǎn)磁流體密封及金屬波紋管密封，兩者組合，有效保證了試驗力加載桿旋轉(zhuǎn)運動及軸向運動工況下的高真空動密封。為保證磁流體高溫狀態(tài)下的高真空動密封，在高溫狀態(tài)下，通過向旋轉(zhuǎn)磁流體20和旋轉(zhuǎn)直線磁流體6內(nèi)部的冷卻水通道內(nèi)通入恒低溫循環(huán)水對磁流體進行冷卻降溫，保持磁流體的低溫工作環(huán)境，保證其高溫工況下的高真空密封性能。

上述的實施例中，試驗力加載裝置采用的是彈簧自動加載機構(gòu)，附圖6所示的是采用另外一種結(jié)構(gòu)的試驗力加載裝置，即砝碼加載機構(gòu)。采用砝碼加載機構(gòu)時試驗機可以實現(xiàn)0.1N-10N的加載載荷，其加載精度比較高。該加載機構(gòu)設(shè)置在真空腔體12內(nèi)，其包括設(shè)置在試驗力加載桿10頂端的砝碼托盤24和設(shè)置在砝碼托盤24內(nèi)的砝碼，所述試驗力加載桿10上套裝有支撐座26，摩擦力測量裝置6通過固定座27安裝在真空腔體12內(nèi)，并與所述支撐座26連接，為防止在高溫工況下，金屬熱傳導對摩擦力傳感器造成影響，所述支撐座26與試驗力加載桿10之間設(shè)置有隔熱墊23。本實施例中，試驗力加載桿與摩擦副及試樣自重0.1N，砝碼直接加載試驗力，通過摩擦力測量裝置測量其旋轉(zhuǎn)切向摩擦力，測量直接，誤差小，精度高，穩(wěn)定性好。本實施例中，由于長時間工作時高溫爐腔體內(nèi)熱量散失到真空腔體，導致真空腔體內(nèi)溫度上升，會影響摩擦力傳感器的工作性能，因此，通過向真空腔體內(nèi)布置的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部持續(xù)通入恒低溫循環(huán)水，可保證真空腔體低溫環(huán)境，進而保證摩擦力傳感器高精度、高準確度、高穩(wěn)定性的工作性能，同時，保證真空腔體的低溫環(huán)境，也保證了真空腔體的高真空靜密封的可靠性。

本實用新型中的上述的兩種試驗力加載裝置可根據(jù)試驗需求進行選用、切換。當試驗要求小載荷加載時，選用砝碼加載機構(gòu)安裝在真空腔體內(nèi)即可進行試驗，當試驗要求大載荷加載時，將彈簧自動加載機構(gòu)安裝到位即可。相應的，試驗機的控制系統(tǒng)設(shè)置為可對兩套系統(tǒng)分別進行控制。

此外，為保證設(shè)備在高溫真空下工作的穩(wěn)定性、可靠性，本實用新型中的腔體內(nèi)材料全部采用GH214高溫不銹鋼加工而成，可保證設(shè)備1000℃真空環(huán)境下的穩(wěn)定性。

本實施例中的其他部分均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。