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专利摘要

本发明涉及一种超低温摩擦磨损试验系统，包括：承载底座；真空结构，包括真空壳体；加载测量结构，所述加载测量结构在所述真空壳体的端部安装所述上试样；旋转控温结构，所述旋转控温结构与所述加载测量结构平行设置，所述旋转控温结构的顶部安装所述下试样，并对所述下试样进行冷却，所述加载测量结构顶部承载上试样后悬设于所述旋转控温结构的上方，使所述上试样可抵接所述下试样；试验时，所述上试样与所述下试样抵接，所述旋转控温结构冷却所述下试样并驱动所述下试样转动，所述加载测量结构根据所述上试样的受力对所述待测试样的摩擦磨损进行测量。实现待测试样在超低温、真空环境、气氛环境下进行检测。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210645660.X
申请日期:
2022-06-09
专利申请人:
["清华大学","北京玉研精密仪器有限公司"]
分类号:
G01N3/56 ; G01N3/02 ; G01N21/84 ; G01N21/65 ; G01N21/3563 ; G01N21/01
发明/设计人:
崔文岩，洪才浩，马全胜，赵建勋，马天宝
权利要求: 1.一种超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，用于对待测的上试样与下试样进行摩擦磨损试验与测量，所述超低温摩擦磨损试验系统包括：承载底座；真空结构，包括真空壳体以及真空控制组件，所述真空壳体设置于所述承载底座，所述真空控制组件连通所述真空壳体，并对所述真空壳体抽真空；加载测量结构，设置于所述承载底座，且部分设置于所述真空壳体内，所述加载测量结构在所述真空壳体内部分的端部安装所述上试样；旋转控温结构，设置于所述承载底座，且部分设置于所述真空壳体内，所述旋转控温结构与所述加载测量结构平行设置，所述旋转控温结构的顶部安装所述下试样，并对所述下试样进行冷却，所述加载测量结构顶部安装上试样后悬设于所述旋转控温结构的上方，使所述上试样可抵接所述下试样；试验时，所述上试样与所述下试样抵接，所述旋转控温结构冷却所述下试样并驱动所述下试样转动，所述加载测量结构对所述上试样与所述下试样的摩擦磨损进行测量。2.根据权利要求1所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述加载测量结构包括加载组件、测量组件、悬臂组件以及支撑组件，所述加载组件设置于所述承载底座，且所述加载组件的顶部伸入所述真空壳体，并安装所述支撑组件，所述悬臂组件及所述测量组件安装于所述支撑组件，且所述悬臂组件的一端朝向所述旋转控温结构伸出并位于所述旋转控温结构的上方，所述悬臂组件的端部安装所述上试样，所述测量组件用于测量所述上试样与所述下试样之间的摩擦系数；所述加载组件包括加载动力源、调节杆、密封件以及摩擦半径调整平台，所述摩擦半径调整平台设置于所述承载底座，所述调节杆的一端伸入所述真空壳体，并连接所述摩擦半径调整平台，所述调节杆的另一端连接所述加载动力源，所述摩擦半径调整平台安装所述支撑组件，所述密封件设置于所述调节杆与所述真空壳体的连接处。3.根据权利要求2所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述支撑组件包括安装壳体、悬浮轴承以及悬浮主轴，所述安装壳体设置于所述摩擦半径调整平台，所述悬浮轴承设置于所述安装壳体中，所述悬浮主轴悬浮设置于所述悬浮轴承内，所述悬浮主轴连接所述测量组件，所述悬臂组件的一端设置于所述悬浮主轴的顶部；所述悬臂组件包括悬臂梁以及夹持件，所述悬臂梁的一端安装于所述悬浮主轴的顶部，所述悬臂梁的另一端位于所述旋转控温结构的上方，所述夹持件设置于所述悬臂梁朝向所述旋转控温结构的表面，所述夹持件中夹持所述上试样。4.根据权利要求3所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述测量组件包括扭矩传感器以及第一联轴器，所述扭矩传感器设置于所述摩擦半径调整平台，所述第一联轴器连接所述悬浮主轴与所述扭矩传感器；所述测量组件包括测量架、后测力臂以及测量件，所述测量架设置于所述摩擦半径调整平台，所述后测力臂设置于所述悬浮主轴的顶部，并悬设于所述测量架，所述测量件设置于所述测量架，并位于所述后测力臂的侧面，所述测量件与所述后测力臂抵接；所述测量件的数量为多个，多个所述测量件设置于所述后测力臂的两侧，并错位设置；所述测量件包括传感器座、传力杆以及测力传感器，所述传感器座设置于所述测量架，所述测力传感器设置于所述传感器座，所述传力杆连接所述测力传感器并抵接所述后测力臂。5.根据权利要求1所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述旋转控温结构包括主轴组件、制冷组件以及保温组件，所述主轴组件置于所述承载底座，并穿过所述真空壳体伸入所述真空壳体内，所述制冷组件部分设置于所述真空壳体外，部分位于所述真空壳体内，所述保温组件设置于所述真空壳体内，并位于所述主轴组件的外侧，所述主轴组件的顶部安装所述下试样，并带动所述下试样转动；所述主轴组件包括旋转动力源、旋转主轴、样品盘以及传动组，所述旋转动力源设置于所述真空壳体外侧，所述传动组连接所述旋转动力源，并穿过所述真空壳体伸入所述真空壳体内，所述旋转主轴的底部连接所述传动组，所述旋转主轴的顶部安装所述样品盘，所述样品盘固定安装所述下试样；所述旋转动力源驱动所述传动组带动所述旋转主轴及其承载的所述样品盘与所述下试样转动。6.根据权利要求5所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述制冷组件包括制冷机、导热带以及导冷件，所述制冷机设置并伸入所述真空壳体，所述导冷件套设于所述旋转主轴的外侧，并与所述旋转主轴之间存在间距，所述导冷带连接所述制冷机的冷头与所述导冷件，所述导冷件用于对所述旋转主轴制冷。7.根据权利要求6所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述主轴组件还包括电机支架、支撑轴承、主轴支架以及可调支柱，所述电机支架设置于所述承载底座，并安装所述旋转动力源，所述导冷件设置于所述主轴支架，所述支撑轴承设置于所述旋转主轴与所述导冷件之间，所述可调支柱穿过所述真空壳体连接所述主轴支架与所述电机支架，所述可调支柱用于调节所述旋转主轴及所述导冷件的高度；所述传动组包括第二联轴器以及磁流体密封件，所述磁流体密封件包括磁流体密封座以及传动轴，所述第二联轴器连接所述旋转动力源与所述传动轴，所述磁流体密封套套设与所述传动轴的外侧，并安装于所述真空壳体，所述传动轴穿过所述真空壳体连接所述旋转主轴；所述保温组件包括冷屛、导电滑环以及主轴测温控温件，所述冷屛套设于所述导冷件的外侧，所述主轴测温控温件设置于所述旋转主轴的顶部，所述导电滑环设置于所述传动轴，所述导电滑环的旋转端电连接所述主轴测温控温件，所述导电滑环的固定端电连接外界控温电器设备，所述主轴测温控温件用于检测所述样品盘的温度，并能够在温度过低时对所述样品盘加热。8.根据权利要求7所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述超低温摩擦磨损试验系统还包括接触电阻测量结构，所述接触电阻测量结构电连接所述上试样与所述导电滑环的固定端，相应所述导电滑环的旋转端与所述旋转主轴电连接，所述接触电阻测量结构用于测量导电时所述上试样与所述下试样之间的接触电阻；所述接触电阻测量结构包括直流电源、电刷组以及电压采集卡，所述直流电源的一极与所述导电滑环的固定端电连接，另一极与所述上试样电连接，所述电刷组设置于所述旋转控温结构，并与所述下试样抵接；所述电刷组包括电刷架、电刷转接架以及电刷，所述电刷转接架安装于所述导冷件，所述电刷架安装于所述电刷转接架，所述电刷通过弹簧安装于所述电刷架，并保持抵接于所述下试样，所述电压采集卡的一个端口与所述电刷电连接，另一个端口与所述上试样电连接，所述直流电源通电后，所述电压采集卡能够在差分模式下采集所述上试样与所述下试样之间的电压。9.根据权利要求1至8任一项所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述真空壳体具有真空主腔体与真空试验腔体，所述真空主腔体与所述真空试验腔体连通，所述加载测量结构位于所述真空主腔体中，所述旋转控温结构位于所述真空试验腔体中，所述真空控制组件包括机械泵以及分子泵，所述机械泵与所述分子泵连通所述真空主腔体，使所述真空主腔体为真空环境或者气氛环境；所述真空试验腔体的顶部具有开口，所述开口对应所述旋转控温结构的顶部，所述旋转控温结构具有摩擦磨损试验腔盖，所述摩擦磨损试验腔盖盖设于所述开口。10.根据权利要求1至8任一项所述的超低温摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述超低温摩擦磨损试验系统还包括原位在线观测结构，所述原位在线观测结构设置于所述真空壳体的外侧，并透过所述真空壳体观测所述下试样；所述原位在线观测结构为红外在线观测结构，所述红外在线观测结构包括红外显微镜、三轴位移平台、移动支架以及红外试验腔盖，所述移动支架可移动设置于所述真空壳体的外侧，所述三轴位移平台设置于所述移动支架，所述红外显微镜设置于所述三轴位移平台，所述红外试验腔盖盖设所述真空壳体的开口，所述红外显微镜透过所述红外试验腔盖对所述下试样进行观测；所述原位在线观测结构为拉曼在线观测结构，所述拉曼在线观测结构包括拉曼显微镜、显微镜支架、显微镜位移台以及拉曼试验腔盖，所述显微镜支架设置于所述承载底座，所述显微镜位移台安装于所述显微镜支架，并承载所述拉曼显微镜，所述拉曼试验腔盖盖设所述真空壳体的开口，所述拉曼显微镜透过所述拉曼试验腔盖对所述下试样进行观测。