[发明专利]一种模拟太空环境多功能摩擦磨损试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。所以本发明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。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：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。

本发明的另一目的是：提供一种模拟空间环境摩擦磨损试验方法。

本发明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；