[发明专利]一种落塔摩擦磨损试验装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及微重力摩擦学领域，尤其涉及一种落塔摩擦磨损试验装置与方法。

背景技术

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、辐射等环境因素的影响。随着我国航天事业的发展，各种空间机构越来越多的应用于太空实践，对于空间环境对机构摩擦磨损的研究也越来越深入和广泛，但是目前的研究主要集中在高真空、交变温度、辐射等环境因素方面，对于微重力对运动机构摩擦磨损的影响的研究还很少，在国内还基本处于空白。

研究微重力对空间机构/活动件磨损的影响，探究空间环境下机构的磨损机理，对解决各类复杂航天器系统长期有效服役问题，提高各类空间机构的技术经济性能指标，以及我国航天事业在空间机构领域的工程应用、技术完善与理论发展具有十分重要的意义。

目前微重力环境地面模拟试验方法主要有落塔法、抛物飞行法、水浮法、吊丝配重法、气浮平台等。虽然水浮法、吊丝配重法、气浮平台能长时模拟微重力环境，但是真实性较差。因为，水槽、悬吊、气浮等现有模拟试验手段不仅无法解决复杂轨迹的三维运动地面模拟问题，而且因绳索柔性、设备中摩擦等阻力、大质量机构的运动惯量等因素，使得其有效性并不理想。落塔法和飞机抛物线飞行能较真实的模拟微重力环境，但是飞机抛物线飞行的成本高，对机构研究实用范围有限。而落塔法形成的微重力时间短，而且要承受大的冲击和受落舱环境的限制，目前国内还没有针对落塔实验开发设计专用的摩擦磨损试验机，对于落塔实验研究微重力环境下的摩擦磨损还处于空白。

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：提供一种落塔摩擦磨损试验装置与方法。该实验装置和方法可以真实的模拟微重力环境和探索微重力对机构摩擦磨损的影响。

本发明的另一目的在于：提供一种落塔摩擦磨损试验方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种落塔摩擦磨损试验装置，包括载荷加载机构、静试样装夹机构、动试样装夹机构、摩擦动力装置以及固定安装于落塔落舱中的机架，载荷加载机构、静试样装夹机构、动试样装夹机构以及摩擦动力装置依次设置；

机架包括依次固定设置的载荷立板、试样夹具立板以及动力装置立板，载荷加载机构固定设置于载荷立板上，静试样装夹机构安装于试样夹具立板上，摩擦动力装置设置到动力装置立板上；

载荷加载机构包括步进电机、滚珠丝杆、弹簧推板、加载弹簧、弹簧安装座以及导轨，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；

静试样装夹机构包括导向轴套、传动轴以及静试样安装座，试样夹具立板上开设有安装孔，导向轴套连接到安装孔中，传动轴穿过导向轴套，传动轴轴向端面上凸出有球形接触面，传动轴通过球形接触面与弹簧安装座相接触，静试样安装座安装于传动轴另一端部；动试样装夹机构与摩擦动力装置连接。

优选的，动试样装夹机构包括浮动连接机构以及用于安装动试样的动试样安装座，浮动连接机构包括浮动轴套、浮动连接销以及浮动球；

浮动轴套一端固定于动试样安装座上，浮动轴套另一端套装于摩擦动力装置的传动主轴上，套装于传动主轴部分的浮动轴套开设有第一销连接孔，传动主轴对应销连接孔径向开设有第二销连接孔，浮动连接销穿接于第一销连接孔和第二销连接孔中，将浮动轴套与传动主轴连接起来；

动试样安装座与传动主轴相对的端面上开设有第一圆弧凹槽，传动主轴与动试样安装座相对的端面上开设有第二圆弧凹槽，浮动球设置在动试样安装座与传动主轴之间，且分别与第一圆弧凹槽和第二圆弧凹槽相接触。

优选的，动试样装夹机构还设置有球座，球座呈U形，且球座底壁上开设有球孔，球座套装于传动主轴上，球座对应第一销连接孔和/或第二销连接孔的位置径向开设有第三销连接孔，浮动连接销穿接于第一销连接孔、第三销连接孔和第二销连接孔中，浮动球外表面分别与球孔、第一圆弧凹槽和第二圆弧凹槽相接触。

优选的，浮动连接销直径小于第一销连接孔、第二销连接孔和第三销连接孔的直径；

动试样安装座上用于装夹动试样的动试样装夹口与动试样安装座中心相错开。

优选的，还设置有用于检测加载力大小的压力传感器，压力传感器固定于弹簧安装座上，传动轴轴向端部上具有受力块，所述球形接触面设置于受力块上，球形接触面与压力传感器相接触。