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专利摘要

本发明提供一种摩擦试验方法。摩擦试验方法包括：测试样品沿竖直方向对摩擦头加载；测试样品与摩擦头沿水平方向相互摩擦；获取悬臂梁的自由端的水平变形。由于第一电机和第二电机位于真空低温腔体外部，从而第一电机和第二电机的工作效果良好，第一电机和第二电机的工作热量不会影响低温试验环境，进而使得摩擦试验设备适用于真空低温环境，避免了在真空低温腔体内部安装电机。通过激光测距装置测量悬臂梁自由端的水平变形，由于激光测距装置位于真空低温腔体的外部，从而可以适用于真空低温腔体内的低温条件下的变形测量，进而避免了在真空低温腔体内安装测量传感器，同时可以保证极高的测试精度。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202010331618.1
申请日期:
2020-04-24
专利申请人:
清华大学
分类号:
G01N3/56
发明/设计人:
于卿源，陈新春，张晨辉，雒建斌
权利要求: 1.一种摩擦试验方法，其特征在于，所述摩擦试验方法通过摩擦试验设备实现，所述摩擦试验设备包括：悬臂梁，位于真空低温腔体内，所述悬臂梁的一端为固定端，另一端为自由端；摩擦头，固定在所述悬臂梁的自由端；滑台机构，用于固定测试样品；加载机构，包括：支撑组件，支撑所述滑台机构；第一内磁耦合件，位于所述真空低温腔体内部，所述第一内磁耦合件与所述支撑组件连接，用于带动所述支撑组件运动，以致带动所述滑台机构上的所述测试样品对所述摩擦头加载；第一外磁耦合件，位于所述真空低温腔体外部，以及第一电机，位于所述真空腔体外部，所述第一电机用于驱动所述第一外磁耦合件运动，以致所述第一外磁耦合件带动所述第一内磁耦合件运动；驱动机构，包括：第二内磁耦合件，位于所述真空低温腔体内部，所述第二内磁耦合件与所述滑台机构连接，用于带动所述滑台机构相对于所述支撑组件运动，以致所述测试样品与所述摩擦头相互摩擦；第二外磁耦合件，位于所述真空低温腔体外部；以及第二电机，位于所述真空腔体外部，所述第二电机用于驱动所述第二外磁耦合件运动，以致所述第二外磁耦合件带动所述第二内磁耦合件运动；以及激光测距装置，位于所述真空低温腔体外部，用于测量所述悬臂梁的自由端的水平变形；所述摩擦试验方法包括以下步骤：所述测试样品沿竖直方向对所述摩擦头加载：所述第一电机驱动所述第一外磁耦合件沿竖直方向运动，所述第一外磁耦合件带动所述第一内磁耦合件沿竖直方向运动，所述第一内磁耦合件带动所述支撑组件沿竖直方向运动，所述支撑组件带动所述滑台机构沿竖直方向运动，以致所述测试样品沿竖直方向对所述摩擦头加载；所述测试样品与所述摩擦头沿水平方向相互摩擦：所述第二电机驱动所述第二外磁耦合件沿水平方向做往复运动，所述第二外磁耦合件带动所述第二内磁耦合件沿水平方向做往复运动，所述第二内磁耦合件带动所述滑台机构沿水平方向做往复运动，以致所述测试样品与所述摩擦头沿水平方向反复相互摩擦；获取所述悬臂梁的自由端的水平变形：在所述测试样品与所述摩擦头沿水平方向相互摩擦时，所述激光测距装置实时测量并采集所述悬臂梁的自由端的水平变形。2.根据权利要求1所述的摩擦试验方法，其特征在于，在所述测试样品沿竖直方向对所述摩擦头加载的步骤之前，所述摩擦试验方法还包括水平刚度标定，所述水平刚度标定包括以下步骤：在水平标定样品托内装夹水平标定样品，将所述水平标定样品托装夹在所述滑台机构；在传感器样品托上装夹压力传感器，将所述传感器样品托装夹在所述悬臂梁的自由端；所述驱动机构驱动所述滑台机构沿水平方向运动，以致所述滑台机构带动所述水平标定样品沿水平方向运动至多个不同的水平标定位置，以致所述水平标定样品在所述多个不同的水平标定位置处沿水平方向对所述压力传感器加载；所述水平标定样品在所述多个不同的水平标定位置处沿水平方向对所述压力传感器加载时，所述压力传感器在所述多个不同的水平标定位置处测量并输出来自所述水平标定样品的水平加载力，所述激光测距装置测量和采集所述悬臂梁的自由端在所述多个不同的水平标定位置处的水平变形；根据所述压力传感器在所述多个不同的水平标定位置处测量并输出的水平加载力和所述悬臂梁的自由端在所述多个不同的水平标定位置处的水平变形获得所述悬臂梁的水平刚度。3.根据权利要求2所述的摩擦试验方法，其特征在于，所述摩擦试验方法还包括：根据所述悬臂梁的水平刚度和所述测试样品与所述摩擦头沿水平方向相互摩擦时的所述悬臂梁的自由端的水平变形获得所述测试样品与所述摩擦头沿水平方向相互摩擦时的摩擦力信息。4.根据权利要求3所述的摩擦试验方法，其特征在于，所述摩擦试验方法还包括：根据所述摩擦头沿水平方向相互摩擦时的摩擦力信息和所述激光测距装置的采样频率获得摩擦系数曲线。5.根据权利要求1所述的摩擦试验方法，其特征在于，在所述测试样品沿竖直方向对所述摩擦头加载的步骤之前，根据所述测试样品沿竖直方向对所述摩擦头加载所需的载荷和所述悬臂梁的竖直刚度计算所述加载机构沿竖直方向所需移动的位移。6.根据权利要求5所述的摩擦试验方法，其特征在于，所述测试样品沿竖直方向对所述摩擦头加载的步骤具体为：所述测试样品与所述摩擦头正好接触时，控制所述加载机构沿竖直方向按照所述所需移动的位移移动。7.根据权利要求6所述的摩擦试验方法，其特征在于，所述摩擦试验方法还包括接触判断，其中，所述接触判断包括：所述加载机构带动所述滑台机构沿竖直方向运动，使所述测试样品沿竖直方向朝向所述摩擦头运动；在所述测试样品到达第一预定位置时，所述加载机构停止带动所述滑台机构运动；敲击试验测试台，并在敲击所述试验测试台之前开启所述激光测距装置或在敲击所述试验测试台的同时开启所述激光测距装置，以致所述激光测距装置测量所述悬臂梁的自由端的竖直位移随时间的变化；根据所述悬臂梁的自由端的竖直位移随时间的变化趋势判断所述测试样品在所述第一预定位置时是否与所述摩擦头正好接触。8.根据权利要求7所述的摩擦试验方法，其特征在于，所述摩擦试验方法还包括：若所述测试样品未与所述摩擦头接触，则重复所述加载机构带动所述滑台机构沿竖直方向运动，使所述测试样品沿竖直方向朝向所述摩擦头运动的步骤。9.根据权利要求7所述的摩擦试验方法，其特征在于，所述摩擦试验方法还包括：若所述测试样品与所述摩擦头接触且与所述摩擦头抵接，则所述加载机构带动所述滑台机构运动，使所述测试样品沿竖直方向朝背向所述摩擦头的方向运动，在所述测试样品到达第二预定位置时，所述加载机构停止带动所述滑台机构运动；重复所述敲击试验测试台，并在敲击所述试验测试台之前开启所述激光测距装置或在敲击所述试验测试台的同时开启所述激光测距装置，以致所述激光测距装置测量所述悬臂梁的自由端的位移信息随时间的变化的步骤。10.根据权利要求5所述的摩擦试验方法，其特征在于，所述摩擦试验方法还包括竖直刚度标定，所述竖直刚度标定包括：在竖直标定样品托内装夹竖直标定样品，将所述竖直标定样品托装夹在所述滑台机构；在传感器样品托上装夹压力传感器，将所述传感器样品托装夹在所述悬臂梁的自由端；所述加载机构带动所述滑台机构沿竖直方向运动，以致所述滑台机构带动所述竖直标定样品沿竖直方向运动至多个不同的竖直标定位置，以致所述竖直标定样品在所述多个不同的竖直标定位置处沿竖直方向对所述压力传感器加载；所述竖直标定样品运动至所述多个不同的竖直标定位置处时，所述加载机构输出自身的位移信息，所述压力传感器在所述多个不同的竖直标定位置处测量并输出来自所述竖直标定样品的竖直加载力；根据所述竖直标定样品运动至所述多个不同的预定位置处时所述压力传感器测量并输出的竖直加载力和所述加载机构输出自身的位移信息获得所述悬臂梁的竖直刚度。