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专利摘要

本发明提供一种低温大温变关节轴承测试平台及关节轴承的观测方法。该低温大温变关节轴承测试平台包括：运动与载荷模拟系统；环境测量与控制系统；可编程逻辑控制器；上位机；以及测量与数据采集系统，包括转移膜在线观测装置，所述转移膜在线观测装置用于低温、大温变、真空、气氛环境下对所述关节轴承的内圈外表面进行在线观测，并与所述上位机连接，进行观测数据的分析与处理。实现低温、大温变、真空、气氛环境下关节轴承内圈外表面转移膜成分、形态、厚度等的在线观测，避免离线观测造成的样品污染、无法持续观测等问题，为研究特殊工况环境下关节轴承的自润滑机理及失效形式提供手段，提高关节轴承的使用性能。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN201911094997.0
申请日期:
2019-11-11
专利申请人:
清华大学
分类号:
G01M13/04 ; G01D21/02
发明/设计人:
崔文岩，马天宝，陈新春，胡元中，雒建斌
权利要求: 1.一种低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，适用于在低温、大温变、真空、气氛环境下对关节轴承试验，所述低温大温变关节轴承测试平台包括：运动与载荷模拟系统，所述运动与载荷模拟系统用于低温、大温变、真空、气氛环境下夹持所述关节轴承，并实现所述关节轴承运动加载；环境测量与控制系统，与所述运动与载荷模拟系统配合，用于测量与控制所述关节轴承所处的低温、大温变、真空、气氛环境，使得所述关节轴承处于低温、大温变、真空、气氛环境下进行试验与测量；可编程逻辑控制器，与所述运动与载荷模拟系统、环境测量与控制系统电连接，实现所述关节轴承试验中运动与载荷、环境温度与气氛环境的控制；上位机，与所述可编程逻辑控制器电连接，使所述可编程逻辑控制器获取所述上位机的控制指令并执行，并将获取的数据信号传输给所述上位机；以及测量与数据采集系统，包括转移膜在线观测装置，所述转移膜在线观测装置用于低温、大温变、真空、气氛环境下对所述关节轴承的内圈外表面进行在线观测，并与所述上位机连接，进行观测数据的分析与处理；其中，所述转移膜在线观测装置包括观测关节轴承、观测轴承夹装组件、观测环境组件以及观测组件，所述观测组件包括观测仪器移动台、安装于所述观测仪器移动台的扫描调焦位移平台以及安装于所述扫描调焦位移平台的观测仪器，进行在线观测时，所述观测仪器移动台与安装支座连接，所述扫描调焦位移平台带动所述观测仪器对所述观测关节轴承内圈外表面的特定微区进行观测或进行区域扫描成像。2.根据权利要求1所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述运动与载荷模拟系统包括安装支座、悬臂主轴机构、轴承夹装构件、载荷施加机构以及外圈摆动机构，所述悬臂主轴机构、所述载荷施加机构、所述外圈摆动机构的轴线相互垂直，并通过所述的轴承夹装构件相互连接；所述悬臂主轴机构设置于所述安装支座，所述悬臂主轴机构的一端安装所述关节轴承的内圈，用于实现所述关节轴承的内圈的摆动与转动；所述轴承夹装构件用于夹装所述关节轴承外圈，并与所述外圈摆动机构连接；所述载荷施加机构设置于所述安装支座，加载时与所述轴承夹装构件抵接，用于对所述关节轴承载荷的施加；所述外圈摆动机构设置于所述安装支座及所述载荷施加机构，用于使所述关节轴承的外圈偏转或摆动。3.根据权利要求2所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述扫描调焦位移平台包括用于实现X向运动的X向位移平台、用于实现Y向运动的Y向位移平台以及用于实现Z向运动的Z向调焦升降平台，所述Z向调焦升降平台设置于所述Y向位移平台，所述Y向位移平台设置于所述X向位移平台，所述观测仪器安装于所述Z向调焦升降平台。4.根据权利要求2所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述观测关节轴承为半外圈结构，包括半外圈及完整内圈，所述半外圈结构可露出所述完整内圈的一部分用于在线观测，所述观测轴承夹装组件包括观测夹具主体及夹具压板，所述完整内圈安装于试验段主轴，所述半外圈安装于所述观测夹具主体并通过所述夹具压板固定，所述观测夹具主体运动的安装于所述运动与载荷模拟系统中的载荷施加滑台。5.根据权利要求4所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述观测环境组件包括观测真空腔门及观测低温室，所述观测真空腔门运动的安装于所述环境测量与控制系统中的真空腔体，所述观测真空腔门可与所述真空腔体形成密闭的真空室，所述观测真空腔门满足所述观测仪器的安装观测空间需求，所述观测低温室罩设于所述观测关节轴承及观测轴承夹装组件并安装于所述环境测量与控制系统中的低温室背板支架，所述观测真空腔门具有用于观测的第一观察窗，所述观测低温室具有用于观测的第二观察窗，所述第一观察窗与所述第二观察窗相对设置，所述观测仪器可透过所述第一观察窗及第二观察窗对所述完整内圈的外表面进行在线观测。6.根据权利要求5所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述观测仪器为傅里叶变换红外显微镜，所述傅里叶变换红外显微镜可同时实现对所述观测关节轴承的完整内圈外表面转移膜成分、形态、厚度的观测，当所述观测仪器为傅里叶变换红外显微镜时，所述第一观察窗及第二观察窗均为透红外光观察窗。7.一种观测关节轴承的观测方法，其特征在于，所述观测方法用于在低温、大温变、真空、气氛环境下测量观测关节轴承的完整内圈外表面转移膜成分、形态及厚度，应用于如权利要求1至6任一项所述的低温大温变关节轴承测试平台，所述观测方法包括如下步骤：将所述观测关节轴承安装于观测夹具主体以及试验段主轴中；关闭观测腔门，在要求气氛环境及温度下并对所述观测关节轴承进行摩擦试验，所述摩擦试验可同时实现摩擦系数及磨损量的测量；控制所述试验段主轴停止转动；对所述观测关节轴承的待测区域进行扫描，以获得所述观测关节轴承的完整内圈外表面的转移膜成分、形态及厚度分布。8.根据权利要求7所述的观测方法，其特征在于，将所述观测关节轴承安装于所述观测夹具主体以及试验段主轴中，包括如下步骤：使用夹具压板将所述观测关节轴承的半外圈安装于所述观测夹具主体；将所述观测夹具主体安装于载荷施加滑台；将所述观测关节轴承的完整内圈安装于所述试验段主轴；使所述观测夹具主体沿所述载荷施加滑台移动并对准所述观测关节轴承的完整内圈。9.根据权利要求7所述的观测方法，其特征在于，对所述观测关节轴承完整内圈的待测区域进行扫描，以获得所述观测关节轴承的转移膜成分及厚度，包括如下步骤：控制所述观测关节轴承的完整内圈转动至可观测位置；控制扫描调焦位移平台带动观测仪器对所述观测关节轴承的完整内圈外表面的待测区域各扫描微区进行观测，获得所述待测区域各扫描微区的红外谱图，根据红外谱图分析各扫描微区的转移膜成分；根据朗伯-比耳定律对所述红外谱图进行定量分析，获得所述观测关节轴承的扫描微区的转移膜的厚度。10.根据权利要求9所述的观测方法，其特征在于，所述观测方法还包括如下步骤：对所述红外谱图进行谱图识别、数据处理，获得所述观测关节轴承的转移膜各种成分的分布情况；根据各所述扫描微区的转移膜厚度，获得转移膜在所述观测关节轴承的完整内圈外表面的厚度分布。