本发明专利技术公开了一种全海深模拟摩擦磨损试验台的试验力加载及测量装置，主要包括试验力加载组件与测量组件；加载组件通过环形加载缸实现同侧、异轴式加载，既能减少密封数量，同时也保证了驱动轴的刚度；同时，驱动轴采用复合材料、非接触式密封结构，排除了接触密封对摩擦力矩传递与测量的干扰。试验力测量组件将加载力的测量转变为高压釜外的活塞杆位移测量，加载力的传递与测量过程相对独立，排除了高压密封所产生的摩擦力、摩擦力矩对加载力测量的干扰。因此，本发明专利技术能够在全海深模拟摩擦磨损试验台上，实现摩擦力矩、加载力在高压釜体内、外之间的精确传递与准确测量，解决深海环境下的摩擦学试验难题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于摩擦磨损试验台设计领域，具体涉及一种模拟超高压海洋环境下的摩擦磨损试验台的弹簧加载组件。
技术介绍
随着陆上各类资源日益枯竭，进行海洋资源的勘探、开采对改善人类生存和发展环境具有重要战略意义。2016年，我国科技部启动了全海深相关装备的研究工作。因为海洋装备，尤其是深海装备是海洋技术发展的基础，而深海材料又是海洋装备研制的基础。目前，深海装备中部分关键元、器件的摩擦副直接在苛刻的海洋环境下工作，如海水泵的滑靴/斜盘、柱塞/柱塞套、潜器浮力调节组件、系泊链等，材料的摩擦磨损、腐蚀及其相互作用严重制约着深海装备的效率和可靠性。然后，现有摩擦学理论尚未延伸至深海领域，人们缺乏对材料，特别是高分子、陶瓷等新型材料在深海水环境中的摩擦学性能、失效机理的组件认识。摩擦副的陆地设计经验难以适用大深度条件高压低温环境，，不合适的理论可能导致深海装备关键运动副的失效，从而降低深海装备的可靠性。因此，同步进行摩擦磨损试验和动态腐蚀试验，探索材料在极端海洋环境下的摩擦磨损行为、规律以及服役失效机理，从具有迫切的需求，然而目前国内外报告暂无有关全海深摩擦学的研究以及全海深模拟摩擦试验台。因此，需要急需开展“全海深模拟摩擦试验台”的研制工作。模拟海洋环境摩擦磨损试验机采用高压泵压缩海水，在高压釜内模拟深海高压，试验试件放置在高压釜体内，加载组件、测量组件位于高压釜体外。因此，试验力、加载力需要在高压釜体内、外精确传递与准确测量。然而，运动部件在高压釜上的超高压密封多为接触密封，接触密封产生的轴向摩擦力及摩擦力矩难以从测量数据中剔除，直接影响试验力、加载力的测量精度。如何解决高压密封与试验力、加载力的精确传递之间的矛盾，是深海摩擦试验台设计的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全海深模拟摩擦磨损试验台的加载组件，旨在解决试验力、加载力的传递与高压密封之间的矛盾，实现试验力和加载力在高压釜体内外的精确传递与准确测量。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种全海深模拟摩擦磨损试验台的试验力加载及测量装置，用于对高压釜内的试件施加试验力以及对该试验力进行测量，包括：试件调整座、大轴承、圆柱销、小轴承、支撑套筒、上弹簧座、轴套、下弹簧座、测量弹簧、驱动轴、弹簧压缩量测量组件；驱动轴上部轴端沿径向凸出成为一个安装台；试件调整座位于安装台上方，试件调整座的下端面与安装台的上端面存在轴向间距；大轴承、小轴承均位于安装台下方，小轴承套在大轴承的轴孔内；大轴承的动圈上端面与安装台下端面接触，小轴承的动圈上端面与安装台下端面之间存在轴向间距；圆柱销有至少两个，均穿过安装台且与安装台之间存在较大间隙以使二者不接触，并沿安装台周向均匀分布；圆柱销上端插在试件调整座下端，与试件调整座为过盈配合，圆柱销下端固定在小轴承的动圈上端面；小轴承的上端面与试件调整座下端面之间的距离大于安装台厚度；上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座从上至下依次设在支撑套筒内部，测量弹簧上下两端分别与上弹簧座和下弹簧座抵接；支撑套筒顶部设有开孔，上弹簧座上端面裸露在开孔处，上弹簧座的下部被支撑套筒的顶部限制在支撑套筒内；大轴承的定圈固定在支撑套筒上端面，小轴承的定圈固定在上弹簧座的上端面，支撑套筒顶部的开孔直径大于小轴承的外径；驱动轴的轴杆部分从上至下依次穿过小轴承、上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座、轴套，且与小轴承、上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座之间均存在间隙，驱动轴的轴杆部分与轴套内壁形成间隙密封，以使海水从间隙密封处泄漏带走摩擦产生的热量；弹簧压缩量测量组件用于测量弹簧受压时的压缩量。进一步地，弹簧压缩量测量组件包括测微螺母、受力螺母、活塞杆、锁紧螺母；下部具有精密测量螺纹的部分为测量螺杆，测量螺杆与测微螺母通过精密测量螺纹连接；锁紧螺母套在活塞杆外部且同轴设置，受力螺母与活塞杆通过普通螺纹连接；活塞杆的上端面抵接在轴套下端面上，驱动轴穿过活塞杆。进一步地，还包括固定螺钉、调整球、试件支座；试件支座通过固定螺钉活动地安装在试件调整座上端，试件支座和试件调整座的对接面上开设有用于安装调整球的球形凹槽，安装调整球安装于球形凹槽中，试件支座可以绕调整球的球心转动。进一步地，还包括密封和散热组件，密封和散热组件包括：锁紧螺母、第一O形圈、第二O形圈、回水管接头、活塞杆、J形密封环；锁紧螺母套在轴套和活塞杆上，活塞杆的上端面抵接在轴套下端面上；第一O型圈套在J型密封环上部的环形缺口上，J型密封环套在轴套上且抵接锁紧螺母上端面；锁紧螺母上部设有外螺纹用于与高压釜进行安装对接；锁紧螺母径向开设有连通锁紧螺母与活塞杆之间间隙的回水口，回水管接头安装在回水口上，端面用第二O形圈密封。进一步地，活塞杆上沿径向开有通流孔，通流孔位于回水口上方，连通锁紧螺母与活塞杆之间的间隙和活塞杆与驱动轴之间的间隙；活塞杆内圆柱面上位于回水口下方设有迷宫密封环对活塞杆与驱动轴之间的间隙进行轴向密封；通锁紧螺母与活塞杆之间位于回水口下方设有第三O形圈，锁紧螺母与活塞杆之间的间隙进行动密封。进一步地，驱动轴为不锈钢基体表面喷涂硬质合金的复合结构，轴套为氮化硅陶瓷材料。进一步地，驱动轴的基体为不锈钢17-4PH，驱动轴表面材料为喷涂或熔覆于基体表面的陶瓷或硬质合金，轴套为氮化硅陶瓷材料。本专利技术的技术效果有：1.试验力测量组件和加载组件相对独立，且测量组件将测量法向加载力转变为高压釜外测量活塞杆的位移，排除了高圧密封产生的摩擦力、摩擦力矩对测量的干扰，从而保证加载力的精确测量；2.下面的试件同时作旋转运动与轴向移动，其动力组件位于高压釜同侧，但不共用同一驱动轴，细长驱动轴仅承受驱动力矩；这种同侧、异轴驱动结构较之传统摩擦试验台异侧驱动结构，既减少动密封数量，同时也保证了驱动轴的刚度，避免其受压变形与璧面接触，产生附加，影响加载力在高压釜体内、外的精确传递与准确测量；3.受力螺母与测量螺杆端面构成行程定位，准确保证弹簧压缩量，从而实现加载力的精确传递与准确测量，受力螺母与测量螺杆分离，更好的保证测量精度；4.驱动驱动轴与高压釜通过氮化硅陶瓷内衬形成间隙密封，与传统摩擦试验台加载组件相比，不存在接触密封；避免了高压密封产生的摩擦力影响试验力和加载力的测量精度；同时也能排除密封件在组件运行过程中的无规律磨损导致摩擦力波动，干扰加载力的测量；5.旋转驱动轴采用复合材料结构，不锈钢基体为17-4PH，驱动轴表面材料为喷涂或熔覆于基体表面的陶瓷或硬质合金，使驱动轴可承受较大扭矩，同时具有良好的摩擦学性能；6.安装在旋转驱动轴上的自适应调心组件，能够保证上、下试件有效接触，并提供始终垂直于接触面的加载力。附图说明附图1为本专利技术的试验力加载及测量装置的一个应用实例示意图；附图2为本专利技术的试验力加载组件和测量组件的剖视示意图；附图3为本专利技术的密封、冷却组件剖视示意图；附图4为本专利技术的加载缸活塞杆结构剖视示意图；附图5为本专利技术的弹簧压缩量测量组件剖视示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全海深模拟摩擦磨损试验台的试验力加载及测量装置，用于对高压釜内的试件施加试验力以及对该试验力进行测量，其特征在于，包括：试件调整座、大轴承、圆柱销、小轴承、支撑套筒、上弹簧座、轴套、下弹簧座、测量弹簧、驱动轴、弹簧压缩量测量组件；驱动轴上部轴端沿径向凸出成为一个安装台；试件调整座位于安装台上方，试件调整座的下端面与安装台的上端面存在轴向间距；大轴承、小轴承均位于安装台下方，小轴承套在大轴承的轴孔内；大轴承的动圈上端面与安装台下端面接触，小轴承的动圈上端面与安装台下端面之间存在轴向间距；圆柱销有至少两个，均穿过安装台且与安装台之间存在较大间隙以使二者不接触，并沿安装台周向均匀分布；圆柱销上端插在试件调整座下端，与试件调整座为过盈配合，圆柱销下端固定在小轴承的动圈上端面；小轴承的上端面与试件调整座下端面之间的距离大于安装台厚度；上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座从上至下依次设在支撑套筒内部，测量弹簧上下两端分别与上弹簧座和下弹簧座抵接；支撑套筒顶部设有开孔，上弹簧座上端面裸露在开孔处，上弹簧座的下部被支撑套筒的顶部限制在支撑套筒内；大轴承的定圈固定在支撑套筒上端面，小轴承的定圈固定在上弹簧座的上端面，支撑套筒顶部的开孔直径大于小轴承的外径；驱动轴的轴杆部分从上至下依次穿过小轴承、上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座、轴套，且与小轴承、上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座之间均存在间隙，驱动轴的轴杆部分与轴套内壁形成间隙密封，以使海水从间隙密封处泄漏带走摩擦产生的热量；弹簧压缩量测量组件用于测量弹簧受压时的压缩量。...
【技术特征摘要】
1.一种全海深模拟摩擦磨损试验台的试验力加载及测量装置，用于对高压釜内的试件施加试验力以及对该试验力进行测量，其特征在于，包括：试件调整座、大轴承、圆柱销、小轴承、支撑套筒、上弹簧座、轴套、下弹簧座、测量弹簧、驱动轴、弹簧压缩量测量组件；驱动轴上部轴端沿径向凸出成为一个安装台；试件调整座位于安装台上方，试件调整座的下端面与安装台的上端面存在轴向间距；大轴承、小轴承均位于安装台下方，小轴承套在大轴承的轴孔内；大轴承的动圈上端面与安装台下端面接触，小轴承的动圈上端面与安装台下端面之间存在轴向间距；圆柱销有至少两个，均穿过安装台且与安装台之间存在较大间隙以使二者不接触，并沿安装台周向均匀分布；圆柱销上端插在试件调整座下端，与试件调整座为过盈配合，圆柱销下端固定在小轴承的动圈上端面；小轴承的上端面与试件调整座下端面之间的距离大于安装台厚度；上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座从上至下依次设在支撑套筒内部，测量弹簧上下两端分别与上弹簧座和下弹簧座抵接；支撑套筒顶部设有开孔，上弹簧座上端面裸露在开孔处，上弹簧座的下部被支撑套筒的顶部限制在支撑套筒内；大轴承的定圈固定在支撑套筒上端面，小轴承的定圈固定在上弹簧座的上端面，支撑套筒顶部的开孔直径大于小轴承的外径；驱动轴的轴杆部分从上至下依次穿过小轴承、上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座、轴套，且与小轴承、上弹簧座、测量弹簧、下弹簧座之间均存在间隙，驱动轴的轴杆部分与轴套内壁形成间隙密封，以使海水从间隙密封处泄漏带走摩擦产生的热量；弹簧压缩量测量组件用于测量弹簧受压时的压缩量。2.如权利要求1所述的一种全海深模拟摩擦磨损试验台的试验力加载及测量装置，其特征在于，弹簧压缩量测量组件包括测微螺母、受力螺母、活塞杆、锁紧螺母；下部具有精密测量螺纹的部分为测量螺杆，测量螺杆与测微螺母通过精密测量螺纹连接；锁紧螺母套在活塞杆外部且同轴设置，受力螺母与...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，吴德发，刘银水，李超，程谦，庞浩，苗娜，牛国贤，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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