CN115014762B - 超低温真空轴承试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低温真空轴承试验机。超低温真空轴承试验机包括：支撑模块；真空模块，包括由支撑模块支撑的真空容器和真空泵组；夹具模块，设置于真空容器内并用于夹持轴承试件；主轴模块，包括主轴和驱动机构，主轴穿设且固定有轴承试件的内圈，驱动机构位于真空容器外并由支撑模块支撑；内圈制冷模块，与主轴的一端连接，内圈制冷模块背离主轴的一端伸出真空容器外并由驱动机构驱动其转动；外圈制冷模块，设于夹具模块并用于对夹具模块制冷；加载模块，用于对夹具模块加载以至对轴承试件加载；及测量模块，设置于真空容器内并用于测量轴承试件的摩擦力矩。上述的超低温真空轴承试验机能实现真空、低温等特殊工况下轴承的摩擦力矩的测量。

Description

超低温真空轴承试验机

技术领域

本发明涉及轴承试验装置技术领域，特别是涉及超低温真空轴承试验机。

背景技术

轴承是旋转机构中的关键元件，在空间高真空、大跨度变温(-150℃～150℃)等复杂环境下，实现轴承的正常运转具有很大的挑战。

由于传统的油/脂润滑难以满足空间中真空、低温、大跨度变温等复杂环境下的润滑需求，而固体润滑则克服了油/脂润滑固有的缺点，因此，固体润滑轴承在深空探测器、太空望远镜等空间飞行器中广泛应用。

但是，目前对固体润滑轴承在真空、低温等特殊工况下摩擦力矩等性能测试较为缺乏，导致对固体润滑轴承的摩擦、磨损、润滑等机理研究尚不深入，固体润滑轴承的性能仍有待提高。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中对固体润滑轴承在真空、低温等特殊工况下摩擦力矩等性能测试较为缺乏的问题，提供一种超低温真空轴承试验机，能实现真空、低温等特殊工况下轴承的摩擦力矩的测量。

一种超低温真空轴承试验机，包括：

支撑模块；

真空模块，包括由所述支撑模块支撑的真空容器和与所述真空容器连接的真空泵组；

夹具模块，设置于所述真空容器内并用于夹持轴承试件的外圈；

主轴模块，包括主轴和驱动机构，所述主轴穿设且固定有所述轴承试件的内圈，所述驱动机构位于所述真空容器外并由所述支撑模块支撑；

内圈制冷模块，与所述主轴的一端连接，所述内圈制冷模块背离所述主轴的一端伸出所述真空容器外并由所述驱动机构驱动其转动；

外圈制冷模块，设于所述夹具模块并用于对所述夹具模块制冷；

加载模块，用于对所述夹具模块加载以至对所述轴承试件加载；及

测量模块，设置于所述真空容器内并用于测量所述轴承试件的摩擦力矩。

上述的超低温真空轴承试验机对轴承试件进行摩擦力矩测试时，夹具模块夹持轴承试件的外圈。主轴穿设且固定有轴承试件的内圈。驱动机构驱动内圈制冷模块背离主轴的一端转动，从而内圈制冷模块带动主轴共同绕主轴的中心轴线转动，进而轴承试件的内圈相对轴承试件的外圈转动且二者之间产生摩擦力矩。通过加载模块对夹具模块加载以至对轴承试件加载，从而测量模块能测得不同载荷时轴承试件的摩擦力矩。由于轴承试件置于真空容器内，通过真空泵组对真空容器抽真空，从而能为轴承试件的摩擦力矩测量提供真空工况。由于内圈制冷模块与主轴的一端连接，因此，来自内圈制冷模块的冷量则能够经主轴传递至轴承试件的内圈，为轴承试件的内圈降温。外圈制冷模块设于夹具模块并用于对夹具模块制冷，从而来自外圈制冷模块的冷量则能够经夹具模块传递至轴承试件的外圈，为轴承试件的外圈降温。内圈制冷模块和外圈制冷模块的共同作用使得轴承试件的外圈和内圈同时降温，从而外圈和内圈之间的温度均匀性较好，进而能够为轴承试件提供较为理想的超低温工况。由此可见，上述的超低温真空轴承试验机能实现真空、低温等特殊工况下轴承的摩擦力矩的测量。

在一实施例中，所述内圈制冷模块包括：

导冷室，设置于所述真空容器内并与所述主轴的一端连接；

空心轴，与所述导冷室背离所述主轴的一端连接并与所述导冷室导通，所述空心轴背离所述导冷室的一端伸出所述真空容器外并由所述驱动机构驱动其转动，所述空心轴伸出所述真空容器外的一端套设有压力桶，所述压力桶与所述空心轴连通，所述压力桶用于与抽气泵连接；及

液氮管，穿设于所述空心轴，所述液氮管的一端伸出所述空心轴并伸入所述导冷室内，所述液氮管的另一端伸出所述空心轴并用于连接液氮源；

其中，所述导冷室的内腔的腔底设置有凸柱，所述凸柱设有通孔，所述通孔的两端分别与所述导冷室的内腔和所述空心轴导通，所述液氮管的一端伸出所述通孔并伸出至所述凸柱的径向外侧。

在一实施例中，所述内圈制冷模块还包括温度传感器和导电滑环，所述导电滑环设置在所述空心轴伸出所述真空容器的一端，所述导冷室设置有所述温度传感器，所述温度传感器通过穿设在所述空心轴的测温导线与所述导电滑环的内环连接，所述导电滑环的外环用于连接至测量控制***；

所述超低温真空轴承试验机还包括内圈加热模块，所述内圈加热模块包括电加热件，所述电加热件设置于所述导冷室内，所述电加热件通过穿设在所述空心轴的加热导线与所述导电滑环的内环连接。

在一实施例中，所述夹具模块包括夹具主体和夹具外壳，所述夹具主体的内侧壁设有环形槽，所述环形槽用于与所述轴承试件的外圈配合，所述夹具外壳套设且固定于所述夹具主体外。

在一实施例中，所述夹具外壳设有液氮通道；

所述外圈制冷模块包括：

进液管，所述进液管的一端与所述夹具外壳连接并与所述液氮通道连通，所述进液管的另一端用于连接至所述真空容器上设置的真空转接头以至与所述真空容器外部的液氮源连接；

排气管，所述排气管的一端与所述夹具外壳连接并与所述液氮通道连通，排气管的另一端用于连接至所述真空容器上设置的真空转接头以至与所述真空容器外部连通；以及

温度传感器，所述夹具模块设置有所述温度传感器，所述温度传感器用于通过所述真空容器上设置的真空线缆接头连接至测量控制***；

所述的超低温真空轴承试验机还包括外圈加热模块，所述外圈加热模块包括电加热件，所述电加热件设置于所述夹具外壳内，所述电加热件通过所述真空容器上设置的真空线缆接头连接至测量控制***。

在一实施例中，所述主轴模块包括支撑轴承和轴承座，所述主轴的两端分别连接有支撑轴承，每个所述支撑轴承通过对应的所述轴承座连接于所述真空容器；所述主轴靠近所述内圈制冷模块的一端所连接的支撑轴承采用背装角接触轴承；所述主轴背离所述内圈制冷模块的一端所连接的支撑轴承采用圆柱滚子轴承。

在一实施例中，所述加载模块的数量为两个，其中一个为用于在所述轴承试件的径向加载的径向加载模块，另一个为用于在所述轴承试件的轴向加载的轴向加载模块；

所述加载模块包括电磁铁和衔铁以及电缸，所述电磁铁设置于所述真空容器，所述衔铁与所述夹具模块连接，所述电缸的输出端与所述电磁铁连接，所述电缸用于驱动所述电磁铁向靠近或远离所述衔铁的方向移动。

在一实施例中，所述电磁铁与所述衔铁相对设置，所述电磁铁面向所述衔铁的表面和所述衔铁面向所述电磁铁的表面均为部分球面。

在一实施例中，所述电磁铁包括内磁铁、线圈及隔离壳体，所述线圈缠绕于所述内磁铁外侧，所述内磁铁和所述线圈均位于所述隔离壳体内，所述内磁铁的一端与所述衔铁相对设置，所述隔离壳体靠近所述衔铁的一端与所述内磁铁密封连接；

所述加载模块还包括调节波纹管，所述调节波纹管设置在所述隔离壳体背离所述衔铁的一侧，所述调节波纹管的一端与所述隔离壳体密封连接，所述调节波纹管的另一端与真空容器密封连接，所述调节波纹管的内侧与真空容器外部连通且与所述隔离壳体内侧连通。

在一实施例中，所述测量模块包括：

传力梁，所述传力梁的一端与所述夹具模块连接，另一端向所述夹具模块的径向外侧延伸；

传感器支撑部，所述传感器支撑部设置于所述真空容器；

力传感器，所述力传感器设置于所述传感器支撑部；

压力杆，所述压力杆的一端与所述力传感器固定连接；以及

施力球，所述压力杆的另一端面向所述传力梁并与所述施力球固定连接；

所述轴承试件的内圈与外圈相对转动时的摩擦力矩能使所述传力梁向挤压所述施力球的方向转动。

附图说明

图1为一实施例的超低温真空轴承试验机的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图2的B-B剖视图；

图5为图1中超低温真空轴承试验机的内圈制冷模块的结构示意图；

图6为图1中超低温真空轴承试验机的主轴模块的结构示意图；

图7为图1中超低温真空轴承试验机的夹具模块的结构示意图；

图8为图1中超低温真空轴承试验机的驱动机构的结构示意图；

图9为图1中超低温真空轴承试验机的径向加载模块的结构示意图；

图10为图1中超低温真空轴承试验机的轴向加载模块的结构示意图；

图11为图1中超低温真空轴承试验机的测量模块的结构示意图；

图12为图11中的测量模块测量轴承试件的摩擦力矩的受力分析示意图；

图13为图11中的球托组件的结构示意图。

附图标记说明：超低温真空轴承试验机1；支撑模块10；真空模块20；真空容器21；真空泵组22；分子泵221；磁流体密封装置23；夹具模块30；夹具主体31；夹具主体31的外周面310；环形槽301；主体部分311；端盖部分312；夹具外壳32；主轴模块40；主轴41；支撑轴承42；下支撑轴承421；上支撑轴承422；轴承座43；下轴承座431；下轴承座支撑部4311；上轴承座432；上轴承座支撑部4321；隔热套44；内隔热套441；外隔热套442；驱动机构45；电机451；电机支撑板4511；主动轮452；从动轮453；张紧轮454；内圈制冷模块50；导冷室51；内腔510；凸柱511；通孔512；空心轴52；转接波纹管521；液氮管53；压力桶54；转接法兰541；导电滑环55；外圈制冷模块60；进液管61；排气管62；加载模块70；电磁铁71；内磁铁711；线圈712；隔离壳体713；衔铁72；电缸73；加载力传感器74；调节波纹管75；连接杆76；导向结构77；径向加载模块70a；径向电磁铁71a；径向内磁铁711a；径向线圈712a；径向隔离壳体713a；径向衔铁72a；径向电缸73a；径向电缸支撑部731a；径向加载力传感器74a；径向调节波纹管75a；径向连接杆76a；径向导向结构77a；轴向加载模块70b；轴向电磁铁71b；轴向内磁铁711b；轴向线圈712b；轴向隔离壳体713b；轴向衔铁72b；轴向加载座721；轴向电缸73b；轴向电缸支撑部731b；支撑立柱7311；承压板7312；轴承电缸安装座732；补偿波纹管733；轴向加载力传感器74b；轴向调节波纹管75b；轴向连接杆76b；轴向导向结构77b；导向柱771；导向直线轴承772；测量模块80；传力梁81；力传感器82；传感器支撑部821；传感器适配台822；压力杆83；压力杆适配台831；球托组件84；球托底架841；球托螺杆842；施力球85；配重块86；轴承试件2；内圈2b；外圈2a。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请结合图1至图12，本申请一实施例提供一种超低温真空轴承试验机1。超低温真空轴承试验机1用于对轴承试件2进行真空、低温等特殊工况下的摩擦力矩测量。超低温真空轴承试验机1包括：支撑模块10、真空模块20、夹具模块30、主轴模块40、内圈制冷模块50、外圈制冷模块60、加载模块70及测量模块80。

真空模块20包括由支撑模块10支撑的真空容器21和与真空容器21连接的真空泵组22。夹具模块30设置于真空容器21内并用于夹持轴承试件2的外圈2a。主轴模块40包括主轴41和驱动机构45。主轴41穿设且固定有轴承试件2的内圈2b，驱动机构45位于真空容器21外并由支撑模块10支撑。内圈制冷模块50与主轴41的一端连接。内圈制冷模块50背离主轴41的一端伸出真空容器21外并由驱动机构45驱动其转动。外圈制冷模块60设于夹具模块30并用于对夹具模块30制冷。加载模块70用于对夹具模块30加载以至对轴承试件2加载。测量模块80设置于真空容器21内并用于测量轴承试件2的摩擦力矩。

上述的超低温真空轴承试验机1对轴承试件2进行摩擦力矩测试时，夹具模块30夹持轴承试件2的外圈2a。主轴41穿设且固定有轴承试件2的内圈2b。驱动机构45驱动内圈制冷模块50背离主轴41的一端转动，从而内圈制冷模块50带动主轴41共同绕主轴41的中心轴线转动，进而轴承试件2的内圈2b相对轴承试件2的外圈2a转动且二者之间产生摩擦力矩。通过加载模块70对夹具模块30加载以至对轴承试件2加载，从而测量模块80能测得不同载荷时轴承试件2的摩擦力矩。由于轴承试件2置于真空容器21内，通过真空泵组22对真空容器21抽真空，从而能为轴承试件2的摩擦力矩测量提供真空工况。由于内圈制冷模块50与主轴41的一端连接，因此，来自内圈制冷模块50的冷量则能够经主轴41传递至轴承试件2的内圈2b，为轴承试件2的内圈2b降温。外圈制冷模块60设于夹具模块30并用于对夹具模块30制冷，从而来自外圈制冷模块60的冷量则能够经夹具模块30传递至轴承试件2的外圈2a，为轴承试件2的外圈2a降温。内圈制冷模块50和外圈制冷模块60的共同作用使得轴承试件2的外圈2a和内圈2b同时降温，从而外圈2a和内圈2b之间的温度均匀性较好，进而能够为轴承试件2提供较为理想的超低温工况。由此可见，上述的超低温真空轴承试验机1能实现真空、低温等特殊工况下轴承的摩擦力矩的测量。

如图1、图3及图4所示，在本实施例中，支撑模块10包括多个相互连接的方管。

轴承试件2可以是滚动轴承、关节轴承等。值得说明的是，轴承试件2为固体润滑轴承。

请结合图5和图6，在一实施例中，内圈制冷模块50包括导冷室51、空心轴52、液氮管53。导冷室51设置于真空容器21内。导冷室51连接于主轴41和空心轴52之间并与空心轴52导通，空心轴52背离导冷室51的一端伸出真空容器21外并由驱动机构45驱动其转动。液氮管53穿设于空心轴52，其一端伸出空心轴52并伸入导冷室51内，另一端伸出空心轴52外并用于连接液氮源(未示出)。

具体地，在图5中，导冷室51的上端与主轴41的下端连接，导冷室51的下端与空心轴52的上端连接并导通。空心轴52的上端位于真空容器21内，下端伸出真空容器21外。结合图6，液氮管53穿设在空心轴52内，液氮管53的上端伸出空心轴52的上端并伸入导冷室51的内腔510，液氮管53的下端伸出空心轴52的下端外并用于连接液氮源。

通过液氮源向液氮管53通入液氮，则液氮经液氮管53流入导冷室51的内腔510，来自液氮的冷量则依次经导冷室51、主轴41传递至轴承试件2的内圈2b，从而能对轴承试件2的内圈2b降温。液氮制冷后气化形成的氮气经导冷室51与空心轴52的连通处进入空心轴52并从空心轴52排出至真空容器21外。

请参考图6，在一实施例中，导冷室51的内腔510的腔底设置有凸柱511，凸柱511设有通孔512，通孔512的两端分别与导冷室51的内腔510和空心轴52导通，液氮管53的一端伸出通孔512并伸出至凸柱511的径向外侧。

具体地，凸柱511向上凸出于内腔510的腔底。通孔512的上端与内腔510导通。通孔512的下端与空心轴52导通。液氮管53的上端伸出通孔512的上端，并伸出至凸柱511的径向外侧，从而液氮管53的上端伸入至内腔510，进而来自液氮管53的液氮进入导冷室51的内腔510时由于重力作用累积在内腔510的腔底。由于凸柱511向上凸出于内腔510的腔底，从而当腔底累积的液氮的液面不高于凸柱511时，凸柱511能够阻挡液氮从内腔510流入空心轴52内，进而能保证液氮的有效利用。液氮气化后形成的氮气则能够经通孔512进入空心轴52从而经空心轴52排出。

请参考图5，在一实施例中，内圈制冷模块50还包括转接波纹管521。转接波纹管521连接于导冷室51与空心轴52之间，用于补偿空心轴52与导冷室51之间的装配误差。

请参考图5，在一实施例中，空心轴52伸出真空容器21外的一端通过一轴承与支撑模块10转动连接，从而能得到支撑模块10的支撑，使得空心轴52的转动过程稳定。

请参考图5，在一实施例中，空心轴52伸出真空容器21外的一端套设有压力桶54。空心轴52的内部与压力桶54的内腔连通。压力桶54用于与抽气泵(未示出)连接。通过抽气泵对压力桶54内抽气，从而使得压力桶54、空心轴52内形成负压，进而使得导冷室51内由液氮气化的氮气快速经空心轴52、压力桶54被抽走从而排出。

如图5所示，在一实施例中，压力桶54的侧壁设置有转接法兰541，转接法兰541用于与抽气泵连接，从而方便抽气泵与压力桶54连接。

在一实施例中，液氮管53所连接的液氮源为液氮桶，该液氮桶与大气连通。抽气泵对压力桶54内抽气时，压力桶54、空心轴52及导冷室51内均为负压，从而，大气压使得液氮桶内的液氮压入液氮管53并从液氮管53压入导冷室51内。

请参考图5，在一实施例中，内圈制冷模块50还包括温度传感器(未示出)和导电滑环55。导电滑环55设置在空心轴52伸出真空容器21的一端。导冷室51、主轴41及轴承试件2的内圈2b中，任一者或任意多者上设置有温度传感器，该温度传感器通过穿设在空心轴52的测温导线与导电滑环55的内环连接，导电滑环55的外环连接至测量控制***，从而该温度传感器测得的温度数据能传输至测量控制***，进而便于根据温度传感器测得的温度数据控制内圈制冷模块50的制冷效果。导电滑环55的内环与外环能相对转动，从而导冷室51、主轴41及轴承试件2的内圈2b转动时，导电滑环55和测温导线共同转动，进而测温导线不会缠绕扭绞。

在一实施例中，超低温真空轴承试验机1还包括内圈加热模块(未示出)，内圈加热模块设置于内圈制冷模块50与主轴41连接的一端。内圈加热模块用于对内圈制冷模块50加热升温，从而通过内圈制冷模块50、主轴41、轴承试件2的内圈2b之间的热量传递，可以使得主轴41升温、轴承试件2的内圈2b升温，进而使得轴承试件2的内圈2b的温度变化范围更宽，即为轴承试件2的摩擦力矩测量提供了宽温域的工况条件。

请参考图5，在一实施例中，内圈加热模块包括电加热件(未示出)电加热件设置于导冷室51内。电加热件通过穿设在空心轴52的加热导线与导电滑环55的内环连接，导电滑环55的外环连接至测量控制***，从而能通过测量控制***控制电加热件的加热效果。导电滑环55的内环与外环能相对转动，从而空心轴52转动时，加热导线、导电滑环55的内环共同转动，进而加热导线不会缠绕扭绞。

电加热件可以贴附在导冷室51的内表面。电加热件例如是电加热片、电加热棒、电加热管等。

请参考图6和图7，在一实施例中，夹具模块30包括夹具主体31和夹具外壳32。夹具主体31的内侧壁设有环形槽301。环形槽301用于与轴承试件2的外圈2a配合。夹具外壳32套设在夹具主体31的外部并与夹具主体31固定连接。

具体地，轴承试件2位于夹具主体31内，且轴承试件2的外圈2a设置在该环形槽301内，从而该环形槽301的槽壁分别从径向和轴向夹持轴承试件2的外圈2a。

请参考图7，在一实施例中，夹具主体31的外周面310呈锥形，从而便于将夹具主体31装入夹具外壳32内和便于将夹具主体31从夹具外壳32内拆卸。

请参考图7，在一实施例中，夹具主体31包括沿轴向布置且固定连接的主体部分311和端盖部分312，主体部分311和端盖部分312共同围成环形槽301。在装配时，可先将轴承试件2装入主体部分311，再将端盖部分312顶紧轴承试件2的外圈2a并将主体部分311与端盖部分312固定连接，此时，则环形槽301的槽壁夹紧轴承试件2的外圈2a。由此可见，在本实施例中，通过主体部分311和端盖部分312共同围设环形槽301，在装配时，可以将端盖部分312顶紧轴承试件2的外圈2a，从而便于装配，且能使得夹具主体31对轴承试件2的夹持可靠。

在一实施例中，夹具外壳32内设有液氮通道(未示出)。请参考图6，外圈制冷模块60包括进液管61和排气管62。进液管61的一端与夹具外壳32连接并与液氮通道连通，进液管61的另一端用于连接至真空容器21上设置的真空转接头(未示出)以至与真空容器21外部的液氮源(未示出)连接。排气管62的一端与夹具外壳32连接并与液氮通道连通，排气管62的另一端用于连接至真空容器21上设置的真空转接头(未示出)以至与真空容器21外部连通。

来自液氮源的液氮经进液管61进入夹具外壳32内的液氮通道，从而，来自液氮的冷量经夹具外壳32、夹具主体31传递至轴承试件2的外圈2a，为轴承试件2的外圈2a降温。液氮通道的液氮制冷后气化形成的氮气经排气管62排出至真空容器21外部。

在一实施例中，排气管62的另一端通过真空容器21上设置的真空转接头与抽气泵(未示出)连接。通过抽气泵抽气，从而使得排气管62、液氮通道内形成负压，进而使得液氮通道内由液氮气化的氮气快速经排气管62被抽走从而排出。

在一实施例中，进液管61所连接的液氮源为液氮桶，该液氮桶与大气连通。抽气泵对排气管62内抽气时，液氮通道内为负压，从而，大气压使得该液氮桶内的液氮压入进液管61并从进液管61压入液氮通道内。

在一实施例中，外圈制冷模块60还包括温度传感器(未示出)。夹具模块30、轴承试件2的外圈2a中，任一者或任意多者上设置有温度传感器，该温度传感器通过真空容器21上设置的真空线缆接头(未示出)连接至外部的测量控制***，从而该温度传感器测得的温度数据能传输至测量控制***，进而便于根据温度传感器测得的温度数据控制外圈制冷模块60的制冷效果。

在一实施例中，超低温真空轴承试验机1还包括外圈加热模块(未示出)，外圈加热模块设置于夹具外壳32。外圈加热模块用于对夹具外壳32加热升温，从而通过夹具外壳32、夹具主体31、轴承试件2的外圈2a之间的热量传递，可以使得轴承试件2的外圈2a升温，进而使得轴承试件2的外圈2a的温度变化范围更宽，即为轴承试件2的摩擦力矩测量提供了宽温域的工况条件。

在一实施例中，外圈加热模块包括电加热件。电加热件设置于夹具外壳32内。电加热件通过真空容器21上设置的真空线缆接头(未示出)连接至外部的测量控制***，从而能通过测量控制***控制电加热件的加热效果。

电加热件可以贴附在夹具外壳32的内表面。电加热件例如是电加热片、电加热棒、电加热管等。

请参考图1和图2，在一实施例中，真空泵组22包括分子泵221和机械泵(未示出)，分子泵221与真空容器21连接，机械泵与分子泵221连接。通过机械泵与分子泵221可以对真空容器21抽高真空，从而为轴承试件2的摩擦力矩测量提供真空工况。

在一实施例中，真空容器21上设置有真空规(未示出)，真空规用于测量真空容器21内的真空度。根据真空规的测量结果则可以判断真空容器21内的真空度是否满足试验要求。

真空规通过有线连接方式连接至真空容器21外部的测量控制***，测量控制***根据真空规的测量结果则可以控制真空泵组22对真空容器21的抽真空程度，以使得真空容器21内的真空度满足试验要求。

请参考图1至图5，在一实施例中，真空模块20还包括磁流体密封装置23。磁流体密封装置23设置在真空容器21与内圈制冷模块50的连接处，用于对真空容器21与内圈制冷模块50的连接处实现动密封，以使真空容器21内保持良好的真空度。

具体在本实施例中，磁流体密封装置23设置在真空容器21与空心轴52的连接处，用于对真空容器21与空心轴52的连接处实现动密封。

在一实施例中，真空容器21上设置有氮气接口(未示出)，对真空容器21抽真空后，可通过氮气接口向真空容器21内充入氮气，从而为轴承试件2的摩擦力矩测量提供氮气氛围。

在一实施例中，对不同宽度规格的轴承试件2进行测试时，只需更换轴承试件2两端的轴套即可；对不同内径和外径规格的轴承试件2进行试验时，则需要更换主轴41和夹具模块30进行测试。

请参考图6，在一实施例中，主轴模块40还包括支撑轴承42和轴承座43。主轴41的两端分别连接有支撑轴承42。每个支撑轴承42通过对应的轴承座43连接于真空容器21。由于主轴41的两端分别通过支撑轴承42支撑，从而可以尽量减小主轴41转动时两端的圆周跳动，提高摩擦力矩的测量稳定性。

请参考图6，在一实施例中，主轴41靠近导冷室51一端(即下端)所连接的支撑轴承42为下支撑轴承421，其采用背装角接触轴承。因此，主轴41靠近导冷室51的一端(即下端)沿轴向的位置固定，使得主轴41转动时位置稳定。

请参考图6，在一实施例中，下支撑轴承421所连接的轴承座43为下轴承座431。下轴承座431通过下轴承座支撑部4311支撑并连接于真空容器21。下轴承座支撑部4311可设置在真空容器21底部。

请参考图6，在一实施例中，主轴41背离导冷室51的一端(即上端)所连接的支撑轴承42为上支撑轴承422，其采用圆柱滚子轴承。因此，主轴41背离导冷室51的一端(即上端)沿轴向的位置可浮动，从而可以用于补偿由于温度变化引起的主轴41的轴向变形。

请参考图6结合图3和图4，在一实施例中，上支撑轴承422所连接的轴承座43为上轴承座432。上轴承座432通过上轴承座支撑部4321支撑并连接于真空容器21。上轴承座支撑部4321可设置在真空容器21底部。

请参考图6，在一实施例中，主轴41外套设有隔热套44，用于减少主轴41的漏热。

请参考图6，在一实施例中，主轴41与下支撑轴承421的内圈之间设置有内隔热套441，用于减少主轴41与下支撑轴承421的内圈之间的漏热。

请参考图6，在一实施例中，下支撑轴承421的外圈与下轴承座431之间设置有外隔热套442，用于减少下支撑轴承421的外圈与下轴承座431之间的漏热。

请参考图8，在一实施例中，驱动机构45包括电机451和同步带轮机构。同步带轮机构包括主动轮452和从动轮453及同步带(未示出)。同步带环绕并张紧于主动轮452和从动轮453。电机451的输出轴与主动轮452同轴连接。从动轮453与空心轴52同轴连接。电机451驱动主动轮452转动，从而使得同步带带动从动轮453转动，从动轮453与空心轴52同轴转动。

请参考图8，在一实施例中，驱动机构45还包括张紧轮454，张紧轮454与同步带配合，用于使得同步带张紧。

请参考图8，在一实施例中，驱动机构45还包括电机支撑板4511。电机支撑板4511固定在支撑模块10上。电机451安装在电机支撑板4511上。

请参考图8，在一实施例中，空心轴52伸出真空容器21的一端通过一轴承与电机支撑板4511转动连接，从而间接地与支撑模块10转动连接。

请参考图3、4、9及10，在一实施例中，加载模块70包括：电磁铁71和衔铁72。电磁铁71设置于真空容器21。衔铁72与夹具模块30连接。电磁铁71通电时产生吸引衔铁72的磁性力，从而能通过电磁铁71与衔铁72之间的磁性力对夹具模块30加载，以至对轴承试件2加载。电磁铁71断电时失去磁性力，从而可以对轴承试件2卸载。

通过电磁铁71与衔铁72之间的磁性力对轴承试件2加载，电磁铁71与衔铁72之间可以不接触，从而能实现非接触式加载，避免了因加载造成的测量误差。

加载模块70可以是用于对轴承试件2径向加载的径向加载模块70a，也可以是用于对轴承试件2轴向加载的轴向加载模块70b。

在一实施例中，电磁铁71面向衔铁72的表面和衔铁72面向电磁铁71的表面均为部分球面，从而在电磁铁71和衔铁72装配时，可以通过二者相对的两个部分球面自校正而补偿加工和装配等原因造成的偏斜问题。

请参考图3、4、9及10，在一实施例中，加载模块70还包括电缸73，电缸73的输出端与电磁铁71连接，电缸73用于驱动电磁铁71移动以调整电磁铁71与衔铁72之间的磁隙，从而可以调整电磁铁71与衔铁72之间的磁性力，进而可以调整对轴承试件2加载的载荷大小。

此外，还可以通过调整电磁铁71通电时的电流大小来调整电磁铁71与衔铁72之间的磁性力，从而调整对轴承试件2加载的载荷大小。

而且，由于通过调整电磁铁71通电时的电流大小来调整电磁铁71与衔铁72之间的磁性力，从而可以通过提供较大的电流以实现重载的加载。

通过调整电磁铁71通电时的电流大小和/或调整电磁铁71与衔铁72之间的磁隙，则可以实现对轴承试件2加载时的无级变载。

请参考图3、4、9及10，在一实施例中，电磁铁71包括内磁铁711、线圈712及隔离壳体713。线圈712缠绕于内磁铁711外侧。内磁铁711和线圈712均位于隔离壳体713内。内磁铁711的一端与衔铁72相对设置，以至线圈712通电时内磁铁711与衔铁72之间产生磁性力。隔离壳体713靠近衔铁72的一端与内磁铁711密封连接。隔离壳体713背离衔铁72的一端与真空容器21密封连接，且隔离壳体713内侧与真空容器21外部连通。

由于内磁铁711和线圈712均位于隔离壳体713内，隔离壳体713内侧与真空容器21外部连通，从而电磁铁71工作时线圈712产生的热量能够散发到真空容器21外部的大气中。由于隔离壳体713靠近衔铁72的一端与内磁铁711密封连接，隔离壳体713背离衔铁72的一端与真空容器21密封连接，从而能够使得真空容器21内保持真空环境。

在一实施例中，加载模块70还包括调节波纹管75。调节波纹管75设置在隔离壳体713背离衔铁72的一侧。调节波纹管75的一端与隔离壳体713密封连接，调节波纹管75的另一端与真空容器21密封连接，且调节波纹管75的内侧与真空容器21外部连通。

由于调节波纹管75的另一端与真空容器21外部连通，从而，电磁铁71工作时线圈712产生的热量能够经隔离壳体713和调节波纹管75散发到真空容器21外部的大气中。由于调节波纹管75的一端与隔离壳体713密封连接，调节波纹管75的另一端与真空容器21密封连接，从而能够使得真空容器21内保持真空环境。

而且，通过在真空容器21与电磁铁71之间设置调节波纹管75，从而调节波纹管75的可伸缩特性允许电磁铁71相对真空容器21移动，进而能调节电磁铁71与衔铁72之间的磁隙。

请参考图3、4、9及10，在一实施例中，加载模块70还包括加载力传感器74。加载力传感器74连接在电缸73与电磁铁71之间，从而加载力传感器74能够检测到电磁铁71与衔铁72之间的磁性力大小，进而能得到对轴承试件2的加载力大小。

请参考图3、4、9及10，在一实施例中，加载模块70还包括连接杆76。连接杆76的一端与电磁铁71连接，另一端伸出真空容器21外部并与电缸73的输出端连接，从而便于电磁铁71与电缸73的输出端连接。在本实施例中，加载力传感器74连接在电缸73与连接杆76之间。

请参考图3、4、9及10，在一实施例中，加载模块70还包括导向结构77。导向结构77用于引导电磁铁71的移动方向，从而确保加载方向准确。

请结合图3、4、9及10，在一实施例中，加载模块70的数量为两个，其中一个是径向加载模块70a，另一个是轴向加载模块70b，从而能实现对轴承试件2在径向和轴向的联合加载。

请参考图3、4及9，在一实施例中，径向加载模块70a包括：径向电磁铁71a和径向衔铁72a。径向电磁铁71a设置于真空容器21。径向衔铁72a位于夹具模块30的径向外侧并与夹具模块30连接。径向电磁铁71a通电时产生吸引径向衔铁72a的磁性力，从而能通过径向电磁铁71a与径向衔铁72a之间的磁性力在径向对夹具模块30加载，以至在径向对轴承试件2加载。径向电磁铁71a断电时失去磁性力，从而可以对轴承试件2卸载。

在一实施例中，径向电磁铁71a面向径向衔铁72a的表面和径向衔铁72a面向径向电磁铁71a的表面均为部分球面，从而在径向电磁铁71a和径向衔铁72a装配时，可以通过二者相对的两个部分球面自校正而补偿加工和装配等原因造成的偏斜问题。

请参考图3、4及9，在一实施例中，径向加载模块70a还包括径向电缸73a，径向电缸73a的输出端与径向电磁铁71a连接，径向电缸73a用于驱动径向电磁铁71a移动以调整径向电磁铁71a与径向衔铁72a之间的磁隙，从而可以调整径向电磁铁71a与径向衔铁72a之间的磁性力，进而可以调整对轴承试件2加载的载荷大小。

当然，还可以通过调整径向电磁铁71a通电时的电流大小来调整径向电磁铁71a与径向衔铁72a之间的磁性力，从而调整对轴承试件2加载的载荷大小。

在本实施例中，径向电缸73a通过径向电缸支撑部731a安装在支撑模块10上。

请参考图3、4及9，在一实施例中，径向电磁铁71a包括径向内磁铁711a、径向线圈712a及径向隔离壳体713a。径向线圈712a缠绕于径向内磁铁711a外侧。径向内磁铁711a和径向线圈712a均位于径向隔离壳体713a内。径向内磁铁711a的一端与径向衔铁72a相对设置，以至径向线圈712a通电时径向内磁铁711a与径向衔铁72a之间产生磁性力。径向隔离壳体713a靠近径向衔铁72a的一端与径向内磁铁711a密封连接。径向隔离壳体713a背离径向衔铁72a的一端与真空容器21密封连接，且径向隔离壳体713a内侧与真空容器21外部连通。

由于径向内磁铁711a和径向线圈712a均位于径向隔离壳体713a内，径向隔离壳体713a内侧与真空容器21外部连通，从而径向电磁铁71a工作时径向线圈712a产生的热量能够散发到真空容器21外部的大气中。由于径向隔离壳体713a靠近径向衔铁72a的一端与径向内磁铁711a密封连接，径向隔离壳体713a背离径向衔铁72a的一端与真空容器21密封连接，从而能够使得真空容器21内保持真空环境。

在一实施例中，径向加载模块70a还包括径向调节波纹管75a。径向调节波纹管75a设置在径向隔离壳体713a背离径向衔铁72a的一侧。径向调节波纹管75a的一端与径向隔离壳体713a密封连接，径向调节波纹管75a的另一端与真空容器21密封连接，且径向调节波纹管75a内侧与真空容器21外部连通。

由于径向调节波纹管75a的内侧与真空容器21外部连通，从而，径向电磁铁71a工作时径向线圈712a产生的热量能够经径向隔离壳体713a和径向调节波纹管75a散发到真空容器21外部的大气中。由于径向调节波纹管75a的一端与径向隔离壳体713a密封连接，径向调节波纹管75a的另一端与真空容器21密封连接，从而能够使得真空容器21内保持真空环境。

而且，通过在真空容器21与径向电磁铁71a之间设置径向调节波纹管75a，从而径向调节波纹管75a的可伸缩特性允许径向电磁铁71a相对真空容器21移动，进而能调节径向电磁铁71a与径向衔铁72a之间的磁隙。

请参考图3、4及9，在一实施例中，径向加载模块70a还包括径向加载力传感器74a。径向加载力传感器74a连接在径向电缸73a与径向电磁铁71a之间，从而径向加载力传感器74a能够检测到径向电磁铁71a与径向衔铁72a之间的磁性力大小，进而能得到对轴承试件2的加载力大小。

请参考图3、4及9，在一实施例中，径向加载模块70a还包括径向连接杆76a。径向连接杆76a的一端与径向电磁铁71a连接，另一端伸出真空容器21外部并与径向电缸73a的输出端连接，从而便于径向电磁铁71a与径向电缸73a的输出端连接。在本实施例中，径向加载力传感器74a连接在径向电缸73a与径向连接杆76a之间。

请参考图3、4及9，在一实施例中，径向加载模块70a还包括径向导向结构77a。径向导向结构77a用于引导径向电磁铁71a的移动方向，从而确保加载方向准确。在本实施例中，径向导向结构77a为交叉滚子导轨，交叉滚子导轨设置在真空容器21内的底部。

请参考图3、4及10，在一实施例中，轴向加载模块70b包括：轴向电磁铁71b和轴向衔铁72b。轴向电磁铁71b设置于真空容器21。轴向衔铁72b位于夹具模块30的轴向一侧并与夹具模块30连接。轴向电磁铁71b通电时产生吸引轴向衔铁72b的磁性力，从而能通过轴向电磁铁71b与轴向衔铁72b之间的磁性力在轴向对夹具模块30加载，以至在轴向对轴承试件2加载。轴向电磁铁71b断电时失去磁性力，从而可以对轴承试件2卸载。

具体在本实施例中，轴向衔铁72b通过轴向加载座721与夹具模块30连接。

在一实施例中，轴向电磁铁71b面向轴向衔铁72b的表面和轴向衔铁72b面向轴向电磁铁71b的表面均为部分球面，从而在轴向电磁铁71b和轴向衔铁72b装配时，可以通过二者相对的两个部分球面自校正而补偿加工和装配等原因造成的偏斜问题。

请参考图3、4及10，在一实施例中，轴向加载模块70b还包括轴向电缸73b，轴向电缸73b的输出端与轴向电磁铁71b连接，轴向电缸73b用于驱动轴向电磁铁71b移动以调整轴向电磁铁71b与轴向衔铁72b之间的磁隙，从而可以调整轴向电磁铁71b与轴向衔铁72b之间的磁性力，进而可以调整对轴承试件2加载的载荷大小。

当然，还可以通过调整轴向电磁铁71b通电时的电流大小来调整轴向电磁铁71b与轴向衔铁72b之间的磁性力，从而调整对轴承试件2加载的载荷大小。

在一实施例中，轴向电缸73b通过轴向电缸支撑部731b安装于真空容器21。

具体在本实施例中，轴向电缸支撑部731b包括支撑立柱7311和承压板7312，支撑立柱7311的一端与真空容器21固定，另一端与承压板7312固定。轴承电缸73b通过轴承电缸安装座732安装在承压板7312上。

请参考图3、4及10，在一实施例中，轴向电磁铁71b包括轴向内磁铁711b、轴向线圈712b及轴向隔离壳体713b。轴向线圈712b缠绕于轴向内磁铁711b外侧。轴向内磁铁711b和轴向线圈712b均位于轴向隔离壳体713b内。轴向内磁铁711b的一端与轴向衔铁72b相对设置，以至轴向线圈712b通电时轴向内磁铁711b与轴向衔铁72b之间产生磁性力。轴向隔离壳体713b靠近轴向衔铁72b的一端与轴向内磁铁711b密封连接。轴向隔离壳体713b背离轴向衔铁72b的一端与真空容器21密封连接，且轴向隔离壳体713b内侧与真空容器21外部连通。

由于轴向内磁铁711b和轴向线圈712b均位于轴向隔离壳体713b内，轴向隔离壳体713b内侧与真空容器21外部连通，从而轴向电磁铁71b工作时轴向线圈712b产生的热量能够散发到真空容器21外部的大气中。由于轴向隔离壳体713b靠近轴向衔铁72b的一端与轴向内磁铁711b密封连接，轴向隔离壳体713b背离轴向衔铁72b的一端与真空容器21密封连接，从而能够使得真空容器21内保持真空环境。

具体在本实施例中，轴向隔离壳体713b为外磁铁，从而也可以用于与轴向衔铁72b之间产生磁性力。

在一实施例中，轴向加载模块70b还包括轴向调节波纹管75b。轴向调节波纹管75b设置在轴向隔离壳体713b背离轴向衔铁72b的一侧。轴向调节波纹管75b的一端与轴向隔离壳体713b密封连接，轴向调节波纹管75b的另一端与真空容器21密封连接，且轴向调节波纹管75b的内部与真空容器21外部连通。

由于轴向调节波纹管75b的内侧与真空容器21外部连通，从而，轴向电磁铁71b工作时轴向线圈712b产生的热量能够经轴向隔离壳体713b和轴向调节波纹管75b散发到真空容器21外部的大气中。由于轴向调节波纹管75b的一端与轴向隔离壳体713b密封连接，轴向调节波纹管75b的另一端与真空容器21密封连接，从而能够使得真空容器21内保持真空环境。

而且，通过在真空容器21与轴向电磁铁71b之间设置轴向调节波纹管75b，从而轴向调节波纹管75b的可伸缩特性允许轴向电磁铁71b相对真空容器21移动，进而能调节轴向电磁铁71b与轴向衔铁72b之间的磁隙。

请参考图3、4及10，在一实施例中，轴向加载模块70b还包括补偿波纹管733。补偿波纹管733的一端与承压板7312密封连接并与轴向调节波纹管75b导通，补偿波纹管733的另一端与真空容器21外部连通并与真空容器21密封连接。补偿波纹管733用于补偿支撑立柱7311、承压板7312的加工和装配误差。

由于补偿波纹管733的一端与轴向调节波纹管75b导通，补偿波纹管733的内侧与真空容器21外部连通，从而，轴向电磁铁71b工作时轴向线圈712b产生的热量能够经轴向隔离壳体713b和轴向调节波纹管75b及补偿波纹管733散发到真空容器21外部的大气中。

由于补偿波纹管733的一端与承压板7312密封连接，补偿波纹管733的另一端与真空容器21密封连接，从而能够使得真空容器21内保持真空环境。

请参考图3、4及10，在一实施例中，轴向加载模块70b还包括轴向加载力传感器74b。轴向加载力传感器74b连接在轴向电缸73b与轴向电磁铁71b之间，从而轴向加载力传感器74b能够检测到轴向电磁铁71b与轴向衔铁72b之间的磁性力大小，进而能得到对轴承试件2的加载力大小。

请参考图3、4及10，在一实施例中，轴向加载模块70b还包括轴向连接杆76b。轴向连接杆76b的一端与轴向电磁铁71b连接，另一端伸出真空容器21外部并与轴向电缸73b的输出端连接，从而便于轴向电磁铁71b与轴向电缸73b的输出端连接。在本实施例中，轴向加载力传感器74b连接在轴向电缸73b与轴向连接杆76b之间。

请参考图3、4及10，在一实施例中，轴向加载模块70b还包括轴向导向结构77b。轴向导向结构77b用于引导轴向电磁铁71b的移动方向，从而确保加载方向准确。在本实施例中，轴向导向结构77b包括导向柱771和导向直线轴承772。导向柱771可移动地穿设在导向直线轴承772中。导向柱771与承压板7312固定，导向直线轴承772与轴向电磁铁71b固定。

请参考图11结合图12，在一实施例中，测量模块80包括传力梁81、力传感器82及传感器支撑部821。传力梁81的一端与夹具模块30连接，另一端向夹具模块30的径向外侧延伸。传感器支撑部821设置于真空容器21，力传感器82设置在传感器支撑部821上并与传力梁81相对设置。

轴承试件2的内圈2b转动时与外圈2a之间产生的摩擦力矩M_f使得传力梁81向挤压力传感器82的方向转动，从而传力梁81与力传感器82之间产生挤压力F_l，且力传感器82能够测得该挤压力F_l的值并传输至测量控制***。测量控制***则能够根据该挤压力F_l的值和该挤压力F_l的力臂大小L计算得到摩擦力矩M_f。

请参考图3和图4，在一实施例中，传感器支撑部821与上轴承座支撑部4321共用同一结构。

请参考图11至图13，在一实施例中，测量模块80还包括压力杆83和施力球85。压力杆83的一端与力传感器82固定连接，另一端面向传力梁81并与施力球85固定连接。

轴承试件2的内圈2b转动时与外圈2a之间产生的摩擦力矩M_f使得传力梁81向挤压施力球85的方向转动，从而传力梁81与施力球85之间产生挤压力F_l，且力传感器82能够测得该挤压力F_l的值并传输至测量控制***。测量控制***则能够根据该挤压力F_l的值和该挤压力F_l的力臂大小L计算得到摩擦力矩M_f。传力梁81通过施力球85向力传感器82传力，传力梁81与施力球85之间为点接触，能够更准确有效地对力传感器82施力。

请参考图11，在一实施例中，力传感器82通过传感器适配台822固定在传感器支撑部821上。压力杆83的一端通过压力杆适配台831固定在传感器支撑部821上，从而间接地与力传感器82固定连接。

请参考图11，在一实施例中，施力球85通过球托组件84固定在压力杆83上。请参考图13，球托组件84包括球托底架841和球托螺杆842。球托底架841内具有容纳施力球85的容纳腔。施力球85设置在该容纳腔内，且部分伸出球托底架841的一端。球托底架841的另一端与球托螺杆842螺纹连接，从而球托螺杆842能够通过相对球托底架841旋转，以至与施力球85抵紧，进而将施力球85固定。球托螺杆842与压力杆83螺纹连接。

请参考图11，在一实施例中，测量模块80位于夹具模块30背向径向加载模块70a的一端。传力梁81上设置有配重块86，配重块86用于平衡径向衔铁72a的重量，从而防止夹具模块30倾斜影响试验的准确性。

在一实施例中，力传感器82可通过真空容器21上设置的真空线缆接头(未示出)连接至外部的测量控制***。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超低温真空轴承试验机，其特征在于，包括：

支撑模块；

真空模块，包括由所述支撑模块支撑的真空容器和与所述真空容器连接的真空泵组；

夹具模块，设置于所述真空容器内并用于夹持轴承试件的外圈；

主轴模块，包括主轴和驱动机构，所述主轴穿设且固定有所述轴承试件的内圈，所述驱动机构位于所述真空容器外并由所述支撑模块支撑；

内圈制冷模块，与所述主轴的一端连接，所述内圈制冷模块背离所述主轴的一端伸出所述真空容器外并由所述驱动机构驱动其转动；

外圈制冷模块，设于所述夹具模块并用于对所述夹具模块制冷；

加载模块，用于对所述夹具模块加载以至对所述轴承试件加载；及

测量模块，设置于所述真空容器内并用于测量所述轴承试件的摩擦力矩；

其中，所述内圈制冷模块包括：导冷室、空心轴以及液氮管；所述导冷室设置于所述真空容器内并与所述主轴的一端连接；所述空心轴与所述导冷室背离所述主轴的一端连接并与所述导冷室导通，所述空心轴背离所述导冷室的一端伸出所述真空容器外并由所述驱动机构驱动其转动，所述空心轴伸出所述真空容器外的一端套设有压力桶，所述压力桶与所述空心轴连通，所述压力桶用于与抽气泵连接；所述液氮管穿设于所述空心轴，所述液氮管的一端伸出所述空心轴并伸入所述导冷室内，所述液氮管的另一端伸出所述空心轴并用于连接液氮源；其中，所述导冷室的内腔的腔底设置有凸柱，所述凸柱设有通孔，所述通孔的两端分别与所述导冷室的内腔和所述空心轴导通，所述液氮管的一端伸出所述通孔并伸出至所述凸柱的径向外侧。

2.根据权利要求1所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，

所述内圈制冷模块还包括温度传感器和导电滑环，所述导电滑环设置在所述空心轴伸出所述真空容器的一端，所述导冷室设置有所述温度传感器，所述温度传感器通过穿设在所述空心轴的测温导线与所述导电滑环的内环连接，所述导电滑环的外环用于连接至测量控制***；

所述超低温真空轴承试验机还包括内圈加热模块，所述内圈加热模块包括电加热件，所述电加热件设置于所述导冷室内，所述电加热件通过穿设在所述空心轴的加热导线与所述导电滑环的内环连接。

3.根据权利要求1所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，所述夹具模块包括夹具主体和夹具外壳，所述夹具主体的内侧壁设有环形槽，所述环形槽用于与所述轴承试件的外圈配合，所述夹具外壳套设且固定于所述夹具主体外。

4.根据权利要求3所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，

所述夹具外壳设有液氮通道；

所述外圈制冷模块包括：

进液管，所述进液管的一端与所述夹具外壳连接并与所述液氮通道连通，所述进液管的另一端用于连接至所述真空容器上设置的真空转接头以至与所述真空容器外部的液氮源连接；

排气管，所述排气管的一端与所述夹具外壳连接并与所述液氮通道连通，排气管的另一端用于连接至所述真空容器上设置的真空转接头以至与所述真空容器外部连通；以及

温度传感器，所述夹具模块设置有所述温度传感器，所述温度传感器用于通过所述真空容器上设置的真空线缆接头连接至测量控制***；

所述的超低温真空轴承试验机还包括外圈加热模块，所述外圈加热模块包括电加热件，所述电加热件设置于所述夹具外壳内，所述电加热件通过所述真空容器上设置的真空线缆接头连接至测量控制***。

5.根据权利要求1所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，所述主轴模块包括支撑轴承和轴承座，所述主轴的两端分别连接有支撑轴承，每个所述支撑轴承通过对应的所述轴承座连接于所述真空容器；所述主轴靠近所述内圈制冷模块的一端所连接的支撑轴承采用背装角接触轴承；所述主轴背离所述内圈制冷模块的一端所连接的支撑轴承采用圆柱滚子轴承。

6.根据权利要求1所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，

所述加载模块的数量为两个，其中一个为用于在所述轴承试件的径向加载的径向加载模块，另一个为用于在所述轴承试件的轴向加载的轴向加载模块；

所述加载模块包括电磁铁和衔铁以及电缸，所述电磁铁设置于所述真空容器，所述衔铁与所述夹具模块连接，所述电缸的输出端与所述电磁铁连接，所述电缸用于驱动所述电磁铁向靠近或远离所述衔铁的方向移动。

7.根据权利要求6所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，所述电磁铁与所述衔铁相对设置，所述电磁铁面向所述衔铁的表面和所述衔铁面向所述电磁铁的表面均为部分球面。

8.根据权利要求6所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，

所述电磁铁包括内磁铁、线圈及隔离壳体，所述线圈缠绕于所述内磁铁外侧，所述内磁铁和所述线圈均位于所述隔离壳体内，所述内磁铁的一端与所述衔铁相对设置，所述隔离壳体靠近所述衔铁的一端与所述内磁铁密封连接；

所述加载模块还包括调节波纹管，所述调节波纹管设置在所述隔离壳体背离所述衔铁的一侧，所述调节波纹管的一端与所述隔离壳体密封连接，所述调节波纹管的另一端与真空容器密封连接，所述调节波纹管的内侧与真空容器外部连通且与所述隔离壳体内侧连通。

9.根据权利要求1所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，

所述测量模块包括：

传力梁，所述传力梁的一端与所述夹具模块连接，另一端向所述夹具模块的径向外侧延伸；

传感器支撑部，所述传感器支撑部设置于所述真空容器；

力传感器，所述力传感器设置于所述传感器支撑部；

压力杆，所述压力杆的一端与所述力传感器固定连接；以及

施力球，所述压力杆的另一端面向所述传力梁并与所述施力球固定连接；

所述轴承试件的内圈与外圈相对转动时的摩擦力矩能使所述传力梁向挤压所述施力球的方向转动。

10.根据权利要求1所述的超低温真空轴承试验机，其特征在于，所述空心轴伸出所述真空容器外的一端通过一轴承与所述支撑模块转动连接。

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