[發(fā)明專利]微摩擦力測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210467834.4
• 申請(qǐng)日: 2012-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102998254A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張晨輝;孫亮;李津津
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N19/02
• 分類號(hào): G01N19/02
• 代理公司: 深圳市鼎言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達(dá)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微摩擦力測(cè)量裝置，尤其涉及一種精確測(cè)量微小摩擦力的微摩擦力測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

世界的能源約1/3-1/2通過(guò)摩擦磨損以熱的形式消耗掉，減小摩擦成為節(jié)約能源的一個(gè)重要方向。工程中一般將摩擦系數(shù)小于0.01時(shí)的摩擦狀態(tài)稱為“超滑”狀態(tài)，探究“超滑”現(xiàn)象的機(jī)理有重要意義。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氮化硅、二氧化硅等陶瓷材料在某些水溶液中摩擦系數(shù)可以低到0.003，呈現(xiàn)出超滑現(xiàn)象。

傳統(tǒng)商用通用摩擦力試驗(yàn)機(jī)一般采用二維力測(cè)量傳感器同時(shí)測(cè)量接觸摩擦中的載荷與摩擦力。

然而，超滑現(xiàn)象具有兩個(gè)特點(diǎn)：摩擦力數(shù)值很小；載荷摩擦力比大約300:1。這兩個(gè)特點(diǎn)決定了超滑狀態(tài)下摩擦力的測(cè)量值超出了傳統(tǒng)商用通用摩擦試驗(yàn)機(jī)的精度范圍。

故，采用傳統(tǒng)商用通用摩擦力試驗(yàn)機(jī)測(cè)量超滑等現(xiàn)象下的微摩擦力時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：首先，其摩擦力傳感器精度難以達(dá)到超滑狀態(tài)下的摩擦力測(cè)量實(shí)驗(yàn)所要求的精度。其次，二維力測(cè)量傳感器存在軸間耦合現(xiàn)象（通常≥1%），其對(duì)于超滑狀態(tài)下摩擦力測(cè)量準(zhǔn)確性的影響大于常規(guī)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。另外，在摩擦力與載荷相差很大時(shí)，如果摩擦力傳感器及加載等元件存在裝配偏角，載荷會(huì)在摩擦力測(cè)量方向產(chǎn)生分量，影響超滑狀態(tài)下摩擦力測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)摩擦試驗(yàn)機(jī)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種微摩擦力測(cè)量精度高，不存在載荷與摩擦力相互耦合現(xiàn)象的微摩擦力測(cè)量裝置。

本發(fā)明提供的一種微摩擦力測(cè)量裝置，其包括：機(jī)架（10）、相鄰安裝在所述機(jī)架10上的上樣品承載單元(20)和下樣品承載單元(40)，所述上樣品承載單元（20）包括：軸承（23）、橫梁（24）、摩擦力測(cè)量單元（25）及載荷測(cè)量單元（26），所述橫梁（24）橫跨設(shè)置在所述軸承（23）上端，所述摩擦力測(cè)量單元（25）與所述載荷測(cè)量單元（26）分別設(shè)置在所述橫梁（24）的兩端，所述橫梁（24）通過(guò)所述載荷測(cè)量單元（26）與上樣品連接。

該摩擦力測(cè)量單元(25)包括摩擦力測(cè)量傳感器(252)，其為小量程高精度應(yīng)變式力測(cè)量傳感器。

所述摩擦力測(cè)量傳感器(252)其中一側(cè)與一伸桿（251）連接，并通過(guò)該伸桿（251）與所述橫梁（24）的一端連接。所述軸承（23）軸套上套設(shè)一個(gè)支撐環(huán)（28），所述支撐環(huán)（28）上固定一個(gè)傳感器支架（253），將摩擦力測(cè)量傳感器（252）固定在所述傳感器支架（253）。

所述軸承（23）為空氣軸承。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的微摩擦力測(cè)量裝置具有以下有益效果：

第一、使用載荷測(cè)量傳感器和摩擦力測(cè)量傳感器兩種傳感器，摩擦力測(cè)量傳感器可以使用小量程高精度傳感器，對(duì)于載荷摩擦力之比很大的超滑狀態(tài)的微摩擦力測(cè)量精度得到顯著提高。

第二、采用橫梁將載荷與摩擦力測(cè)量點(diǎn)置于橫梁支撐點(diǎn)的兩側(cè)，從而可以避免因加載而產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)摩擦力測(cè)量的影響，即減小載荷與摩擦力的耦合作用。

第三、摩擦力傳感器采用高精度小量程摩擦力傳感器，精確測(cè)量摩擦力大小。

第四、摩擦力傳感器采用拉壓力傳感器，兩端固定可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過(guò)計(jì)算平均值以消除角度偏差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

第五、采用空氣軸承，消除系統(tǒng)摩擦力影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的微摩擦力測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1所示的微摩擦力測(cè)量裝置的俯視圖。

圖3是圖2?中III區(qū)域的放大示意圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明