[發明專利]一種高速摩擦界面光學原位觀測精密摩擦磨損試驗機

有效

• 申請號: 202011411794.2
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112540019B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 葉家鑫;李龍龍;孫魏;陳祥雨;王偉;劉焜
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01L5/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陳問渠;何梅生

本發明提供了一種高速摩擦界面光學原位觀測精密摩擦磨損試驗機，其中：測試單元中的下試樣由驅動單元提供動力能夠繞中軸線做回轉運動；測試單元中的上試樣由上懸臂梁單元懸吊于下試樣上方，自身水平度及相對下試樣的位置通過位置調節單元可調，下端面與下試樣的上端面在加載單元施加的加載力作用下，以及在上懸臂梁單元的一對大間距懸臂梁板簧結構作用下能夠隨動接觸，形成一對摩擦副；加載力通過調節螺桿與調節砝碼可精調；測試單元由加載力傳感器測量加載單元所施加的加載力大小，由摩擦力傳感器測量一對摩擦副之間的摩擦力大小。本發明能夠實現穩定加載，保證摩擦界面的穩定，并可實現對加載力的精密調整，以及對摩擦界面傾斜度的調節。

技術領域

本發明涉及一種試驗設備，更具體地說是一種高速摩擦界面光學原位觀測精密摩擦磨損試驗機。

背景技術

摩擦學主要研究兩個有相互運動的面上的摩擦、磨損與潤滑現象。作為摩擦學研究的重要方式之一，試驗研究需要高精度、功能全面的試驗機作為支撐。摩擦學性能測試試驗機按照摩擦副接觸和運動的形式，可以分為往復式、銷盤式、端面接觸式、環塊式及四球式等等，對于諸如銷盤式等一些傳統的摩擦磨損試驗機來說，在其加載結構設計中，一般采用杠桿重物的加載方式，這種方式天然存在諸多缺點，主要是因為1)杠桿支點自身處的摩擦不可忽視；2)杠桿結構在摩擦轉矩的作用下會引起摩擦界面的傾覆，這些因素均會造成摩擦界面的不穩定，進而導致加載的不穩定。此外，在摩擦界面傾斜度調整方面，不具備精密的調整功能，同時，對于加載力的可調性而言，傳統的試驗機存在加載力調整精度不高的問題。

另一方面，摩擦學基礎理論的研究始終面臨著摩擦界面由于被夾在兩個面之間而難以直接測量的問題，只能通過對實驗結束磨損后的材料表面進行相應的表征進行評估，因此，隨著對摩擦學理論研究的深入，摩擦學實驗手段需要更加完善，這就要求摩擦學需更多的利用原位測量方法，對摩擦表面形貌等參數的動態變化進行跟蹤，實現多尺度下材料摩擦學特性研。然而，很少見到有摩擦磨損試驗機可以做到對高速摩擦界面的原位觀測。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。為此，本發明提出一種高速摩擦界面光學原位觀測精密摩擦磨損試驗機，以期實現穩定加載，保證摩擦界面的穩定，確保測量的準確性，并可實現對加載力的精密調整，以及對摩擦界面傾斜度的調節。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高速摩擦界面光學原位觀測精密摩擦磨損試驗機，其結構特點是：

設置測試單元，所述測試單元中的下試樣水平設置、由下支撐單元支撐并構成同步回轉構件，由驅動單元提供動力，使所述下試樣能夠繞中軸線做回轉運動；所述測試單元中的上試樣由上懸臂梁單元懸吊于下試樣上方，自身水平度及相對下試樣的位置通過位置調節單元可調，下端面與所述下試樣的上端面在加載單元施加的加載力作用下相接觸，形成一對摩擦副；所述測試單元是通過加載力傳感器測量加載單元所施加的加載力大小，通過摩擦力傳感器測量一對摩擦副之間的摩擦力大??；

所述上懸臂梁單元中，一對大間距懸臂梁板簧結構呈水平對稱設置，第二懸臂梁于后端固裝在一對大間距懸臂梁板簧結構之間，于前端懸吊所述上試樣，所述一對大間距懸臂梁板簧結構通過板簧具有向下的撓度，帶動第二懸臂梁于試驗中使所述上試樣能夠向下移動，實現上下試樣的隨動接觸；

所述加載單元包括，設置在所述第二懸臂梁前側上端的豎向碼放有多個砝碼的砝碼盤，用于提供加載力，以及設置在第二懸臂梁后側上端、順著第二懸臂梁向后懸伸、尾端螺紋套設有調節砝碼的調節螺桿，以所述調節砝碼在調節螺桿上前后位置的調節形成對加載力的精調。

本發明的結構特點也在于：

所述下試樣為透明玻璃材質，按照一對摩擦副所在位置、位于所述下試樣的下方對應設置光學原位觀測單元，所述光學原位觀測單元中，光學顯微鏡連接CCD，由第二Z軸位移平臺通過顯微鏡夾具夾持，以觀測端朝上正對所述下試樣，與所述下試樣間的豎向間距通過第二Z軸位移平臺可調。