專利名稱：一種微摩擦力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及摩擦力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種微摩擦力測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
研究零件的摩擦和潤(rùn)滑性能，通常需要測(cè)量潤(rùn)滑膜厚度、摩擦系數(shù)、磨損量等，其中，摩擦力或摩擦系數(shù)是最受關(guān)注的一個(gè)參數(shù)。通常的測(cè)量設(shè)備有環(huán)塊銷盤摩擦力儀、SRV磨損測(cè)量?jī)x、四球磨損測(cè)量?jī)x等。這些儀器主要適用于典型零件試樣的宏觀摩擦研究，所加的載荷與所測(cè)量的力通常在幾個(gè)到幾百個(gè)牛頓大小。雖然目前的一些微觀測(cè)量?jī)x(如AFM、FFM等)可以測(cè)量納米量級(jí)的摩擦力，但是由于它們只能測(cè)量局部幾個(gè)分子的特性，不能反映零件工作時(shí)的整體特性，因此不能滿足實(shí)際摩擦系數(shù)測(cè)量的需要。同時(shí)，上述測(cè)量?jī)x器只能測(cè)量滑動(dòng)磨損，不能測(cè)量滾動(dòng)下的摩擦力。目前，摩擦學(xué)的研究不斷向薄膜方向發(fā)展，雖然潤(rùn)滑膜厚度的測(cè)量已經(jīng)達(dá)到了納米量級(jí)，但是微摩擦力測(cè)量還不盡如任意。所以，發(fā)展微摩擦力測(cè)量機(jī)構(gòu)是實(shí)際研究的需要。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種微摩擦力測(cè)量裝置，該裝置不僅可以測(cè)量實(shí)際摩擦系數(shù)和滾動(dòng)摩擦，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜潤(rùn)滑的微摩擦力測(cè)量。
本實(shí)用新型所述的一種微摩擦力測(cè)量裝置，包括玻璃盤、電機(jī)和鋼球，其特征是，鋼球連接有測(cè)力臂，測(cè)力臂固定于升降架上，其另一端還連接有加載盤，在測(cè)力臂上連接有應(yīng)變片，應(yīng)變片通過導(dǎo)線與應(yīng)變測(cè)量?jī)x相連接。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，鋼球可以通過支架與測(cè)力臂相連接，在支架上固定有油杯，鋼球置于油杯內(nèi)；測(cè)力臂可以采用互相平行的兩個(gè)薄臂梁；在薄臂梁上分別貼有兩個(gè)相同的應(yīng)變片；升降架的上端固定有軸承座，底部固定在底座上，測(cè)力臂置于軸承座上；在測(cè)力臂的一端可以固定有螺釘，螺釘?shù)妮^長(zhǎng)部分裸露于測(cè)力臂外，在螺紋某一合適的部位懸掛加載盤，使用砝碼加載。
本實(shí)用新型工作時(shí)，電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)玻璃盤勻速旋轉(zhuǎn)，以使玻璃盤與鋼球之間產(chǎn)生連續(xù)的相對(duì)滑動(dòng)(鋼球可以在油杯內(nèi)自由滾動(dòng))。由一維工作臺(tái)改造的升降架可以使測(cè)力臂在垂直方向上移動(dòng)，以控制鋼球與試樣的分離和接觸，并可以用以加載。橫向力由應(yīng)變片通過應(yīng)變測(cè)量?jī)x測(cè)出相應(yīng)的應(yīng)變，再換算成對(duì)應(yīng)的力。加載盤以杠桿的方式給鋼球觸點(diǎn)加載。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1.本實(shí)用新型測(cè)試精度高，根據(jù)測(cè)試?yán)碚?，采用全橋測(cè)量時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為F=ϵE·bh26l0]]>由上式可知，當(dāng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x在靈敏度系數(shù)分別為k＝2和k＝0.5時(shí)，本實(shí)用新型測(cè)量的分辨率分別達(dá)到2mN和0.5mN。
2.本實(shí)用新型的標(biāo)定和實(shí)際測(cè)量結(jié)果具有線性度高和抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn)。
3.本實(shí)用新型可用于機(jī)械中微摩擦力的測(cè)量和研究。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型測(cè)力臂的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型應(yīng)變片的連接示意圖；圖4和圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的測(cè)量結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。
如圖1和2所示，直流電機(jī)5通過皮帶與玻璃盤1的轉(zhuǎn)軸相傳動(dòng)連接，升降架6的上端固定有軸承座，底部用套筒和螺釘固定在底座上，升降架相對(duì)于底座可以旋轉(zhuǎn)和升降，為了保證測(cè)力臂10受到的水平橫向力水平，升降架6與套筒應(yīng)為間隙配合；測(cè)力臂10為互相平行的兩個(gè)薄臂梁11，材料為冷軋鋼帶，固定于升降架6的軸承座上，其一端連接固定有油杯3的支架4，鋼球2置于油杯3內(nèi)，另一端固定有螺釘，螺釘?shù)妮^長(zhǎng)部分裸露于測(cè)力臂10外，在螺紋某一合適的部位懸掛加載盤7，使用砝碼加載，這種杠桿方式的加載，由于是浮動(dòng)加載，具有自適應(yīng)性，即使被測(cè)表面有高低起伏，測(cè)力臂10也會(huì)隨著起伏，而不改變載荷的大小，鋼球2觸點(diǎn)應(yīng)與玻璃盤1的轉(zhuǎn)軸軸心、加載盤7的加載點(diǎn)處于同一條直線，這樣測(cè)量的摩擦力才是沿轉(zhuǎn)盤切向方向的，由于摩擦力很小，為了保證薄臂梁11的剛度滿足實(shí)驗(yàn)要求，薄臂梁11與鋼球2的連接部分選用較輕的材料鋁；在測(cè)力臂10的兩個(gè)薄臂梁11上，分別各貼有兩個(gè)相同的應(yīng)變片9，正、反面各一片。如圖3所示，應(yīng)變片9以全橋方式連接(使用全橋回路可以提高電橋靈敏度，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償)，并通過導(dǎo)線與應(yīng)變測(cè)量?jī)x8相連接；應(yīng)變測(cè)量?jī)x8采用YJD-27靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變測(cè)量?jī)x。
使用本實(shí)用新型時(shí)，首先標(biāo)定應(yīng)變測(cè)量?jī)x，按照YJD-27靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變測(cè)量?jī)x的使用說明書，選擇靈敏度系數(shù)K為2和0.5，衰變?yōu)?00με檔進(jìn)行標(biāo)定，判斷其衰變率；每種載荷分別取10點(diǎn)，取其平均值觀察其線性關(guān)系。應(yīng)變標(biāo)定的方法為將測(cè)力臂翻轉(zhuǎn)90°，在受力點(diǎn)處用砝碼加力，使測(cè)力臂發(fā)生變形，讀取此應(yīng)變讀數(shù)；然后將測(cè)力臂再翻轉(zhuǎn)180°，同樣測(cè)一次讀取反向應(yīng)變讀數(shù)；對(duì)測(cè)力臂施加10組載荷，每組載荷測(cè)10次數(shù)據(jù)，取平均值，得到與應(yīng)變測(cè)量?jī)x讀數(shù)的關(guān)系。
然后連接好輔助儀器(光電測(cè)速傳感器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器)，先選擇較慢的轉(zhuǎn)速，在空載狀態(tài)下觀察應(yīng)變測(cè)量?jī)x的讀數(shù)變化，調(diào)零；依次增加載荷，每個(gè)載荷狀態(tài)取10個(gè)點(diǎn)，取平均值后，根據(jù)標(biāo)定獲得微摩擦力值。值得注意的是，每次加載前，要觀察應(yīng)變測(cè)量?jī)x的讀數(shù)是否已調(diào)零，允許適當(dāng)范圍的零漂；同時(shí)由輔助儀器得到轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速。
兩組不同工況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4和圖5所示。從實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)可以看出，無論靈敏度系數(shù)如何，轉(zhuǎn)速為40檔時(shí)，觸點(diǎn)處的實(shí)際載荷與應(yīng)變的讀數(shù)線性度較好。因?yàn)榈娃D(zhuǎn)速情況下，由于鋼求表面精度的影響，以及載荷較小的原因，鋼球通常處于非滾動(dòng)狀態(tài)。在這一潤(rùn)滑狀態(tài)下，得到的是滑動(dòng)摩擦力與微應(yīng)變的關(guān)系。隨著速度的提高，鋼球表面精度對(duì)微摩擦力的影響越來越大，導(dǎo)致明顯的波動(dòng)。以轉(zhuǎn)速為40檔，K＝0.5為例，根據(jù)標(biāo)定可以得到實(shí)際載荷為740mN時(shí)，測(cè)量到的微摩擦力為F＝2.7478×55＝151mN。因此，得微摩擦系數(shù)μ＝151/740＝0.2。同理，轉(zhuǎn)速為60檔時(shí)的摩擦系數(shù)為μ＝2.7478×39.5/740＝0.15。
權(quán)利要求1.一種微摩擦力測(cè)量裝置，包括玻璃盤(1)、電機(jī)(5)和鋼球(2)，其特征是，鋼球(2)與測(cè)力臂(10)相連接，測(cè)力臂(10)固定于升降架(6)上，其另一端還連接有加載盤(7)，在測(cè)力臂(10)上連接有應(yīng)變片(9)，應(yīng)變片(9)通過導(dǎo)線與應(yīng)變測(cè)量?jī)x(8)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微摩擦力測(cè)量裝置，其特征是，鋼球(2)可以通過支架(4)與測(cè)力臂(10)相連接，在支架(4)上固定有油杯(3)，鋼球(2)置于油杯(3)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微摩擦力測(cè)量裝置，其特征是，測(cè)力臂(10)可以采用互相平行的兩個(gè)薄臂梁(11)，在薄臂梁(11)上分別各貼有兩個(gè)相同的應(yīng)變片(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微摩擦力測(cè)量裝置，其特征是，升降架(6)的上端固定有軸承座，底部固定在底座上，測(cè)力臂(10)置于軸承座上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微摩擦力測(cè)量裝置，其特征是，在測(cè)力臂(10)的一端可以固定有螺釘，螺釘?shù)妮^長(zhǎng)部分裸露于測(cè)力臂(10)外，在螺紋某一合適的部位懸掛加載盤(7)，使用砝碼加載。
專利摘要本實(shí)用新型是一種微摩擦力測(cè)量裝置，包括玻璃盤、電機(jī)和鋼球，鋼球連接有測(cè)力臂，測(cè)力臂固定于升降架上，其另一端還連接有加載盤，在測(cè)力臂上連接有應(yīng)變片，應(yīng)變片通過導(dǎo)線與應(yīng)變測(cè)量?jī)x相連接。本實(shí)用新型測(cè)試精度高，可達(dá)到0.5mN，標(biāo)定和實(shí)際測(cè)量結(jié)果具有線性度高和抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于機(jī)械中微摩擦力的測(cè)量和研究。
文檔編號(hào)G01L5/00GK2539963SQ02226928
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者黃平, 白少先, 黎智恒, 任珺 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)