本發(fā)明涉及摩擦學技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著摩擦學研究的不斷發(fā)展，對摩擦學基本問題的研究也逐漸深入。粘滑(stick-slip)作為組成摩擦過程的基本單元，對理解界面摩擦行為十分重要。當一個物體以很低的速度在另外一個表面滑動的時候，摩擦過程就會變得不連續(xù)，運動就呈現(xiàn)出粘著-滑動交替出現(xiàn)的規(guī)律，稱之為粘滑?？此破椒€(wěn)的摩擦過程往往包含了成千上萬個微小的粘滑單元，雖然這些微小單元我們無法直觀地看到，但是粘滑卻廣泛存在于我們的日常生活中，比如機械部件運動時發(fā)出噪聲，拉小提琴以及地震發(fā)生時巖石的斷裂。因此，深入研究粘滑運動過程對人們的生產(chǎn)生活具有重要的意義。

但是，粘滑是一個復雜的行為。在不同的驅(qū)動剛度和驅(qū)動速度的條件下，相同摩擦界面以及相同介質(zhì)也會表現(xiàn)出完全不同的粘滑行為。大量商用的摩擦磨損試驗機不斷地出現(xiàn)以滿足各種不同的研究需求。然而，幾乎所有商用摩擦磨損試驗機都是通過降低加載方向的剛度來保證法向載荷的穩(wěn)定，在驅(qū)動方向上的剛度很大，無法實現(xiàn)可控的大尺度的粘滑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置，所述粘滑試驗裝置能夠?qū)崿F(xiàn)可控的大尺度的粘滑。

根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置，包括：支撐底板；十字交叉軸承組件，所述十字交叉軸承組件的下端與所述支撐底板相連且向上延伸；平衡杠桿，所述平衡杠桿位于所述支撐底板的上方并與所述十字交叉軸承組件相連，所述平衡杠桿繞所述十字交叉軸承組件可旋轉(zhuǎn)且所述平衡杠桿繞所述十字交叉軸承組件上下可擺動；測量單元，所述測量單元可拆卸地連接在所述平衡杠桿的右端；樣品臺組件，所述樣品臺組件設(shè)在所述支撐底板上并與所述測量單元相對；驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件設(shè)在所述支撐底板上用于驅(qū)動所述平衡杠桿繞所述十字交叉軸承組件旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置，通過將測量單元可拆卸地連接在平衡杠桿的右端。使得可以根據(jù)實際需要選擇安裝不同的測量單元，由于不同的測量單元具有不同的剛度，從而能夠滿足不同條件下的粘滑試驗需求。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置還具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述十字交叉軸承組件包括：主承力桅桿，所述主承力桅桿沿上下方向延伸且下端與所述支撐底板固定連接，所述平衡杠桿繞所述主承力桅桿可旋轉(zhuǎn)；方向軸承，所述方向軸承套設(shè)在所述主承力桅桿的外周且相對位置固定；限位卡環(huán)，所述限位卡環(huán)與所述主承力桅桿卡接且位于所述方向軸承的下方。

進一步地，所述十字交叉軸承組件還包括：俯仰軸支架，所述俯仰軸支架連接在所述方向軸承的下端，所述俯仰軸支架包括底板與沿所述底板向上延伸的前側(cè)板和后側(cè)板，所述俯仰軸支架的前側(cè)板和后側(cè)板上均形成有定位卡孔；俯仰軸，所述俯仰軸沿垂直于所述主承力桅桿的方向延伸，所述俯仰軸包括與所述定位卡孔一一對應的兩段，所述俯仰軸與所述定位卡孔卡接，所述平衡杠桿繞所述俯仰軸可旋轉(zhuǎn)；其中，所述底板的上端面與所述方向軸承的下端面抵接且下端面與所述限位卡環(huán)貼合，所述方向軸承的內(nèi)圈與所述主承力桅桿通過頂絲固定，且外圈連接所述俯仰軸支架。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述驅(qū)動組件設(shè)在所述平衡杠桿的后側(cè)，所述驅(qū)動組件包括：固定板，所述固定板設(shè)在所述支撐底板的上面；推進位移臺，所述推進位移臺與所述固定板相連且前端連接有球頭頂桿，所述推進位移臺內(nèi)設(shè)有絲杠，所述球頭頂桿的一端與所述絲杠相連且另一端連接所述平衡杠桿；電機，所述電機與所述推進位移臺相連用于驅(qū)動所述推進位移臺前后移動。

進一步地，所述驅(qū)動組件還包括：復位彈簧，所述復位彈簧位于所述推進位移臺的一側(cè)，所述復位彈簧的一端固定在所述支撐底板上且另一端與所述平衡杠桿相連，所述復位彈簧用于提供所述平衡杠桿復位所需要的力。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述測量單元包括：固定端，所述固定端連接在所述平衡杠桿的右端；移動端，所述移動端與所述固定端間隔開，且所述移動端設(shè)在所述固定端的右端；雙懸臂梁，所述雙懸臂梁的左端與所述固定端相連且右端連接所述移動端；樣品端參考桿，所述樣品端參考桿的左端與所述固定端相連且右端支撐在所述移動端上，所述樣品端參考桿的左端具有位移測量點；位移傳感器，所述位移傳感器設(shè)在所述固定端上并與所述位移測量點相對，所述位移傳感器用于檢測所述移動端相對于所述固定端的變形。

進一步地，所述雙懸臂梁為彈簧鋼片或青銅片。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述樣品臺組件包括：固定塊，所述固定塊與所述支撐底板相連，所述固定塊的上表面形成有橫向弧形槽；橫向角度調(diào)節(jié)位移臺，所述橫向角度調(diào)節(jié)位移臺設(shè)在所述固定塊的上面且所述橫向角度調(diào)節(jié)位移臺上形成有向下凸出的橫向凸起，所述橫向凸起配合在所述橫向弧形槽內(nèi)，所述橫向角度調(diào)節(jié)位移臺上形成有縱向弧形槽；縱向角度調(diào)節(jié)位移臺，所述縱向角度調(diào)節(jié)位移臺設(shè)在所述橫向角度調(diào)節(jié)位移臺的上面，且所述縱向角度調(diào)節(jié)位移臺上形成有向下凸出的縱向凸起，所述縱向凸起配合在所述縱向弧形槽內(nèi)，所述縱向角度調(diào)節(jié)位移臺上形成有用于固定下試樣的固定面。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述平衡杠桿上設(shè)有配重砝碼和游碼組件，所述配重砝碼設(shè)在所述平衡杠桿的左端，所述游碼組件設(shè)在所述平衡杠桿的后側(cè)，所述游碼組件包括游碼支架和連接在所述游碼支架上的游碼，所述游碼相對所述游碼支架可活動。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中十字交叉軸承組件的局部放大圖。

圖3是圖1中測量單元的局部放大圖。

圖4是圖1中樣品臺組件的局部放大圖。

圖5a至圖5f是根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置幾種適用摩擦副的示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置的典型粘滑試驗數(shù)據(jù)曲線，其中包含三個典型的粘滑過程，上升的實線代表粘，下降的虛線代表滑。

附圖標記：

驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100，

支撐底板1，

十字交叉軸承組件2，主承力桅桿21，方向軸承22，限位卡環(huán)23，俯仰軸支架24，底板241，前側(cè)板242，后側(cè)板243，俯仰軸25，

平衡杠桿3，配重砝碼31，游碼組件32，游碼支架321，游碼322，

測量單元4，固定端41，移動端42，雙懸臂梁43，樣品端參考桿44，位移測量點441，位移傳感器45，固定螺栓46，

樣品臺組件5，固定塊51，橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52，縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53,固定面54，

驅(qū)動組件6，固定板61，推進位移臺62，球頭頂桿621，電機63，復位彈簧64，

上試樣28，下試樣29，上平板30，滾動球31，下平板32。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

針對粘滑試驗的要求，亟需開發(fā)一種驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置。本發(fā)明提供一種驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置，屬于界面的摩擦粘滑行為測試技術(shù)領(lǐng)域。

下面結(jié)合圖1至圖6詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100。

參照圖1，根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100，包括：支撐底板1、十字交叉軸承組件2、平衡杠桿3、測量單元4、樣品臺組件5以及驅(qū)動組件6。

具體而言，十字交叉軸承組件2的下端(參照圖1中十字交叉軸承組件2的下端)與支撐底板1相連，而且十字交叉軸承組件2向上延伸。這樣可以實現(xiàn)十字交叉軸承組件2與支撐底板1之間的可靠連接。

平衡杠桿3位于支撐底板1的上方，并且平衡杠桿3與十字交叉軸承組件2相連，平衡杠桿3不僅可以繞十字交叉軸承組件2旋轉(zhuǎn)，而且平衡杠桿3還可以繞十字交叉軸承組件2上下擺動。如此，有利于實現(xiàn)力的平衡加載。

例如，平衡杠桿3繞十字交叉軸承組件2沿上下方向延伸的軸可旋轉(zhuǎn)，此時，平衡杠桿3可以繞十字交叉軸承組件2在前后方向上旋轉(zhuǎn)；平衡杠桿3繞十字交叉軸承組件2沿前后方向延伸的軸可旋轉(zhuǎn)，此時，平衡杠桿3可以繞十字交叉軸承組件2在上下方向上擺動。

測量單元4可拆卸地連接在平衡杠桿3的右端。這樣便于實現(xiàn)測量單元4的安裝和拆卸，且可根據(jù)實際需要選擇安裝不同的測量單元4，從而完成不同條件下的粘滑試驗。這里，需要說明的是，不同的測量單元4可以具有不同的剛度，從而能夠滿足不同條件下的粘滑試驗需求。

樣品臺組件5設(shè)在支撐底板1上，并且樣品臺組件5與測量單元4相對，使得通過樣品臺組件5與測量單元4的配合可以確保粘滑試驗的進一步進行。

驅(qū)動組件6設(shè)在支撐底板1上，驅(qū)動組件6可以用于驅(qū)動平衡杠桿3繞十字交叉軸承組件2旋轉(zhuǎn)。這樣，在驅(qū)動組件6的作用下可以更好地進行粘滑試驗。

其中，通過平衡杠桿3可以對樣品臺組件5加載一定的加載力，且可保證加載力的穩(wěn)定，通過驅(qū)動組件6可以驅(qū)動平衡杠桿3繞十字交叉軸承組件2旋轉(zhuǎn)，這樣可以使得測量單元4相對于樣品臺組件5運動，從而確保粘滑試驗的順利進行。

根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100，通過將測量單元4可拆卸地連接在平衡杠桿3的右端。使得可以根據(jù)實際需要選擇安裝不同的測量單元4，由于不同的測量單元4具有不同的剛度，從而能夠滿足不同條件下的粘滑試驗需求。

參照圖2并結(jié)合圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，十字交叉軸承組件2包括：主承力桅桿21、方向軸承22以及限位卡環(huán)23。

具體地，主承力桅桿21沿上下方向(參照圖1中所示的上下方向)延伸，且主承力桅桿21的下端與支撐底板1固定連接，這樣可以確保主承力桅桿21與支撐底板1之間的連接可靠性。平衡杠桿3繞主承力桅桿21可旋轉(zhuǎn)，也就是說，平衡杠桿3可以圍繞主承力桅桿21作旋轉(zhuǎn)運動。由此，可以為進一步實現(xiàn)在驅(qū)動方向上測量單元4相對于樣品臺組件5的運動提供有利條件。

方向軸承22套設(shè)在主承力桅桿21的外周，且方向軸承22與主承力桅桿21的相對位置固定。又因限位卡環(huán)23與主承力桅桿21卡接，而且限位卡環(huán)23位于方向軸承22的下方。這樣通過限位卡環(huán)23可以防止方向軸承22向下滑落，從而實現(xiàn)方向軸承22在主承力桅桿21上的可靠安裝。

進一步地，如圖2所示，十字交叉軸承組件2還包括：俯仰軸支架24和俯仰軸25。其中，俯仰軸支架24連接在方向軸承22的下端，俯仰軸支架24包括底板241、前側(cè)板242和后側(cè)板243，前側(cè)板242和后側(cè)板243可以沿底板241向上延伸，俯仰軸支架24的前側(cè)板242和后側(cè)板243上均形成有定位卡孔，也就是說，俯仰軸支架24的前側(cè)板242上均形成有定位卡孔，俯仰軸支架24的后側(cè)板243上也形成有定位卡孔。俯仰軸25沿垂直于主承力桅桿21的方向延伸(例如，俯仰軸25可以沿圖2中所示的前后方向延伸)，俯仰軸25包括兩段，兩段俯仰軸25與所述定位卡孔一一對應，俯仰軸25與所述定位卡孔卡接，這樣可以實現(xiàn)俯仰軸25在俯仰軸支架24上的可靠安裝，平衡杠桿3繞俯仰軸25可旋轉(zhuǎn)。這樣使得平衡杠桿3繞俯仰軸25的上下擺動能夠更好地實現(xiàn)。

其中，結(jié)合圖2，底板241的上端面與方向軸承22的下端面抵接，而且底板241的下端面與限位卡環(huán)23貼合，這樣通過底板241以及限位卡環(huán)23可以更好地對方向軸承22進行限位，從而保證方向軸承22的安裝可靠性。方向軸承22的內(nèi)圈與主承力桅桿21通過緊固件例如頂絲固定，且方向軸承22的外圈連接俯仰軸支架24。由此，可以更好地實現(xiàn)方向軸承22在主承力桅桿21上的可靠限位。

其中，頂絲是用來固定的，大多是軸孔，用頂絲頂住軸，使它不能來回移動。頂絲就是螺絲的緊固原理,多數(shù)用在軸和套之間防止軸和套在使用過程中軸對套發(fā)生位置變化的緊固件，可以用來防止軸和軸套間的相對運動，還有些場合頂絲用來拆卸方便，比如說兩個零件配合緊密，可依靠頂絲來分離開。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，驅(qū)動組件6設(shè)在平衡杠桿3的后側(cè)，驅(qū)動組件6包括：固定板61、推進位移臺62以及電機63。

具體地，固定板61設(shè)在支撐底板1的上面，推進位移臺62與固定板61相連，而且推進位移臺62的前端連接有球頭頂桿621，推進位移臺62內(nèi)設(shè)有絲杠(圖中未示出)，球頭頂桿621的一端(例如，圖1中球頭頂桿621的后端)與所述絲杠相連，而且球頭頂桿621的另一端(例如，圖1中球頭頂桿621的前端)連接平衡杠桿3。電機63與推進位移臺62相連，電機63用于驅(qū)動推進位移臺62前后移動。由此，通過電機63的旋轉(zhuǎn)可以帶動所述絲杠旋轉(zhuǎn)，通過球頭頂桿621可以將所述絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為球頭頂桿621的直線運動，從而進一步通過球頭頂桿621推動平衡杠桿3在水平面上繞十字交叉軸承組件2(例如主承力桅桿21)旋轉(zhuǎn)，進而能夠?qū)y量單元4在驅(qū)動方向上加載力。

進一步地，結(jié)合圖1，驅(qū)動組件6還包括：復位彈簧64，復位彈簧64位于推進位移臺62的一側(cè)(例如，圖1中推進位移臺62的左側(cè)或右側(cè))，復位彈簧62的一端(例如，圖1中復位彈簧62的后端)固定在支撐底板1上，而且復位彈簧62的另一端(例如，圖1中復位彈簧62的前端)與平衡杠桿3相連，復位彈簧62用于提供平衡杠桿3復位所需要的力。由此，通過復位彈簧64可以使平衡杠桿3復位。

其中，當電機63驅(qū)動所述絲杠旋轉(zhuǎn)帶動球頭頂桿621向前運動時，球頭頂桿621可以推動平衡杠桿3在水平面上繞主承力桅桿21旋轉(zhuǎn)，從而可以對測量單元4在驅(qū)動方向上加載力。當平衡杠桿3向前運動預定距離后，電機63驅(qū)動所述絲杠旋轉(zhuǎn)以帶球頭頂桿621向后運動，此時，由于復位彈簧64的存在，能夠更好地對平衡杠桿3進行復位，從而提高粘滑試驗裝置100的使用性能。

參照圖3并結(jié)合圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，測量單元4包括：固定端41、移動端42、雙懸臂梁43、樣品端參考桿44以及位移傳感器45。

具體而言，固定端41連接在平衡杠桿3的右端(參照圖1中所示的平衡杠桿3的右端)。移動端42與固定端41間隔開，而且移動端42設(shè)在固定端41的右端。雙懸臂梁43的左端與固定端41相連，并且雙懸臂梁43的右端連接移動端42。也就是說，雙懸臂梁43連接在固定端41與移動端42之間。樣品端參考桿44的左端與固定端41相連，而且樣品端參考桿44的右端支撐在移動端42上，樣品端參考桿44的右端可以隨著移動端42的移動而移動，樣品端參考桿44的左端具有位移測量點441。位移傳感器45設(shè)在固定端41上，并且位移傳感器45與位移測量點441相對(例如前后相對等)，這樣使得通過位移傳感器45可以檢測移動端42相對于固定端41的變形，由于力與變形存在一定的對應關(guān)系，使得通過檢測移動端42相對于固定端41的變形能夠進一步檢測摩擦力。

其中，位移傳感器45可以與計算機相連，這樣可以通過位移傳感器45將檢測到的數(shù)據(jù)傳遞到計算機，利用程序控制將變形再轉(zhuǎn)化成力進行輸出。

進一步地，結(jié)合圖3和圖1，雙懸臂梁43為彈簧鋼片或青銅片。這樣使得雙懸臂梁43具有優(yōu)良的綜合性能，從而更好地進行粘滑試驗。

這里，可以理解的是，測量單元4在原理上利用了雙懸臂梁43變形測力的原理，但提高了加載剛度，降低了驅(qū)動剛度，使得樣品或試樣可以在驅(qū)動方向上實現(xiàn)大尺度的粘滑，同時測量單元4快速可更換，實現(xiàn)了穩(wěn)定可控的大尺度粘滑的測試。

加載剛度指的是雙懸臂梁43在加載方向上的剛度，這里指的是雙懸臂梁43沿上下方向上的剛度，雙懸臂梁43為片狀，使得雙懸臂梁43的加載剛度提高，驅(qū)動剛度指的是雙懸臂梁43在驅(qū)動方向上的剛度，這里指的是雙懸臂梁43在前后方向上的剛度，雙懸臂梁43為片狀，雙懸臂梁43在前后方向上的厚度較薄，降低了驅(qū)動剛度。

其中，彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性，而專門用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現(xiàn)永久變形。雙懸臂梁43優(yōu)良的綜合性能包括例如力學性能(特別是彈性極限、強度極限、屈強比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。

參照圖4并結(jié)合圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，樣品臺組件5包括：固定塊51、橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52和縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53。

具體而言，固定塊51與支撐底板1相連，固定塊51的上表面形成有橫向弧形槽。橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52設(shè)在固定塊51的上面，而且橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52上形成有向下凸出的橫向凸起，所述橫向凸起適于配合在所述橫向弧形槽內(nèi)，并且所述橫向凸起在所述橫向弧形槽內(nèi)可滑動，從而實現(xiàn)對樣品(或試樣)橫向角度的調(diào)節(jié)。其中，橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52上形成有縱向弧形槽，縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53設(shè)在橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52的上面，而且縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53上形成有向下凸出的縱向凸起，所述縱向凸起適于配合在所述縱向弧形槽內(nèi)，所述縱向凸起在所述縱向弧形槽內(nèi)可滑動，縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53上形成有用于固定下試樣的固定面54。這樣通過橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52和縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53的配合可以實現(xiàn)對下試樣的位置(例如橫向角度和縱向角度)的調(diào)節(jié)，從而更好地進行粘滑試驗。

參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，平衡杠桿3上設(shè)有配重砝碼31和游碼組件32，配重砝碼31設(shè)在平衡杠桿3的左端(參照圖1中平衡杠桿3的左端)，配重砝碼31的具體重量可以按需選擇，游碼組件32設(shè)在平衡杠桿3的一側(cè)例如后側(cè)等，游碼組件32可以包括游碼支架321和連接在游碼支架321上的游碼322，游碼322相對游碼支架321可活動。由此，通過配重砝碼31可以實現(xiàn)對加載力的粗調(diào)，通過游碼組件32可以實現(xiàn)對加載力的精調(diào)，從而更好地保證加載力的穩(wěn)定。

當然，本發(fā)明不限于此，在本發(fā)明的其他實施例中，配重砝碼31也可以設(shè)在平衡杠桿3的右端，游碼組件32也可以設(shè)在平衡杠桿3的前側(cè)等。

參照圖5a至圖5f，圖5a至圖5f是根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置適用摩擦副的示意圖，其中，圖5a至圖5e是滑動摩擦副，圖5f是滾動摩擦副。根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，粘滑試驗裝置100可以適于滑動摩擦，滑動摩擦副可以包括平面與平面接觸、斜面與斜面接觸、平面與斜面接觸、球面與平面接觸以及球面與斜面接觸等。所述滑動摩擦副可以根據(jù)實際需要適應性選擇。

當然，本發(fā)明不限于此，結(jié)合圖5f，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施例，粘滑試驗裝置100也可以適于滾動摩擦，滾動摩擦副包括上平板30、設(shè)在上平板30下的滾動球31例如鋼球以及用于支撐滾動球31的下平板32。

下面結(jié)合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的粘滑試驗裝置100的使用方法，包括：步驟S1：將下試樣(即粘滑試驗下試樣)安裝在所述樣品臺組件上，將上試樣(即粘滑試驗上試樣)固定在所述測量單元的移動端的下表面上，所述上試樣可以通過粘接或者固定連接的方式安裝在所述測量單元的下表面上，這樣可以保證粘滑試驗的測量準確度。步驟S2：將待測介質(zhì)放置在所述上試樣與所述下試樣之間，調(diào)節(jié)所述平衡杠桿在上下方向上的高度以使所述上試樣與所述下試樣接觸。這樣可以為粘滑試驗提供有利條件。步驟S3：調(diào)節(jié)配重砝碼實現(xiàn)對加載力的粗調(diào)，調(diào)節(jié)游碼支架上的游碼對加載力進行精調(diào)。如此可以保證穩(wěn)定的加載力。步驟S4：開啟位移傳感器，并啟動驅(qū)動組件推動平衡杠桿向前運動。步驟S5：平衡杠桿向前運動預定距離后，驅(qū)動組件向后運動，復位彈簧帶動平衡杠桿向后復位，實現(xiàn)上試樣在下試樣表面恒定載荷的往復運動。步驟S6：計算機實時記錄測量單元移動端的變形，并換算成實時的摩擦力記錄下來。

本發(fā)明的目的是開發(fā)一種驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100，采用平衡杠桿3提供穩(wěn)定的而又具有自由度的加載，通過可快速更換的不同剛度的測量單元4例如雙懸臂梁來驅(qū)動所述上試樣，位移傳感器45測量雙懸臂梁43的變形，從而實現(xiàn)了對材料的粘滑行為完整可控的研究。

本發(fā)明提出的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100，包括平衡加載系統(tǒng)(包括十字交叉軸承組件2和平衡杠桿3)、驅(qū)動組件6、測量單元4(包括可更換雙懸臂梁驅(qū)動系統(tǒng)和位移測量系統(tǒng))和樣品臺組件5。所述的平衡加載系統(tǒng)，包括一根主承力桅桿21，一套雙自由度交叉軸承系統(tǒng)，所述雙自由度交叉軸承系統(tǒng)固定在主承力桅桿21上，所述雙自由度交叉軸承系統(tǒng)的位置在上下方向上可調(diào)整，一個平衡杠桿3安裝在所述交叉軸承系統(tǒng)上，同時平衡杠桿3上還安裝有配重砝碼31和游碼組件32(包括游碼支架321和游碼322)；所述的可更換的雙懸臂梁驅(qū)動系統(tǒng)安裝在平衡杠桿3的末端(例如，圖1中平衡杠桿3的右端)，測量單元4作為一個完整的單元可快速更換，不同的測量單元4上設(shè)有不同剛度的雙懸臂梁，這樣可以實現(xiàn)驅(qū)動剛度的可控；所述的位移測量系統(tǒng)安裝在測量單元4之上，同時包含相關(guān)的傳感器；所述的樣品臺組件，包含兩個角度可調(diào)整的角位移臺(即前述的橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52和縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53)，兩個角位移臺堆疊在一起實現(xiàn)對試樣在兩個方向上的角度的調(diào)整。

本發(fā)明的工作原理及過程：本發(fā)明通過專門設(shè)計的平衡加載系統(tǒng)，利用的平衡杠桿3的自平衡能力使載荷穩(wěn)定，利用天平的稱量原理實現(xiàn)了載荷的穩(wěn)定可控；設(shè)計在平衡杠桿3旁邊的往復驅(qū)動系統(tǒng)(即前述的驅(qū)動組件6)實現(xiàn)了對平衡杠桿3的往復驅(qū)動；測量單元4在原理上利用了雙懸臂梁43變形測力的原理，但提高了加載剛度，降低了驅(qū)動剛度，使得樣品可以在驅(qū)動方向上實現(xiàn)大尺度的粘滑，同時測量單元快速可更換，實現(xiàn)了穩(wěn)定可控的大尺度粘滑的測試。

本發(fā)明的有益效果：驅(qū)動剛度可控：現(xiàn)有的摩擦磨損設(shè)備中，幾乎均為低加載剛度，高驅(qū)動剛度。本次試驗機的設(shè)計突破傳統(tǒng)思維，提高加載剛度，降低驅(qū)動剛度，實現(xiàn)了一個對摩擦力的高精度測量。恒定載荷：當提高了界面加載剛度之后，界面的載荷往往變得不穩(wěn)定，本試驗裝置經(jīng)過特別設(shè)計，實現(xiàn)了在不同界面角度、形狀等條件下法向載荷的穩(wěn)定。大尺度粘滑測量：由于傳統(tǒng)試驗機的驅(qū)動剛度大，通常在傳統(tǒng)摩擦磨損試驗機上不能產(chǎn)生大尺度粘滑現(xiàn)象。而本試驗機驅(qū)動剛度小而且可變，使得試驗機能夠?qū)δΣ吝^程中的微單元——粘滑進行放大，在試驗機上實現(xiàn)了大尺度的粘滑。多功能：試驗機不僅能夠?qū)崿F(xiàn)粘滑的測量。同時也能夠勝任普通連續(xù)滑動摩擦磨損試驗的相關(guān)試驗。同時測量懸臂梁的剛度可調(diào)，量程可調(diào)，能夠滿足不同試驗任務(wù)的需要。

下面結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100的一個具體實施例。

本發(fā)明的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含十字交叉軸承組件2、平衡杠桿3、驅(qū)動組件6、測量單元4等部件。主承力桅桿21垂直安裝在支撐底板1的一側(cè)，擔負起整個裝置的重量。十字交叉軸承組件2安裝在主承力桅桿21上，由限位卡環(huán)23抱緊主承力桅桿21，并可以根據(jù)需要上下調(diào)整高度。如圖2所示，方向軸承22的內(nèi)圈通過頂絲定位在主承力桅桿21上，方向軸承22的內(nèi)圈下端由限位卡環(huán)23頂住，以提供足夠的承載力；俯仰軸支架24安裝在方向軸承22上，俯仰軸25通過夾緊的方式安裝在俯仰軸支架24上，方向軸承22、俯仰軸支架24和限位卡環(huán)23構(gòu)成了交叉軸承系統(tǒng)，含有方向和俯仰兩個旋轉(zhuǎn)軸，使得平衡杠桿3不僅可以繞沿上下方向延伸的主承力桅桿21旋轉(zhuǎn)，還可繞沿前后方向延伸的俯仰軸25旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)平衡杠桿3的擺動。平衡杠桿3通過軸承安裝在十字交叉軸承組件2上，平衡杠桿3和十字交叉軸承組件2構(gòu)成了一個兩自由度系統(tǒng)，使得平衡杠桿3不僅可以俯仰運動(即平衡杠桿3繞沿前后方向延伸的俯仰軸25上下擺動)，而且可以圍繞主承力桅桿21作旋轉(zhuǎn)運動。平衡杠桿3的一端安裝有配重砝碼31，且配重砝碼31可調(diào)整，來保證平衡杠桿3的平衡。平衡杠桿3的前側(cè)安裝有游碼322和游碼支架321，游碼322可以在具有刻度的游碼支架321上運動，調(diào)整平衡杠桿3末端(例如右端)的加載力。平衡杠桿3的一側(cè)(例如后側(cè))安裝有驅(qū)動組件6，在驅(qū)動組件6上固定了一個球頭頂桿621，球頭頂桿621能夠自由地推動平衡杠桿3向前運動，驅(qū)動組件6的一側(cè)(例如左側(cè)或右側(cè))安裝有復位彈簧64，復位彈簧64的一端(例如前端)安裝在平衡杠桿3上，復位彈簧64的另一端(例如后端)固定在支撐底板1上能夠使得在驅(qū)動組件6退回的時候?qū)⑵胶飧軛U3拉回，即將平衡杠桿3復位，驅(qū)動組件6構(gòu)成了平衡杠桿3的驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)了平衡杠桿3的往復運動?？筛鼡Q的測量單元4安裝在平衡杠桿3的一側(cè)。在測量單元4的下方設(shè)有一個樣品臺組件5，樣品臺組件5能夠安裝樣品且可調(diào)節(jié)樣品的角度。

如圖3所示，測量單元4的左側(cè)是測量單元4的固定端41，測量單元4的固定端41用固定螺栓46固定在平衡杠桿3上，并可以快速更換。連接測量單元4的固定端41和測量單元4的移動端42(即樣品端)的是彈簧鋼材料制作的雙懸臂梁43，雙懸臂梁43的剛度可以按照各種試驗需求來設(shè)計。測量單元4的移動端42安裝有一根樣品端參考桿44，通過樣品端參考桿44可以將移動端42的位移(或變形)傳遞到固定端41，通過位移傳感器45和位移測量點441將位移數(shù)據(jù)測出。

如圖4所示，樣品臺組件5由用于固定下試樣的固定面54、橫向角度調(diào)節(jié)位移臺52和縱向角度調(diào)節(jié)位移臺53堆疊而成，構(gòu)成兩個方向的角度調(diào)整，以滿足試驗需要。

工作時，下試樣29安裝在樣品臺組件5上，上試樣28安裝在測量單元4的移動端42上，將待測介質(zhì)(如潤滑脂等)放置在上試樣28與下試樣29之間，通過調(diào)節(jié)配重砝碼31實現(xiàn)對加載力的粗調(diào)，通過調(diào)節(jié)游碼支架321上的游碼322對加載力進行精調(diào)。開啟位移傳感器45，并啟動用于驅(qū)動平衡杠桿3往復運動的驅(qū)動組件6，驅(qū)動組件6推動平衡杠桿3向前運動，平衡杠桿3向前運動一定的距離后，驅(qū)動組件6向后運動，復位彈簧64帶動平衡杠桿3向后運動，實現(xiàn)上試樣28在下試樣29表面恒定載荷的往復運動。計算機實時記錄測量單元4移動端42的變形，并換算成實時的摩擦力記錄下來。

圖5a至圖5f所示為驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100的典型摩擦副類型，含有平面與平面接觸，斜面與斜面接觸，平面與斜面接觸，球面與平面接觸，球面與斜面接觸等等。通過專門設(shè)計的加載系統(tǒng)，使得粘滑試驗裝置100能夠在各種條件下(特別是斜面條件下)保持恒定的加載和可控的驅(qū)動剛度。同時，本試驗裝置100還能夠進行一些滾動摩擦的測量，例如滾動摩擦上平板30、鋼球31以及下平板32構(gòu)成了一個滾動摩擦副。

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置的典型粘滑試驗數(shù)據(jù)曲線，其中包含三個典型的粘滑過程，上升的實線代表粘，下降的虛線代表滑；t代表時間，s代表秒，f代表摩擦力，N為力的單位牛頓。

本發(fā)明涉及界面的摩擦粘滑行為測試技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100。它包括十字交叉軸承組件2、平衡杠桿3(包括加載機構(gòu))驅(qū)動組件6及測量組件4；平衡杠桿3通過十字交叉軸承組件2固定在主承力桅桿21上，具有兩個方向的運動自由度；通過調(diào)整所述加載機構(gòu)中的配重砝碼31和游碼322來調(diào)節(jié)加載力并保持加載力的恒定，平衡杠桿3側(cè)面的驅(qū)動組件6可以實現(xiàn)平衡杠桿3的往復運動；測量單元4安裝在平衡杠桿3的一端并可以快速更換，測量單元4的固定端41和移動端42通過雙懸臂梁43連接在一起，位移測量系統(tǒng)安裝在測量單元4的固定端41上測量移動端42的相對位移。

本發(fā)明公開一種驅(qū)動剛度可控的粘滑試驗裝置100，該試驗裝置包括十字交叉軸承組件2、平衡杠桿3、驅(qū)動組件6和測量單元4等；所述的十字交叉軸承組件2安裝在一個主承力桅桿21上，由夾緊裝置(例如限位卡環(huán)23)固定，可上下調(diào)節(jié)，具備兩個垂直交叉的旋轉(zhuǎn)軸，可以進行兩個自由度的旋轉(zhuǎn)；所述的平衡杠桿3安裝在十字交叉軸承組件2上，由配重砝碼31和游碼322來調(diào)節(jié)平衡杠桿3的平衡加載；所述的驅(qū)動組件6包括推進位移臺62、電機63以及復位彈簧64等；所述的測量單元4包括固定端41、雙懸臂梁43和移動端42，移動端42的變形由一根樣品端參考桿44傳遞回固定端41，測量系統(tǒng)包括位移傳感器45。所述的樣品臺組件5位于測量單元4的移動端42的下部，具備兩個方向的角度調(diào)節(jié)能力。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。