二維摩擦測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及力學(xué)測(cè)試技術(shù)和傳感器應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種二維摩擦測(cè)試
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)后半葉，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和微制造技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了微型機(jī)電系統(tǒng)并且迅速成為當(dāng)今最有生命力和最具發(fā)展前景的機(jī)械科學(xué)研宄的前沿領(lǐng)域，微機(jī)械不是傳統(tǒng)機(jī)械的直接微型化，而是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，并作為整個(gè)納米技術(shù)的重要組成部分的嶄新的研宄課題，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS))應(yīng)用日益廣泛，其體現(xiàn)出來的摩擦磨損問題日益嚴(yán)重。改善微機(jī)械表面特性是改善其微摩擦學(xué)性能的有效途徑，通過表面納米膜(或涂層)可以大幅降低磨損與粘著現(xiàn)象發(fā)生，從而提高微機(jī)械的壽命。微摩擦測(cè)試對(duì)于評(píng)估這些表面潤(rùn)滑膜的摩擦學(xué)性能有重要意義。微摩擦測(cè)量的核心是對(duì)微小載荷和摩擦力的測(cè)量。然而現(xiàn)有的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如銷盤類摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等現(xiàn)有摩擦磨損實(shí)驗(yàn)設(shè)備普通工作范圍在牛級(jí)以上，均達(dá)不到微摩擦測(cè)試所需要的毫牛級(jí)精度。微觀摩擦實(shí)驗(yàn)儀器主要有掃描探針顯微鏡(SPM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、表面力儀(SFA)等，這些儀器的測(cè)量范圍一般都在幾平方微米的極小面積內(nèi)，甚至是摩擦副幾個(gè)分子間的接觸，測(cè)量的力在納牛量級(jí)，由于要求的測(cè)量精度和準(zhǔn)確性都非常高，儀器的價(jià)格也就非常昂貴；微機(jī)電系統(tǒng)界面之間的摩擦屬于微觀摩擦范圍，其加載通常在微牛至毫牛之間，這是一個(gè)介于現(xiàn)有宏觀和微觀測(cè)試儀器測(cè)量范圍之間的一個(gè)量，一方面，現(xiàn)有的設(shè)備不是測(cè)量時(shí)加載的力過大(如環(huán)塊銷盤試驗(yàn)機(jī))，就是加載的力過小(如AFM)，而沒有適合這一測(cè)量范圍的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試儀器；另一方面，現(xiàn)有的設(shè)備不能較準(zhǔn)確地反映微機(jī)械的實(shí)際工況，如速度、溫度等環(huán)境條件對(duì)摩擦性能的影響，對(duì)于其微觀摩擦特性也就不能有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)。基于以上的分析和考慮，研制出一種微摩擦測(cè)試儀，這不僅能為研宄微機(jī)電系統(tǒng)材料的摩擦特性提供一種工具，而且在微觀、宏觀摩擦研宄之間架起一道橋梁，使得兩者能夠相互結(jié)合，促進(jìn)摩擦學(xué)的發(fā)展，為微機(jī)械設(shè)計(jì)和制造提供理論基礎(chǔ)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:為了提供一種二維摩擦測(cè)試裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本較低，能夠同時(shí)測(cè)量毫牛級(jí)摩擦力和法向載荷，測(cè)量精度高。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種二維摩擦測(cè)試裝置，包括工作臺(tái)、測(cè)頭、摩擦應(yīng)變組件及調(diào)節(jié)組件，測(cè)頭設(shè)置在工作臺(tái)上，測(cè)頭與摩擦應(yīng)變組件連接，摩擦應(yīng)變組件與調(diào)節(jié)組件連接，所述工作臺(tái)設(shè)置在基臺(tái)上，基臺(tái)內(nèi)設(shè)置有滾珠絲杠，滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)連接，伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，所述調(diào)節(jié)組件包括底板、升降臺(tái)、粗調(diào)按鈕、滑動(dòng)臺(tái)及微調(diào)按鈕，所述升降臺(tái)通過升降塊固定在底板上，所述粗調(diào)按鈕通過升降塊控制升降臺(tái)升降，所述滑動(dòng)臺(tái)設(shè)置在升降臺(tái)上，所述微調(diào)按鈕控制滑動(dòng)臺(tái)移動(dòng)，所述摩擦應(yīng)變組件包括具有彈性的臥式彎曲梁及立式彎曲梁，所述臥式彎曲梁與水平面相平行，所述立式彎曲梁與水平面相垂直，臥式彎曲梁與立式彎曲梁之間通過連接塊固定連接，立式彎曲梁遠(yuǎn)離連接塊的一端與滑動(dòng)臺(tái)固定連接，所述測(cè)頭固定在臥式彎曲梁遠(yuǎn)離連接塊的一端，臥式彎曲梁、立式彎曲梁上分別固定有應(yīng)變片，且分別組成全橋回路。
[0005]在本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例中，所述臥式彎曲梁上的應(yīng)變片靠近連接塊，所述立式彎曲梁上的應(yīng)變片遠(yuǎn)離連接塊。
[0006]在本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例中，所述測(cè)頭為球狀。
[0007]在本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例中，所述升降臺(tái)上設(shè)置有滑軌，所述滑動(dòng)臺(tái)沿滑軌滑動(dòng)。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的二維摩擦測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本較低，能夠同時(shí)測(cè)量毫牛級(jí)摩擦力和法向載荷，測(cè)量精度高，可廣泛應(yīng)用于各種薄膜、涂層等的微摩擦性能評(píng)估測(cè)試。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0010]圖1是本實(shí)用新型二維摩擦測(cè)試裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0012]如圖1所示，一種二維摩擦測(cè)試裝置，包括工作臺(tái)3、測(cè)頭11、摩擦應(yīng)變組件及調(diào)節(jié)組件，測(cè)頭11設(shè)置在工作臺(tái)3上，測(cè)頭11與摩擦應(yīng)變組件連接，摩擦應(yīng)變組件與調(diào)節(jié)組件連接，所述工作臺(tái)3設(shè)置在基臺(tái)2上，基臺(tái)2內(nèi)設(shè)置有滾珠絲杠4，滾珠絲杠4與伺服電動(dòng)機(jī)I連接，伺服電動(dòng)機(jī)I通過滾珠絲杠4驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)3移動(dòng)，所述調(diào)節(jié)組件包括底板5、升降臺(tái)6、粗調(diào)按鈕9、滑動(dòng)臺(tái)8及微調(diào)按鈕10，所述升降臺(tái)6通過升降塊7固定在底板5上，所述粗調(diào)按鈕9通過升降塊7控制升降臺(tái)6升降，所述滑動(dòng)臺(tái)8設(shè)置在升降臺(tái)6上，所述微調(diào)按鈕10控制滑動(dòng)臺(tái)8移動(dòng)，所述摩擦應(yīng)變組件包括具有彈性的臥式彎曲梁12及立式彎曲梁13，所述臥式彎曲梁12與水平面相平行，所述立式彎曲梁13與水平面相垂直，臥式彎曲梁12與立式彎曲梁13之間通過連接塊14固定連接，立式彎曲梁13遠(yuǎn)離連接塊14的一端與滑動(dòng)臺(tái)8固定連接，所述測(cè)頭11固定在臥式彎曲梁12遠(yuǎn)離連接塊14的一端，臥式彎曲梁12、立式彎曲梁13上分別固定有應(yīng)變片15，且分別組成全橋回路。
[0013]所述臥式彎曲梁12上的應(yīng)變片15靠近連接塊14，所述立式彎曲梁13上的應(yīng)變片15遠(yuǎn)離連接塊14。應(yīng)變片15貼在臥式彎曲梁12、立式彎曲梁13的根部以提高測(cè)頭11的靈敏度。這樣的結(jié)構(gòu)既提高了電橋?qū)ξ⒘Φ撵`敏度，又能夠進(jìn)行溫度補(bǔ)償，因而提高了測(cè)量的精度。
[0014]測(cè)頭11設(shè)計(jì)并制作成球形或其他形狀，固定在臥式彎曲梁12底面，測(cè)頭11的材料和尺寸可根據(jù)實(shí)際所需進(jìn)行更換。
[0015]所述升降臺(tái)6上設(shè)置有滑軌，微調(diào)按鈕10控制滑動(dòng)臺(tái)8沿滑軌滑動(dòng)，以改變臥式彎曲梁12的應(yīng)變大小。
[0016]在摩擦測(cè)試中，摩擦應(yīng)變組件受載荷和摩擦力同時(shí)作用發(fā)生應(yīng)變變形，其中臥式彎曲梁12僅受法向載荷發(fā)生應(yīng)變變形，立式彎曲梁13則僅受摩擦力作用發(fā)生應(yīng)變變形，通過應(yīng)變片15可間接測(cè)出法向載荷和摩擦力的大小。
[0017]在進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)時(shí)，將摩擦測(cè)試樣品固定在工作臺(tái)3上，通過粗調(diào)按鈕9、升降塊7控制升降臺(tái)6升降，通過微調(diào)按鈕10調(diào)節(jié)滑動(dòng)臺(tái)8前后移動(dòng)，使測(cè)頭11對(duì)應(yīng)在測(cè)試樣品上，并對(duì)測(cè)試樣品產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊力，預(yù)緊力設(shè)定完成后，啟動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)1，伺服電動(dòng)機(jī)I通過聯(lián)軸器及滾珠絲杠4帶動(dòng)工作臺(tái)3及測(cè)試樣品沿基臺(tái)2進(jìn)行往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)，可以通過調(diào)節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)I的轉(zhuǎn)速對(duì)工作臺(tái)3的移動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以通過微調(diào)旋鈕10來改變臥式彎曲梁12的應(yīng)變大小，從而改變?cè)跍y(cè)試樣品上的載荷大小。當(dāng)在測(cè)頭11上作用一法向載荷時(shí)，臥式彎曲梁12發(fā)生應(yīng)變變形，而立式彎曲梁13則保持不變，當(dāng)在測(cè)頭11上作用一橫向摩擦力時(shí)，立式彎曲梁13發(fā)生應(yīng)變變形，而臥式彎曲梁12則保持不變。依據(jù)力的疊加原理可知，在摩擦力和載荷同時(shí)作用下，摩擦應(yīng)變組件能將載荷和摩擦力進(jìn)行有效分解，法向載荷僅使臥式彎曲梁12發(fā)生應(yīng)變變形，摩擦力僅使立式彎曲梁13發(fā)生應(yīng)變變形。利用電阻應(yīng)變效應(yīng)將載荷或摩擦力引起的相應(yīng)彎曲梁應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電阻變化，這個(gè)電信號(hào)通過一定的信號(hào)處理后，被A / D卡采集下來，然后輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行加工處理，可以得出應(yīng)變的大小，最終能夠?qū)?yīng)變還原成載荷和摩擦力的值，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)試的目的。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的二維摩擦測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本較低，能夠同時(shí)測(cè)量毫牛級(jí)摩擦力和法向載荷，測(cè)量精度高，可廣泛應(yīng)用于各種薄膜、涂層等的微摩擦性能評(píng)估測(cè)試。
[0019]以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二維摩擦測(cè)試裝置，包括工作臺(tái)、測(cè)頭、摩擦應(yīng)變組件及調(diào)節(jié)組件，測(cè)頭設(shè)置在工作臺(tái)上，測(cè)頭與摩擦應(yīng)變組件連接，摩擦應(yīng)變組件與調(diào)節(jié)組件連接，其特征在于:所述工作臺(tái)設(shè)置在基臺(tái)上，基臺(tái)內(nèi)設(shè)置有滾珠絲杠，滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)連接，伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，所述調(diào)節(jié)組件包括底板、升降臺(tái)、粗調(diào)按鈕、滑動(dòng)臺(tái)及微調(diào)按鈕，所述升降臺(tái)通過升降塊固定在底板上，所述粗調(diào)按鈕通過升降塊控制升降臺(tái)升降，所述滑動(dòng)臺(tái)設(shè)置在升降臺(tái)上，所述微調(diào)按鈕控制滑動(dòng)臺(tái)移動(dòng)，所述摩擦應(yīng)變組件包括具有彈性的臥式彎曲梁及立式彎曲梁，所述臥式彎曲梁與水平面相平行，所述立式彎曲梁與水平面相垂直，臥式彎曲梁與立式彎曲梁之間通過連接塊固定連接，立式彎曲梁遠(yuǎn)離連接塊的一端與滑動(dòng)臺(tái)固定連接，所述測(cè)頭固定在臥式彎曲梁遠(yuǎn)離連接塊的一端，臥式彎曲梁、立式彎曲梁上分別固定有應(yīng)變片，且分別組成全橋回路。
2.如權(quán)利要求1所述的二維摩擦測(cè)試裝置，其特征在于:所述臥式彎曲梁上的應(yīng)變片靠近連接塊，所述立式彎曲梁上的應(yīng)變片遠(yuǎn)離連接塊。
3.如權(quán)利要求1所述的二維摩擦測(cè)試裝置，其特征在于:所述測(cè)頭為球狀。
4.如權(quán)利要求1所述的二維摩擦測(cè)試裝置，其特征在于:所述升降臺(tái)上設(shè)置有滑軌，所述滑動(dòng)臺(tái)沿滑軌滑動(dòng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種二維摩擦測(cè)試裝置，包括工作臺(tái)、測(cè)頭、摩擦應(yīng)變組件及調(diào)節(jié)組件，工作臺(tái)設(shè)置在基臺(tái)上，伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)沿基臺(tái)移動(dòng)，調(diào)節(jié)組件包括底板、升降臺(tái)、粗調(diào)按鈕、滑動(dòng)臺(tái)及微調(diào)按鈕，粗調(diào)按鈕通過升降塊控制升降臺(tái)升降，微調(diào)按鈕控制滑動(dòng)臺(tái)移動(dòng)，摩擦應(yīng)變組件包括臥式彎曲梁及立式彎曲梁，臥式彎曲梁與水平面相平行，立式彎曲梁與水平面相垂直，立式彎曲梁一端與滑動(dòng)臺(tái)固定連接，測(cè)頭固定在臥式彎曲梁一端，臥式彎曲梁、立式彎曲梁上分別固定有應(yīng)變片，且分別組成全橋回路。該二維摩擦測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本較低，測(cè)量精度高，可廣泛應(yīng)用于各種薄膜、涂層等的微摩擦性能評(píng)估測(cè)試。
【IPC分類】G01N3-56
【公開號(hào)】CN204613051
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520336746
【發(fā)明人】趙坤坤, 葉霞, 李正羊, 王禮明
【申請(qǐng)人】江蘇理工學(xué)院
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日