CN108489838A - 接触面原位观测摩擦磨损实验台 - Google Patents

接触面原位观测摩擦磨损实验台 Download PDF

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CN108489838A CN201810237715.7A CN201810237715A CN108489838A CN 108489838 A CN108489838 A CN 108489838A CN 201810237715 A CN201810237715 A CN 201810237715A CN 108489838 A CN108489838 A CN 108489838A
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张开森
张凡
张一凡
刘焜
刘小君
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Hefei University of Technology
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Abstract

本发明涉及一种接触面原位观测摩擦磨损实验台，包括工作台上设置的滑块，滑块上设置有载玻片，载玻片的板面水平且下方设置有显微镜，显微镜的镜筒竖直且另下端设置有摄像机，工作台上还设置有光源，光源指向载玻片的下板面，工作台上设置有支臂，支臂上设置有上试样，支臂设置在调节机构上，调节机构调节上试样与载玻片的上板面抵靠，滑块与驱动机构连接，驱动机构驱动滑块水平往复移动，上述的上试样固定在支臂上，利用调节机构可方便调节上试样与载玻片的表面抵靠，启动驱动机构驱动滑块水平往复移动，从而使得位于滑块上的载玻片往复运动，并且载玻片为透明玻璃制成，打开光源，并且通过摄像机记录，从而可方便观察运动中的试样摩擦接触面摩擦磨损情况。

Description

接触面原位观测摩擦磨损实验台
技术领域
本发明涉及试验设备技术领域，具体涉及一种接触面原位观测摩擦磨损实验台。
背景技术
试样的摩擦磨损试验是通过针对工件或制备试样的实际面对摩擦的部位进行加速的摩擦磨损测试，以便在短时间内测试其摩擦系数和磨损率曲线，这对试样的应用研究起到较为关键的作用。摩擦磨损试验在实际操作时，将待测试的两块试样放置在试验机上，并且两块试样的待测试面贴合，利用加压设备实施对其中一块试样进行加压，并且来回拉动试样，从而实现两个试样的来回摩擦，在设定的时间以及设定的压力下，记录试样摩擦系数与磨损量，从而来判断试样的摩擦学性能。
现有技术中，在实施对试样摩擦学性能试验时，一般只能通过实验结束后检查摩擦面的方法对摩擦磨损形貌和机理进行分析，缺乏对摩擦面原位观测的能力。尤其是考虑到粗糙表面真实接触面积通常只占宏观名义接触面积的极小部分，通过接触面原位观测的方法获取真实接触面的重要信息对于摩擦学深入界面研究的需求有重大意义。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能够原位观察试样摩擦面摩擦磨损情况的实验台，提高试样的摩擦学性能试验精度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
接触面原位观测摩擦磨损实验台，包括工作台上设置的滑块，所述滑块上设置有载玻片，所述载玻片的板面水平且下方设置有显微镜，所述显微镜的镜筒竖直且另下端设置有摄像机，所述工作台上还设置有光源，所述光源指向载玻片的下板面，所述工作台上设置有支臂，所述支臂上设置有上试样，所述支臂设置在调节机构上，调节机构调节上试样与载玻片的上板面抵靠，所述滑块与驱动机构连接，驱动机构驱动滑块水平往复移动。
本发明还存在下列技术特征：
所述调节机构包括设置在工作台上设置有板面角度可调的平台，所述平台上设置有第一滑台，所述支臂固定在第一滑台上，所述第一滑台调节支臂位于前后及左右方向移动，所述支臂立式布置且上端设置有第二滑台，所述上试样通过支架板固定在第二滑台上，所述第二滑台调节支架板竖直方向移动。
所述支架板上设置有第一力传感器，所述第一力传感器为矩形框状结构且框面竖直，所述第一力传感器的一侧框壁水平悬伸固定在支架板的板面上，所述第一力传感器的另一侧框壁通过过渡板与第二力传感器固定，所述第二力传感器为矩形框状结构且框面竖直，所述第二力传感器的框面与第一力传感器的框面垂直，所述上试样固定在第二力传感器的下端框壁上。
所述驱动机构包括设置在滑块上的第一丝杆，所述第一丝杆长度方向水平且与第二力传感器的框面平行，所述第一丝杆转动设置在支架上的螺母上，所述第一丝杆的一端与电机的转轴连接，所述电机固定在工作台上。
所述工作台上设置有距离传感器，所述距离传感器呈杆状且与第一丝杆平行，所述距离传感器的杆端指向支架的一侧。
所述工作台上设置有第一开口，所述滑块上设置有第二开口，所述第二开口与第一开口平行，所述载玻片设置在第二开口的下方位置处。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：上述的上试样固定在支臂上，利用调节机构可方便调节上试样与载玻片的表面抵靠，启动驱动机构驱动滑块水平往复移动，从而使得载玻片位于下试样的下端面往复移动，并且载玻片为透明玻璃制成，打开光源，并且通过摄像机记录，从而可方便观察运动中的试样摩擦接触面摩擦磨损情况。
附图说明
图1和图2是接触面原位观测摩擦磨损实验台的两种视角的结构示意图；
图3是平台的俯视图
图4和图5是平台的两种视角的主视图；
图6是第一滑台的主视图；
图7是第一滑台移出第三滑板后的主视图；
图8是第一滑台处在调节后的主视图；
图9和图10是第二滑台两种使用状态图。
具体实施方式
结合图1至图10，对本发明作进一步地说明：
接触面原位观测摩擦磨损实验台，包括工作台10上设置的滑块20，所述滑块20上设置有载玻片30，所述载玻片30的板面水平且下方设置有显微镜40，所述显微镜40的镜筒竖直且另下端设置有摄像机50，所述工作台10上还设置有光源60，所述光源60指向载玻片30的下板面，所述工作台10上设置有支臂70，所述支臂70上设置有上试样，所述支臂70设置在调节机构上，调节机构调节上试样与载玻片30的上板面抵靠，所述滑块20与驱动机构连接，驱动机构驱动滑块20水平往复移动；
结合图1和图2所示，上试样选用塑料、橡胶等其他软材料，并且固定在支臂70上，通过调节机构调节上试样位于载玻片30上的位置，使得上试样与载玻片30的上板面抵靠，启动驱动机构，使得滑块20沿着水平方向往复移动，即可在载玻片30上表面形成摩擦面，载玻片30的下板面设置光源照亮在上述的摩擦面上，显微镜40的镜筒上端指向载玻片30的下表面，利用显微镜40的镜筒下端设置的摄像机50，从而可获得摩擦面的图像信息并传输至计算机，即可获得上试样的摩擦学性能试验数据；
该接触面原位观测摩擦磨损实验台是基于光学原位观测摩擦副的接触面研究，十分适合柔软材料的摩擦学试验研究，可用于分析接触力学、粘附、滑模实验的实际接触面积。
作为本发明的优选方案，所述调节机构包括设置在工作台10上设置有板面角度可调的平台130，所述平台100上设置有第一滑台80，所述支臂70固定在第一滑台80上，所述第一滑台80调节支臂70位于前后及左右方向移动，所述支臂70立式布置且上端设置有第二滑台90，所述上试样通过支架板100固定在第二滑台90上，所述第二滑台90调节支架板100竖直方向移动；
结合图3、图4和图5所示，所述平台130包括板面水平的上、下板131、132，所述上、下板131、132呈正四边形，位于上、下板131、132的对角处分别设置有第一、第二调节杆133、134，所述第一调节杆133的上端与上板131构成螺纹连接，所述述第一调节杆133的下端与下板132构成转动连接，所述第一调节杆133上设置有第一调节转盘1331，所述下板132的拐角处设置有容纳第一调节转盘1331的第一缺口1321，所述第二调节杆134的上端与上板131构成转动连接，所述述第二调节杆134的下端与下板132构成螺纹连接，所述第二调节杆134上设置有第二调节转盘1341，所述上板131的拐角处设置有容纳第二调节转盘1341的第二缺口1311，所述上、下板131、132之间设置有拉簧135，所述拉簧135位于上、下板131、132之间设置多个；
所述上板131设置有第一支撑弹簧1312，所述第一支撑弹簧1312的端部设置有第一支撑头1313，所述下板132上设置有与第一支撑头1313抵靠的第一支撑柱136，所述下板132上设置有第二支撑弹簧1322，所述第二支撑弹簧1322的端部设置有第二支撑头1323，所述上板131上设置有与第二支撑头1323抵靠的第二支撑柱137；
上述的支撑头与支撑柱配合，从而实现对上、下板131、132的支撑，通过调节上述的第一调节转盘1331及第二调节转盘1341，可实现对上131倾斜度的调整，进而将调整上试样处在水平状态；
结合图6和图7所示，上述的第一滑台80包括第一滑板81及第二滑板82，所述第一滑板81固定在上板131上，所述第一滑板81的板面上平行设置有两个第一滑轨83，所述第一滑轨83竖直布置，所述第二滑板82滑动设置在第一滑轨83上，所述第一滑板81的一侧边设置有第一调节螺母811，所述第一调节螺母811内设置有第一丝杆812，所述第二滑板82的一侧边设置有第一顶杆821，所述第一丝杆812水平布置且杆端与第一顶杆821的杆端抵靠，所述第一滑板81上设置有第一拉杆813，所述第一拉杆813与第一弹簧814的一端连接，所述第一弹簧814的长度方向水平且另一端与第二滑板82连接，所述第二滑板82的一侧设置有第一锁紧螺杆822，所述第一锁紧螺杆822的杆端与第一滑轨83的侧边抵靠或分离；
上述的第二滑板82上设置有用于容纳第一滑轨83的两个卡槽，所述第一滑板81的板面上设置有容纳第一弹簧814的第一容纳槽815，所述第一拉杆813固定在第一容纳槽815的槽底，所述第二滑板82上对应设置有第二容纳槽，所述第二容纳槽内也对应设置有固定杆，所述第一弹簧814的两端分别与第一拉杆813与固定杆连接，在实施对支臂70左右方向位置调整时，通过转动第一丝杆812，从而使得第二滑板82位于第一滑板81上左右方向滑动，当调节支臂70至较佳位置时，通过旋转第一锁紧螺杆822，使得第一锁紧螺杆822杆端与第一滑轨83的侧边抵靠，从而实现锁紧，上述的第一丝杆812上设置有刻度尺，能够准确获得第一丝杆812的伸缩量，进而可准确调节左右方向的位置；
上述的第二滑板82的上板面上平行设置有两个第二滑轨84，所述第二滑轨84与第一滑轨83垂直，所述第二滑轨84滑动设置在第一滑轨83上，所述第一滑轨83上滑动设置有第三滑板85，所述第二滑板82的一侧边设置的第二调节螺母823，所述第二调节螺母823内设置有第二丝杆824，所述第三滑板85的一侧边设置有第二顶杆851，所述第二丝杆824水平布置且杆端与第二顶杆851的杆端抵靠，所述第二滑板82上设置有第二拉杆826，所述第二拉杆826与第二弹簧825的一端连接，所述第二弹簧825的长度方向水平且另一端与第三滑板85连接，所述第三滑板85的一侧设置有第二锁紧螺杆852，所述第二锁紧螺杆852的杆端与第二滑轨84的侧边抵靠或分离；
结合图8所示，上述的第三滑板85上设置有用于容纳第二滑轨84的两个卡槽，所述第二滑轨84的板面上设置有容纳第二弹簧825的第二容纳槽826，所述第二拉杆823固定在第二容纳槽826的槽底，所述第三滑板85上对应设置有第三容纳槽，所述第三容纳槽内也对应设置有固定杆，所述第二弹簧825的两端分别与第二拉杆823及固定杆连接，上述的第二丝杆824与第一丝杆812垂直，在实施对支臂70前后方向位置调整时，通过转动第二丝杆824，从而使得第三滑板85位于第二滑板82上前后方向滑动，当调节支臂70至较佳位置时，通过旋转第二锁紧螺杆852，使得第二锁紧螺杆852杆端与第二滑轨84的侧边抵靠，从而实现锁紧，上述的第二丝杆824上设置有刻度尺，能够准确获得第二丝杆824的伸缩量，进而可准确调节前后方向的位置；
结合图9和图10所示，所述的第二滑台90包括第一板91及第二板92，所述第一板91固定在支臂70上，所述支架板100固定在第二板92上，所述第一板91的板面上平行设置有两个轨道93，所述第一轨道93竖直布置，所述第一板91滑动设置在第一轨道93上，所述第二板92的一侧边设置的调节螺母921，所述调节螺母921内设置有丝杆922，所述丝杆922竖直且下端与第一板91的上板面抵靠，所述第一板91上设置有拉杆913，所述拉杆913与弹簧914的一端连接，所述弹簧914的长度方向竖直且下端与第二板92连接，所述第二板92的一侧设置有锁紧螺杆922，所述锁紧螺杆922的杆端与轨道93的侧边抵靠或分离；
上述的第二板92上设置有用于容纳轨道93的两个卡槽，所述第一板91的板面上设置有容纳弹簧914的容纳槽915，所述拉杆913固定在容纳槽915的槽底，所述第二板92上对应设置有容纳槽，所述容纳槽内也对应设置有固定杆，所述弹簧914的两端分别与拉杆913及固定杆连接，在实施对支架板100竖直方向位置调整时，通过转动丝杆912，从而使得第二板92位于第一板91上竖直方向滑动，当调节支架板100至较佳位置时，通过旋转锁紧螺杆923，使得锁紧螺杆923杆端与轨道93的侧边抵靠，从而实现锁紧，上述的丝杆922上设置有刻度尺，能够准确获得丝杆922的伸缩量，进而可准确调节竖直方向的位置；
有限地，所述支架板100上设置有第一力传感器110，所述第一力传感器110为矩形框状结构且框面竖直，所述第一力传感器110的一侧框壁水平悬伸固定在支架板100的板面上，所述第一力传感器110的另一侧框壁通过过渡板与第二力传感器120固定，所述第二力传感器120为矩形框状结构且框面竖直，所述第二力传感器120的框面与第一力传感器110的框面垂直，所述上试样固定在第二力传感器120的下端框壁上；
通过调节上述的平台130，从而使得第一力传感器110及第二力传感器120的框架处在竖直状态，确保上述第一力传感器110及第二力传感器120测量的准确度；
上述的第一力传感器110为矩形框结构，两侧框弹性形变产生的形变，即可测得竖直形变产生的压力，上述的第一力传感器110为矩形框结构，两侧框弹性形变产生的形变，能够测量水平方向的摩擦力。
具体地，所述驱动机构包括设置在滑块20上的第一丝杆21，所述第一丝杆21长度方向水平且与第二力传感器120的框面平行，所述第一丝杆21转动设置在支架22的螺母上，所述第一丝杆21的一端与电机23的转轴连接，所述电机23固定在工作台10上；
所述工作台10上设置有距离传感器101，所述距离传感器101呈杆状且与第一丝杆101平行，所述距离传感器101的杆端指向支架22的一侧；
为实现对滑块20往复移动距离的限定，所述位移传感器101呈杆状且杆长方向水平，所述位移传感器101的杆端指向支架22的一侧；当距离传感器101测量的距离信号与设定的最短距离信号吻合时，电机驱动程序控制电机23反转，从而使得滑块20返回移动，当距离传感器101测量的距离信号与设定的最长距离信号吻合时，程序控制电机3723，使得滑块20处在限定的往复距离内移动。
具体地，所述工作台10上设置有第一开口102，所述滑块20上设置有第二开口24，所述第二开口24与第一开口102平行，所述载玻片30设置在第二开口24的下方位置处。
摩擦接触面真实接触面积原位检测方法，该检测方法采用了上述的接触面原位观测摩擦磨损实验台，该检测方法包含如下步骤：
A、将上试样固定在接触面原位观测摩擦磨损实验台的第二力传感器120的下端框壁上；
B、调节第一滑台80，使得支架板100上的支架板100位于滑块20上的第二开口24中间上方位置处；
C、调节第二滑台90，使得上试样与第二开口24上的载玻片30抵靠；
D、启动电机23，使得滑块20沿着第一开口102的长度方向往复移动；
E、向载玻片30上涂抹印度墨水，使得印度墨水均匀的覆盖在载玻片30的上板面；
由于上述印度墨水本身的特性，很难渗入固体真实接触面积，当光源60照射在载玻片30的下板面时，只有未浸入印度墨水的真实接触点反射白光，从而方便用显微镜40观察真实接触面积，可提高图像获得的准确度。
F、打开光源60，启动摄像机50，以获得显微镜40的图像信号并传输至计算机。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.接触面原位观测摩擦磨损实验台，其特征在于：包括工作台(10)上设置的滑块(20)，所述滑块(20)上设置有载玻片(30)，所述载玻片(30)的板面水平且下方设置有显微镜(40)，所述显微镜(40)的镜筒竖直且另下端设置有摄像机(50)，所述工作台(10)上还设置有光源(60)，所述光源(60)指向载玻片(30)的下板面，所述工作台(10)上设置有支臂(70)，所述支臂(70)上设置有上试样，所述支臂(70)设置在调节机构上，调节机构调节上试样与载玻片(30)的上板面抵靠，所述滑块(20)与驱动机构连接，驱动机构驱动滑块(20)水平往复移动。
2.根据权利要求1所述的接触面原位观测摩擦磨损实验台，其特征在于：所述调节机构包括设置在工作台(10)上设置有板面角度可调的平台(130)，所述平台(130)上设置有第一滑台(80)，所述支臂(70)固定在第一滑台(80)上，所述第一滑台(80)调节支臂(70)位于前后及左右方向移动，所述支臂(70)立式布置且上端设置有第二滑台(90)，所述上试样通过支架板(100)固定在第二滑台(90)上，所述第二滑台(90)调节支架板(100)竖直方向移动。
3.根据权利要求2所述的接触面原位观测摩擦磨损实验台，其特征在于：所述支架板(100)上设置有第一力传感器(110)，所述第一力传感器(110)为矩形框状结构且框面竖直，所述第一力传感器(110)的一侧框壁水平悬伸固定在支架板(100)的板面上，所述第一力传感器(110)的另一侧框壁通过过渡板与第二力传感器(120)固定，所述第二力传感器(120)为矩形框状结构且框面竖直，所述第二力传感器(120)的框面与第一力传感器(110)的框面垂直，所述上试样固定在第二力传感器(120)的下端框壁上。
4.根据权利要求3所述的接触面原位观测摩擦磨损实验台，其特征在于：所述驱动机构包括设置在滑块(20)上的第一丝杆(21)，所述第一丝杆(21)长度方向水平且与第二力传感器(120)的框面平行，所述第一丝杆(21)转动设置在支架(22)的螺母上，所述第一丝杆(21)的一端与电机(23)的转轴连接，所述电机(23)固定在工作台(10)上。
5.根据权利要求4所述的接触面原位观测摩擦磨损实验台，其特征在于：所述工作台(10)上设置有距离传感器(101)，所述距离传感器(101)呈杆状且与第一丝杆(101)平行，所述距离传感器(101)的杆端指向支架(22)的一侧。
6.根据权利要求5所述的接触面原位观测摩擦磨损实验台，其特征在于：所述工作台(10)上设置有第一开口(102)，所述滑块(20)上设置有第二开口(24)，所述第二开口(24)与第一开口(102)平行，所述载玻片(30)设置在第二开口(24)的下方位置处。
7.摩擦接触面真实接触面积原位观测方法，其特征在于：该检测方法采用了权利要求1至6任一项所述的接触面原位观测摩擦磨损实验台，该检测方法包含如下步骤：
A、将上试样固定在接触面原位观测摩擦磨损实验台的第二力传感器(120)的下端框壁上；
B、调节第一滑台(80)，使得支架板(100)上的支架板(100)位于滑块(20)上的第二开口(24)中间上方位置处；
C、调节第二滑台(90)，使得上试样与第二开口(24)上的载玻片(30)抵靠；
D、启动电机(23)，使得滑块(20)沿着第一开口(102)的长度方向往复移动；
E、向载玻片(30)上涂抹印度墨水，使得印度墨水均匀的覆盖在载玻片(30)的上板面；
F、打开光源(60)，启动摄像机(50)，以获得显微镜(40)的图像信号并传输至计算机。
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