CN108680465B - 一种材料表面液体滚动角测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种材料表面液体滚动角测量装置，属于纳米材料检测领域，用于测量待测材料表面的液体滚动角，包括：支座、螺杆、滑块、平板以及角度仪；支座上设有倾斜平面；螺杆平行于倾斜平面且以与倾斜平面相同的倾角固定于倾斜平面上方；螺杆穿过滑块，且与滑块螺纹配合；滑块在螺杆驱动下沿倾斜平面上下滑动；平板位于螺杆及滑块上方，平板枢接于倾斜平面的高处，平板的底面由滑块支撑；平板由待测材料制成，或者在平板上表面设有用于固定待测材料的测试区域；角度仪用于测量平板倾斜角度。本发明通过旋转螺杆即可实现平板角度的自由调节，从而准确测量出材料表面液体滚动角。

Description

一种材料表面液体滚动角测量装置

技术领域

本发明属于纳米材料检测领域，更具体地，涉及一种材料表面液体滚动角测量装置。

背景技术

随着微纳米材料科学技术的迅猛发展，固体的表面结构和粗糙度可实现微纳米级的尺度控制。超疏水表面作为该背景下产生的一种新型功能材料表面，具有防水、防污，可减少流体的粘滞等优良特性。

根据水在固体表面的浸润程度，固体表面可以分为亲水性表面和疏水性表面，所谓超疏水(憎水)表面一般是指与水的接触角(如图1)大于150度的表面。对于一个疏水性的固体表面来说，当表面有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致水珠大部分与空气接触，与固体直接接触面积反而大大减小。由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。只有拥有较大的接触角(CA＞150和较小的滚动角(如图2)(SA<10)的表面才是真正意义上的超疏水表面。所谓接触角，就是液滴在固体表面形成热力学平衡时所持有的角。通过液体-固体-气体接合点中水珠曲线的终点和固体表面的接触点测定出来。滚动角可作为评价表面浸润性的另一指标，指的是一定质量的液滴在倾斜面上开始滚动的临界角度。滚动角越小，固体表面表现出的疏水性越好。因为地球的重力作用，水滴在倾斜的固体表面有下滑的趋势。随着固体倾斜角的变大，水滴沿斜面方向的下滑分力也在不断增大，当倾斜角增大到某一临界角度时，水滴会从固体表面滑落下来，这时的临界角就是水在此种固体表面的滚动角。滚动角越小，固体表面的超疏水性能越好。

滚动角是表征材料疏水性的一个重要特征，可以通过滚动角来比较不同材料的疏水性，然而目前并没有这方面的实验平台。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种材料表面液体滚动角测量装置，其目的在于通过螺杆与滑块的螺纹配合，利用螺杆带动滑块滑动，进而调节平板的倾斜角度，由此获得一种能够自由调节倾角的装置，能够用于滚动角测量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种材料表面液体滚动角测量装置，用于测量待测材料表面的液体滚动角，包括：支座、螺杆、滑块、平板以及角度仪；

支座上设有倾斜平面；螺杆平行于倾斜平面且以与倾斜平面相同的倾角固定于倾斜平面上方；螺杆穿过滑块，且与滑块螺纹配合，或者与滑块组成丝杠滑块机构；滑块在螺杆驱动下沿倾斜平面上下滑动；

平板位于螺杆及滑块上方，平板枢接于倾斜平面的高处，平板的底面由滑块支撑；平板由待测材料制成，或者在平板上表面设有用于固定待测材料的测试区域；

角度仪用于测量平板的倾斜角度。

进一步地，倾斜平面上设有与螺杆平行且延伸方向相同的滑槽，滑块下部置于滑槽中以沿滑槽滑动。

进一步地，滑块顶部枢接有滚轮，滚轮抵接平板的下表面。

进一步地，倾斜平面的高处设有两个枢接架，两个枢接架上各设有一个锥形枢接部，两个锥形枢接部相对设置且轴线位于同一直线上；平板上设有与两个锥形枢接部一一对应匹配的锥形槽。

进一步地，支座的倾斜平面高侧设有立架，两个锥形枢接部可拆卸地设于立架上，或者可滑动及固位地设于立架上。

进一步地，螺杆一端为光滑杆，光滑杆上安装有两个推力球轴承；支座上设有与光滑杆以及两个推力球轴承匹配的阶梯孔，用于安装光滑杆和两个推力球轴承。

进一步地，光滑杆上设有手轮。

进一步地，光滑杆通过联轴器连接伺服电机的输出轴。

进一步地，还包括底座，底座具有楔形面；支座具有相互垂直的两个侧板，其中一个侧板固定于底座的楔形面上，另一个侧板用于安装螺杆。

进一步地，角度仪为数显角度仪，安装于平板上，以实时测量及显示平板的倾斜角度。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、设计简洁，操作简单，只需转动螺杆就能够实现平板的倾斜调节；通过螺杆与滑块配合能将回转运动变换为直线运动，并且运动的准确性高；螺杆转一圈，则滑块前进一个螺距的距离，使平板的角度可以进行微小变化，螺距越小，平板的角度所能达到的精度就越高；传动平稳，无噪音，利用螺纹实现自锁，不需要额外设置螺杆锁定结构；

2、在倾斜平面上开设滑槽与滑块配合，限制滑块的运动轨迹，确保滑块相应及时、运动平稳；

3、在滑块上安装滚轮，可以将滑块与平板之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小磨损；

4、对平板采用锥形定位，能够提高定位的精度；

5、使用数显角度仪能够使角度的测量更加准确，方便我们使用。

附图说明

图1是液体与材料表面接触角示意图；

图2是液体滚动角示意图；

图3是本发明优选实施例的整体平面图；

图4是图3的立体视角；

图5是图4的分解图；

图6是图5中滑块、螺杆、支座的零部件分解图；

图7(a)是本发明优选实施例的支座俯视图；

图7(b)是图7(a)的A-A剖视图；

图8(a)是本发明优选实施例的平板与枢接架配合俯视图；

图8(b)是图8(a)的B-B剖面图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-底座，2-支座，3-螺杆，4-滑块，5-手轮，6-平板，7-枢接架，8-立架，21-滑槽，22-阶梯通孔，31-推力球轴承，32-键槽，33-平键，41-本体，42-螺纹孔，43-滚轴，44-滚轮，45-卡簧，61-锥形槽，71-锥形部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参照图3～5，本发明优选实施例的测量装置，包括：底座1、支座2、螺杆3、滑块4、手轮5、平板6、枢接架7、立架8以及角度仪。

底座1具有楔形面；支座2具有相互垂直的两个侧板，其中一个侧板固定于底座1的楔形面上，形成倾斜平面，另一个侧板用于安装螺杆3。螺杆3平行于倾斜平面且以与倾斜平面相同的倾角固定于倾斜平面上方；螺杆3穿过滑块4，且与滑块4螺纹配合，或者与滑块4组成丝杠滑块机构；滑块4在螺杆3驱动下沿倾斜平面上下滑动。手轮5设于螺杆3一端，便于手持操作旋转螺杆3。本实施例的底座1与支座2分体连接，便于支座2、螺杆3、滑块4的整体拆装及底座1的更换，更换不同斜度的底座1可以实现不同倾斜角度范围的调整。在其他实施例中(未图示)，底座1与支座2也可以一体成型，即将底座1作为支座2的一部分。

平板6位于螺杆3及滑块4上方，平板6枢接于倾斜平面的高处，平板6的底面由滑块4支撑；平板6由待测材料制成，或者在平板6上表面设有用于固定待测材料的测试区域；角度仪用于测量平板6的倾斜角度。本实施例中角度仪为数显角度仪，安装于平板6上，以实时测量及显示平板6的倾斜角度。

请参照图6，螺杆3包括推力球轴承31、键槽32和平键33。手轮5通过平键33与螺杆3的光滑杆连接固位。滑块4包括本体41、螺纹孔42、滚轴43、滚轮44和卡簧45，本实施例的滚轮为轴承，通过两个卡簧45固定在滚轴43上，滚轴43枢接在本体41上。

请参照图6级图7(a)、7(b)，倾斜平面上设有与螺杆3平行且延伸方向相同的滑槽21，滑块4下部置于滑槽21中以沿滑槽21滑动。滑块4顶部枢接有滚轮44，滚轮44抵接平板6的下表面。螺杆3一端为光滑杆，光滑杆上安装有两个推力球轴承31；支座2上设有与光滑杆以及两个推力球轴承31匹配的阶梯孔，用于安装光滑杆和两个推力球轴承31，光滑杆上设有手轮5。

请参照图5及图8(a)、8(b)，倾斜平面的高处设有两个枢接架7，两个枢接架7上各设有一个锥形枢接部71，两个锥形枢接部71相对设置且轴线位于同一直线上；平板6上设有与两个锥形枢接部71一一对应匹配的锥形槽61。支座2的倾斜平面高侧设有立架8，两个锥形枢接部71可拆卸地设于立架8上。

本发明的组装及工作过程如下：

该装置主要由平板、滑块、螺杆、底座以及手轮几部分组成，图3是该平台的装配图，图4是图3的立体图，平板采用锥形定位，在两侧面分别切除一个圆锥体状凹槽，两个圆锥体的对称轴重合，然后在平板两端用带有相应的圆锥体突起的支柱固定平板，使得平板能够绕该圆锥体转轴转动(如图8a、8b)，另一端是利用滑块上的一个轴承进行支撑的。滑块的移动是通过一个螺旋机构实现的，在滑块中间打一个螺纹孔与螺杆进行螺旋配合，滑块上端伸出一部分来固定轴，轴承通过卡簧来实现轴向定位(如图6)。为了便于装配，螺杆被设计成阶梯型，利用两个推力球轴承将螺杆与支架装配在一起，可以减小滑块移动时对螺杆反向推力的影响，在螺杆尾端设计一个手轮可以使操作更加便捷，手轮与螺杆之间通过一个平键进行周向定位，通过一个螺母进行轴向定位(如图6)，支架上钻有6个螺纹孔，使用螺栓将支架固定在底座上。为了使平板能够从0度开始调节，底座被设计成倾斜的。至于角度的测量，本实施例中我们选择了较高精度的数显角度仪，数显角度仪的底部有磁铁，可以直接吸附在平板上，以此来精确的测出平板的角度。

在其他实施例中(未图示)，螺杆3与滑块4组成滚珠丝杠机构，螺杆3为丝杠，其一端通过联轴器连接伺服电机(未图示)的输出轴，从而实现旋转角度的自动化精确控制。

在其他实施例中(未图示)，角度仪还可以是刻在手轮或螺杆光滑杆上的标尺刻度，根据倾斜平面的倾斜角度、螺杆的螺距换算出平板倾斜角度与滑块行程之间的换算关系，并标示在手轮或螺杆光滑杆上，从而可以直接在旋转螺杆的过程中实时读取平板倾斜角度。

在其他实施例中(未图示)，枢接架7可滑动及固位地设于立架8上，具体地，可以在立架8上设置槽轨，在枢接架7上设置与槽轨配合的凸块，使枢接架7在槽轨中滑动。同时，在枢接架7上设置螺栓，当螺栓拧紧时顶在立架8上，阻止枢接架7运动，实现固位，当松开螺栓时解除束缚，枢接架7可以自由滑动，从而可以自由调节两个枢接架7之间的间距，实现任意宽度的平板6的快速安装与拆卸。

本发明的装置具有以下几个优点：

1、设计简洁，操作简单，只需转动尾端的手轮就能够实现平板的倾斜；

2、对平板采用锥形定位，能够提高定位的精度；

3、在滑块上安装一个轴承，可以将滑块与平板之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小磨损；

4、巧妙的运用了螺旋机构，螺旋机构具有以下优点：

1)能将回转运动变换为直线运动，并且运动的准确性高；

2)同时还有很大的速比，手轮旋转一圈，滑块前进一个螺距的距离，使平板的角度可以进行微小变化，螺距越小，平板的角度所能达到的精度就越高；

3)传动平稳，无噪音，反行程可以自锁；

4)操作简便，省力。

5、使用高精度的数显测角仪能够使角度的测量更加准确，方便我们使用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种材料表面液体滚动角测量装置，用于测量待测材料表面的液体滚动角，其特征在于，包括：支座(2)、螺杆(3)、滑块(4)、平板(6)以及角度仪；

支座(2)上设有倾斜平面；螺杆(3)平行于倾斜平面且以与倾斜平面相同的倾角固定于倾斜平面上方；螺杆(3)穿过滑块(4)，且与滑块(4)螺纹配合，或者与滑块(4)组成丝杠滑块机构；滑块(4)在螺杆(3)驱动下沿倾斜平面上下滑动；

平板(6)位于螺杆(3)及滑块(4)上方，平板(6)枢接于倾斜平面的高处，平板(6)的底面由滑块(4)支撑；平板(6)由待测材料制成，或者在平板(6)上表面设有用于固定待测材料的测试区域；

角度仪用于测量平板(6)的倾斜角度。

2.如权利要求1所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，倾斜平面上设有与螺杆(3)平行且延伸方向相同的滑槽(21)，滑块(4)下部置于滑槽(21)中以沿滑槽(21)滑动。

3.如权利要求1或2所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，滑块(4)顶部枢接有滚轮(44)，滚轮(44)抵接平板(6)的下表面。

4.如权利要求1或2所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，倾斜平面的高处设有两个枢接架(7)，两个枢接架(7)上各设有一个锥形枢接部(71)，两个锥形枢接部(71)相对设置且轴线位于同一直线上；平板(6)上设有与两个锥形枢接部(71)一一对应匹配的锥形槽(61)。

5.如权利要求4所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，支座(2)的倾斜平面高侧设有立架(8)，两个锥形枢接部(71)可拆卸地设于立架(8)上，或者可滑动及固位地设于立架(8)上。

6.如权利要求1或2所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，螺杆(3)一端为光滑杆，光滑杆上安装有两个推力球轴承(31)；支座(2)上设有与光滑杆以及两个推力球轴承(31)匹配的阶梯孔，用于安装光滑杆和两个推力球轴承(31)。

7.如权利要求6所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，光滑杆上设有手轮(5)。

8.如权利要求6所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，光滑杆通过联轴器连接伺服电机的输出轴。

9.如权利要求1或2所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，还包括底座(1)，底座(1)具有楔形面；支座(2)具有相互垂直的两个侧板，其中一个侧板固定于底座(1)的楔形面上，另一个侧板用于安装螺杆(3)。

10.如权利要求1所述的一种材料表面液体滚动角测量装置，其特征在于，角度仪为数显角度仪，安装于平板(6)上，以实时测量及显示平板(6)的倾斜角度。

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