CN109682750B - 一种材料表面性能试验用的测力机头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料表面性能试验设备，具体涉及一种材料表面性能试验用的测力机头,横梁和短轴的结构形成自动平衡机构，根据杠杆原理，在加载杆上的力也就等于加载力传感器所受到的力，同时在横梁上还设有配重块和调节螺杆，可以通过调节配重块前后的位移来实现横梁调平，通过限位装置减小加载杆在实验过程中的抖动，同时通过调节螺丝将与被测试件之间的摩擦力传递给摩擦力传感器，并且摩擦力与加载力是单独测量的，没有相互间的影响与干扰，故测力更加准确，实验数据更为精确可靠。

Description

一种材料表面性能试验用的测力机头
技术领域
本发明涉及材料表面性能试验设备，具体涉及一种材料表面性能试验用的测力机头。
背景技术
近十多年来,材料表面的研究在国防、科技、工业、农业领域得到广泛应用, 特别是离子镀涂层在工具、模具、仪器部件、装饰等方面的应用,收到了很大的经济效益和社会效益；因此，涂层的各项机械性能的检测是当前涂层产品开发的关键，涂层产品的各项技术指标也成为供需双方首先关注的焦点；当前硬质涂层机械性能的常规检测有硬度检测、结合力检测、摩擦性能和耐磨强度检测、粗糙度检测、弹性模量检测、厚度检测等。
目前现有技术中所公开的检测仪器存在以下缺点：一是机械结构存在缺陷，使得在实验过程中对被检测件的表面加载力不够稳定和精确；二是在实验过程中实验设备自身稳定性较差，与被检测件接触的零部件会产生抖动，尤其在高速运转设备时抖动更为强烈。
以上两点问题均会造成实验数据产生偏差，无法准确体现被检测件的机械性能。
发明内容
为克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种材料表面性能试验用的测力机头，能够恒定精确的对被检测件的表面施加压力，同时在实验过程中保证设备的自身稳定性，从而提升实验数据的精准性，解决了现有技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种材料表面性能试验用的测力机头包括机头体、加载装置和砝码盘，加载装置设置在机头体内，砝码盘设置在机头体上端，砝码盘穿过机头体，砝码盘连接在加载装置左端，机头体下端设有活塞安装孔，活塞安装孔设置在机头体右端，活塞安装孔连接在材料表面性能试验仪机座上，加载装置包括压头，压头连接在加载装置的左端，压头下端伸出机头体。
进一步所述加载装置还包括横梁、短轴、加载杆和销轴，横梁水平布设，横梁中间开设有孔，孔贯穿横梁，孔水平布设，孔与横梁水平方向垂直，短轴设置在孔内，短轴两端与机头体连接，横梁左端设有加载杆安装槽，加载杆通过销轴铰接在加载杆安装槽内，压头连接在加载杆下端，压头设置在机头体外部。
进一步所述加载装置还包括配重块和调节螺杆，横梁右部开设有凹槽，配重块通过螺纹连接在调节螺杆上，调节螺杆连接在凹槽内，配重块外壁与凹槽内壁贴合。
进一步还包括限位装置，限位装置设置在机头体内，限位装置连接在加载装置下部，所述限位装置包括直线轴承和轴承套，轴承套与机头体滑动连接，直线轴承设置在轴承套内，加载杆设置在直线轴承内。
进一步所述砝码盘包括托盘、砝码、紧固螺母和拖杆，托盘下端设有连接杆，连接杆连接在加载装置上，拖杆连接在托盘上端，砝码套在拖杆上，砝码设置在托盘上方，紧固螺母活动连接在拖杆上，紧固螺母压紧砝码。
进一步所述砝码盘还包括砝码橡胶垫和紧固螺母橡胶垫，砝码橡胶垫设置在托盘和砝码之间，紧固螺母橡胶垫设置在砝码和紧固螺母之间。
进一步所述砝码盘与加载杆在同一轴线上。
进一步所述加载装置还包括加载力传感器和传感器垫块，所述横梁右部设有传感器安装槽，加载力传感器设置在传感器安装槽内，加载力传感器水平布设，加载力传感器左端与横梁连接，传感器垫块连接在加载力传感器下方，传感器垫块与加载杆对称设置。
进一步所述加载装置还包括声信号采集器和采集器夹头，声信号采集器连接在采集器夹头上，采集器夹头连接在加载杆和压头之间。
进一步所述限位装置还包括摩擦力传感器和调节螺丝，摩擦力传感器纵向布设，摩擦力传感器设置在机头体内，摩擦力传感器设置在加载装置左端，摩擦力传感器下部设有螺纹通孔，调节螺丝连接在螺纹通孔内，调节螺丝两端伸出螺纹通孔，调节螺丝一端连接在轴承套上。
本发明的有益效果是：横梁和短轴的结构形成自动平衡机构，根据杠杆原理，在加载杆上的力也就等于加载力传感器所受到的力，同时在横梁上还设有配重块和调节螺杆，可以通过调节配重块前后的位移来实现横梁调平，通过限位装置减小加载杆在实验过程中的抖动，同时通过调节螺丝将与被测试件之间的摩擦力传递给摩擦力传感器，并且摩擦力与加载力是单独测量的，没有相互间的影响与干扰，故测力更加准确，实验数据更为精确可靠。
附图说明
图1是本发明半剖结构示意图；
图2是本发明加载装置半剖结构示意图；
图3是图1中A处局部放大半剖结构示意图；
图4是图1中B处局部放大半剖结构示意图；
图5是本发明恒定加载力的实验数据曲线图。
图中：1.机头体；101.活塞安装孔；2.加载装置；201.横梁；202.短轴；203.配重块；204.调节螺杆；205.加载杆；206.销轴；207.压头；208.孔，209.凹槽；210.加载杆安装槽；211.加载力传感器；212.传感器垫块；213.传感器安装槽；214.声信号采集器；215.采集器夹头；3.砝码盘，301.托盘；302.砝码；303.紧固螺母；304.拖杆；305.连接杆；306.砝码橡胶垫；307.紧固螺母橡胶垫；4.限位装置；401.直线轴承；402.轴承套；403.摩擦力传感器403；404.调节螺丝；405.螺纹通孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
一种材料表面性能试验用的测力机头包括机头体1、加载装置2和砝码盘3，加载装置2设置在机头体1内，砝码盘3设置在机头体1上端，砝码盘3穿过机头体1，砝码盘3连接在加载装置2左端，机头体1下端设有活塞安装孔101，活塞安装孔101设置在机头体1右端，活塞安装孔101连接在材料表面性能试验仪机座上，加载装置2包括压头207，压头207连接在加载装置2的左端，压头207下端伸出机头体1，通过砝码盘3对加载装置2提供恒定的加载力，通过压头207将加载力传递至被测试件表面，从而完成被测试件的表面性能实验，通过活塞安装孔101与材料表面性能试验仪机座连接。
进一步所述加载装置2包括横梁201、短轴202、加载杆205和销轴206，横梁201水平布设，横梁201中间开设有孔208，孔208贯穿横梁201，孔208水平布设，孔208与横梁201水平方向垂直，短轴202两端与机头体1连接，横梁201左端设有加载杆安装槽210，加载杆205通过销轴206铰接在加载杆安装槽210内，压头207连接在加载杆205下端，压头207设置在机头体1外部，横梁201与短轴202形成自动平衡机构，横梁201两端所受力即为相等的力，设置加载杆205，方便了压头207的更换。
进一步所述加载装置2还包括配重块203和调节螺杆204，横梁201右部开设有凹槽209，配重块203通过螺纹连接在调节螺杆204上，调节螺杆204连接在凹槽209内，配重块203外壁与凹槽209内壁贴合，通过转动调节螺杆204，使得配重块203在凹槽209内左右移动，从而实现对横梁201的调平作用，配重块203外壁与凹槽209内壁贴合，防止在实验过程中配重块203的抖动和移位。
进一步还包括限位装置4，限位装置4设置在机头体1内，限位装置4连接在加载装置2下部，所述限位装置4包括直线轴承401和轴承套402，轴承套402与机头体1滑动连接，直线轴承401设置在轴承套402内，加载杆205设置在直线轴承401内，这种结构即能确保加载杆在水平和竖直方向的灵活微量位移，直线轴承也起到限位和支撑的作用，不会使加载杆随意摆动；同时，直线轴承是滑动摩擦，也减小了实验测量的误差。
进一步所述砝码盘3包括托盘301、砝码302、紧固螺母303和拖杆304，托盘301下端设有连接杆305，连接杆305连接在加载装置2上，拖杆304连接在托盘301上端，砝码302套在拖杆304上，砝码302设置在托盘301上方，紧固螺母303活动连接在拖杆304上，紧固螺母303压紧砝码302，通过砝码302施加恒定的加载力，通过紧固螺母303实现对砝码302的固定。
进一步所述砝码盘3还包括砝码橡胶垫306和紧固螺母橡胶垫307，砝码橡胶垫306设置在托盘301和砝码302之间，紧固螺母橡胶垫307设置在砝码302和紧固螺母303之间，增加橡胶垫可使砝码302固定更加稳固，防止砝码在实验过程中的抖动，使实验数据更加稳定。
进一步所述砝码盘3与加载杆205在同一轴线上，确保了加载力的恒定性，使得砝码302所施加的力即为压头207所施加的力，进而稳定实验数据，同时方便实验数据的采集与对比。
进一步所述加载装置2还包括加载力传感器211和传感器垫块212，所述横梁201右部设有传感器安装槽213，加载力传感器211设置在传感器安装槽213内，加载力传感器211水平布设，加载力传感器211左端与横梁201连接，传感器垫块212连接在加载力传感器211下方，传感器垫块212与加载杆205对称设置，所述加载力传感器211为悬臂梁式测力传感器，传感器型号为：永正牌108BA-30Kg，传感器垫块212连接在加载力传感器211右端，传感器垫块212位置对应，根据杠杆原理，加载杆205上的力也就等于加载力传感器211所受到的力，因此使实验数据更加精确。
进一步所述加载装置2还包括声信号采集器214和采集器夹头215，声信号采集器214连接在采集器夹头215上，采集器夹头215连接在加载杆205和压头207之间，所述声信号采集器214的型号为：SS-20T-6.8E，通过声信号的采集来反映划痕实验时膜的脱落情况。
进一步所述限位装置4还包括摩擦力传感器403和调节螺丝404，摩擦力传感器403纵向布设，摩擦力传感器403设置在机头体1内，摩擦力传感器403设置在加载装置2左端，摩擦力传感器403下部设有螺纹通孔405，调节螺丝404连接在螺纹通孔405内，调节螺丝404两端伸出螺纹通孔405，调节螺丝404一端连接在轴承套402上，所述摩擦力传感器403为悬臂梁式测力传感器，传感器型号为：永正牌1B-YZ-5Kg，通过调节螺丝404来调节摩擦力传感器403测量的位置，以确保最佳的测量位置，进而提升实验数据的准确性。
材料表面是凹凸不平的，并非绝对的平面，因此，传统此类检测设备仪器在实验时，压头207在被测试件表面划过时，加载力无法保证恒定，使得加载力曲线波动较大，通过材料表面高点时加载力会增大，通过低点时加载力会减小，所得到的实验数据不能真实的反应材料表面性能，通过本发明的特殊结构设计，形成自动平衡机构，保证在实验过程中不论在材料表面的高点还是低点，均能保证加载力的恒定，进而能提供精准的实验数据，通过实验数据能准确的体现材料的表面性能，本发明的实验数据如图5所示。
使用时，将本发明连接在材料表面性能试验仪机座上，并将被检测件固定在基座上，然后通过调节配重块203使横梁201水平，然后调节本发明与被检测件之间的距离，调节至压头207与被检测件接触，然后通过在托盘301上增加砝码302，并用紧固螺母303压紧砝码302，砝码盘3即对加载装置2形成向下的力，加载装置2通过压头207对被检测件形成一个恒定的加载力，然后启动材料表面性能试验仪，使得被检测件形成左右往复运动，即实现压头207与被检测件之间的相对运动，压头207在实验过程中的因摩擦力的作用会左右摆动，从而带动加载杆205左右摆动，由于限位装置4的作用使得加载杆205只可在左右方向上形成微小的位移，进一步带动直线轴承401和轴承套402运动，轴承套402将力再传递至调节螺丝404，从而实现摩擦力传感器403对摩擦力的测量，完成摩擦力实验；同时压头207会因被检测件表面的光滑情况上下运动，压头207带动加载杆205上下运动，加载杆205使横梁201左右两端上下微小的摇摆，从而使得加载力传感器211采集到加载力的数据，通过数据来检测加载力是否恒定或是有变化，从而完成粗糙度检测、弹性模量检测、厚度检测、磨损量检测等实验，并且摩擦力与加载力是单独测量的，没有相互间的影响与干扰，故测力更加准确，实验数据更为精确可靠。

Claims (9)

1.一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：包括机头体（1）、加载装置（2）和砝码盘（3），加载装置（2）设置在机头体（1）内，砝码盘（3）设置在机头体（1）上端，砝码盘（3）穿过机头体（1），砝码盘（3）连接在加载装置（2）左端，机头体（1）下端设有活塞安装孔（101），活塞安装孔（101）设置在机头体（1）右端，活塞安装孔（101）连接在材料表面性能试验仪机座上，加载装置（2）包括压头（207），压头（207）连接在加载装置（2）的左端，压头（207）下端伸出机头体（1）；
所述加载装置（2）还包括横梁（201）、短轴（202）、加载杆（205）和销轴（206），横梁（201）水平布设，横梁（201）中间开设有孔（208），孔（208）贯穿横梁（201），孔（208）水平布设，孔（208）与横梁（201）水平方向垂直，短轴（202）设置在孔（208）内，短轴（202）两端与机头体（1）连接，横梁（201）左端设有加载杆安装槽（210），加载杆（205）通过销轴（206）铰接在加载杆安装槽（210）内，压头（207）连接在加载杆（205）下端，压头（207）设置在机头体（1）外部。
2.根据权利要求1所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：所述加载装置（2）还包括配重块（203）和调节螺杆（204），横梁（201）右部开设有凹槽（209），配重块（203）通过螺纹连接在调节螺杆（204）上，调节螺杆（204）连接在凹槽（209）内，配重块（203）外壁与凹槽（209）内壁贴合。
3.根据权利要求1所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：还包括限位装置（4），限位装置（4）设置在机头体（1）内，限位装置（4）连接在加载装置（2）下部，所述限位装置（4）包括直线轴承（401）和轴承套（402），轴承套（402）与机头体（1）滑动连接，直线轴承（401）设置在轴承套（402）内，加载杆（205）设置在直线轴承（401）内。
4.根据权利要求1所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：所述砝码盘（3）包括托盘（301）、砝码（302）、紧固螺母（303）和拖杆（304），托盘（301）下端设有连接杆（305），连接杆（305）连接在加载装置（2）上，拖杆（304）连接在托盘（301）上端，砝码（302）套在拖杆（304）上，砝码（302）设置在托盘（301）上方，紧固螺母（303）活动连接在拖杆（304）上，紧固螺母（303）压紧砝码（302）。
5.根据权利要求4所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：所述砝码盘（3）还包括砝码橡胶垫（306）和紧固螺母橡胶垫（307），砝码橡胶垫（306）设置在托盘（301）和砝码（302）之间，紧固螺母橡胶垫（307）设置在砝码（302）和紧固螺母（303）之间。
6.根据权利要求1所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：所述砝码盘（3）与加载杆（205）在同一轴线上。
7.根据权利要求1所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：所述加载装置（2）还包括加载力传感器（211）和传感器垫块（212），所述横梁（201）右部设有传感器安装槽（213），加载力传感器（211）设置在传感器安装槽（213）内，加载力传感器（211）水平布设，加载力传感器（211）左端与横梁（201）连接，传感器垫块（212）连接在加载力传感器（211）下方，传感器垫块（212）与加载杆（205）对称设置，所述加载力传感器（211）为悬臂梁式测力传感器，传感器型号为：永正牌108BA-30Kg。
8.根据权利要求1所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：所述加载装置（2）还包括声信号采集器（214）和采集器夹头（215），声信号采集器（214）连接在采集器夹头（215）上，采集器夹头（215）连接在加载杆（205）和压头（207）之间，所述声信号采集器（214）的型号为：SS-20T-6.8E。
9.根据权利要求3所述的一种材料表面性能试验用的测力机头，其特征在于：所述限位装置（4）还包括摩擦力传感器（403）和调节螺丝（404），摩擦力传感器（403）纵向布设，摩擦力传感器（403）设置在机头体（1）内，摩擦力传感器（403）设置在加载装置（2）左端，摩擦力传感器（403）下部设有螺纹通孔（405），调节螺丝（404）连接在螺纹通孔（405）内，调节螺丝（404）两端伸出螺纹通孔（405），调节螺丝（404）一端连接在轴承套（402）上，所述摩擦力传感器（403）为悬臂梁式测力传感器，传感器型号为：永正牌1B-YZ-5Kg。
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