CN210376086U - 一种滑动摩擦测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利涉及摩擦力测试，具体涉及一种滑动摩擦测量装置，包括用于将摩擦副与被测样品进行来回摩擦的往复机构，所述往复机构上设置有至少两个相互独立的力检测单元，所述至少两个相互独立的力检测单元中的一个力检测单元用于检测压力的与摩擦副连接，另一个力检测单元用于连接被测单元，用于检测被测样品受到的拉力。本装置结构简单，采用一般的拉压力传感器即可得到所需测得的摩擦力数值，本滑动摩擦测量装置特别适用测量毫牛量级的材料摩擦力。

Description

一种滑动摩擦测量装置

技术领域

本实用新型专利涉及摩擦力测试，具体涉及一种滑动摩擦测量装置。

背景技术

摩擦磨损是生活中常见的现象，每年全世界有大量的能源由摩擦做功所消耗，同时有80％的零件损坏是由各种形式的摩擦磨损引起，因此摩擦磨损问题以及机理成为科研的热点之一。而目前市场上针对摩擦磨损问题实验研究的设备主要分为两种，一种主要是摩擦磨损仪，是宏观摩擦学研究领域比较成熟的实验仪器和设备，所测量的摩擦力与载荷都在牛顿量级，远远超过实际微载荷下毫牛量级的摩擦力与载荷的力的范围；另外一种主要是原子力显微镜，是纳米摩擦学研究比较成熟的实验仪器和设备，但因其探针与基片间摩擦接触面积应该都在纳米量级，其力的范围远远不能满足微载荷下毫牛量级的力的需要。因此，研究适用于介于两者之间的微载荷测试系统变得迫切需要。

拉压力传感器包括主体和弹性体，在外力作用下，弹性体(弹性元件、敏感梁)会发生弹性变形，使其表面粘贴的电阻应变计(转换元件)也会随着变形而变形。应变仪的电阻将变得更大或更小，然后通过相应的测量电路将这种电阻变化转换成电信号(电压或电流)，从而完成将外力转换成电信号的过程。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种用于测量毫牛量级的摩擦力的滑动摩擦测量装置。

为了实现上述目的，本申请采用的技术方案是一种滑动摩擦测量装置，包括用于将摩擦副在被测样品上进行来回摩擦的往复机构，上述往复机构上设置有至少两个相互独立的力检测单元，上述至少两个相互独立的力检测单元中的一个力检测单元用于检测摩擦副挤压被测样品产生的压力的与摩擦副连接，另一个力检测单元用于连接被测单元，用于检测被测样品受到的拉力。

宏观的测量仪器一般用单个二维力传感，既能测压力又能测摩擦力，但发现其精度与分辨率与单个一维力传感器相比更差，当选择至少两个一维力检测单元分别测量压力和摩擦力，这样其装置的精度与分辨率大大的提高了，这样使在检测毫牛量级的摩擦力时更加准确。

进一步的是，上述往复机构包括：

上部，该上部用于夹持用于摩擦被测样品的摩擦副并控制摩擦副可在空间内进行位移；

下部，该下部用于放置被测样品并与被测样品滑动连接，下部固定被测样品的部分与上部夹持摩擦副的部分对应；

上述至少两个相互独立的力检测单元包含下拉压力传感器和上拉压力传感器；

上述下拉压力传感器的弹性体用于与被测样品传动连接，用于检测被测样品受到的摩擦力；

上述上拉压力传感器的弹性体与摩擦副连接，用于检测被测样品受到的摩擦副的压力；

上述上部包含至少两个叠加设置的用于使其承载物体可进行移动的位移平台，上述摩擦副被固定并承载于其中一个位移平台上，固定该摩擦副的位移平台承载于另一位移平台上。

通过在上部和下部分别设置拉压力传感器，控制上部以使摩擦副与被测样品接触并施加压力，控制上部将摩擦副在被测样品上滑回，以通过下部的下拉压力传感器测得需的摩擦力数值，本装置结构简单，采用一般的拉压力传感器即可得到所需测得的摩擦力数值，针对测量材料毫牛量级的摩擦力，本滑动摩擦测量装置特别适用。

进一步的是，上述上部包括：

夹具，用于夹持摩擦副；

驱动组，上述夹具设置于该驱动组上，上述驱动组用于使夹具在空间范围内进行移动；

支架，上述驱动组设置于该支架上；

其中，上述驱动组包括用于带动夹具在竖向方向上移动的第一位移平台和用于带动夹具在横向方向上移动的第二位移平台，该第一位移平台设置有用于驱动夹具的第一电机；

上述上部设置有拉压力传感器，该上部的拉压力传感的弹性体与夹具连接，该上部的上拉压力传感器连接有控制模块并通过该控制模块与第一电机通信连接。

通过将第一位移平台向下带动夹具向下移动后，当摩擦副与被测样品接触产生压力足够后，上部的上拉压力传感器得到信号并将信号发送给控制模块，控制模块控制第一电机停转，此时第一位移平台停止移动。

进一步的是，上述第一位移平台包括：

第一电机；

第一导轨，上述第一导轨设置于支架上；

支撑座，上述支撑座设置于第一导轨上，该支撑座与第一导轨滑动连接，上述第一电机与支撑座传动连接；

上述第二位移平台包括：

第二电机；

第二导轨，上述第二导轨设置于上述支撑座上；

上述夹具与第二导轨滑动连接，上述第二电机与夹具传动连接。

进一步的是，上述第二导轨上设置有在该第二导轨上滑回的框架结构，上述夹具设置于该框架结构外侧下端，上述拉压力传感器设置于该框架结构内侧，以通过设置框架结构对该拉压力传感器提供可靠支撑，并将其设置于框架结构内侧以保护拉压力传感器，防止外部多余的干涉。

进一步的是，上述夹具为柱状结构，上述框架结构下端设置有孔，该夹具的上端穿设在该孔内，上述上部的上拉压力传感器的弹性体的一端与该夹具上端连接。通过设置上述的框架结构，保障在将摩擦副对被测样品进行摩擦时，夹具不会发生偏移。

进一步的是，上述下部包括：

底座；

样品台，设置于底座上并与底座滑动连接，该样品台用于固定被测样品；

固定座，设置于底座上，上述下部的下拉压力传感器的主体设置于该固定座上。

通过设置固定座，以方便对下部的下拉压力传感器的主体进行固定。

进一步的是，上述底座上设置有第三导轨，上述样品台设置于该第三导轨上并与该第三导轨滑动连接。

进一步的是，上述样品台包括：

支撑部，上述支撑部与第三导轨滑动连接；

托板，上述托板固定设置于支撑部上；

台板，上述台板固定设置于托板上，该台板用于固定被测样品；其中

上述托板通过下部的下拉压力传感器与固定座连接。

相比于直接让拉压力传感器的弹性体与被测样品连接，通过设置上述托板，减少被测样品的形变拉伸对测量的影响。

进一步的是，上述托板为弯折的板体，该托板包括水平设置的横部和纵向设置的纵部，上述下部的下拉压力传感器的弹性体一端与固定座连接，另一端连接上述纵部。

本滑动摩擦测量装置即包括上部和下部，上述上部包括支架、设置于支架上的并设置有第一导轨的竖向位移平台、设置于第一导轨上的并设置有第二导轨的横向位移平台、设置于第二导轨上的框架结构、设置于框架结构上的用于夹持摩擦副的夹具；

上述竖向位移平台包括设滑动连接在第一导轨上的支撑座和驱动该支撑座在第一导轨上移动的第一电机，上述横向位移平台设置于该支撑座上；

上述横向位移平台包括驱动框架结构在第二导轨上移动的第二电机，上述框架结构的下端设置有孔，上述夹具为柱状结构并滑动的穿设在该孔内，上述框架结构内设置有上拉压力传感器，该上拉压力传感器的弹性体与夹具的上端连接；上述上拉压力传感器与控制第一电机的控制模块通信连接；

上述下部包括用于设置在支架下端的底座、设置于底座上的滑轨、设置于滑轨上的支撑部、设置于支撑部上的托板、设置于托板上的台板、与托板一端相对且位于滑轨一端的固定座、设置于固定座上的下拉压力传感器，上述下拉压力传感器的弹性体与托板连接。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1为用于说明本滑动摩擦测量装置的示意图；

图2为用于说明夹具与上拉压力传感器连接关系的示意图；

图中标记为：1-底座、2-第三导轨、3-固定座、4-下拉压力传感器、5-第二位移平台、6-支架、7-第一位移平台、8-安装板、9-框架结构、10-上拉压力传感器、11-夹具、12-台板、 13-托板、14-支撑部、15-摩擦副。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

如图1和2，滑动摩擦测量装置，包括上部和下部；该上部用于夹持摩擦副15并控制摩擦副15可在空间内进行位移；该下部用于放置被测样品并与被测样品滑动连接，下部固定被测样品的部分与上部夹持摩擦副15的部分对应；滑动摩擦测量装置还包括测量组，该测量组包括分别设置于下部的下拉压力传感器4，其中下部的下拉压力传感器4的弹性体用于与被测样品传动连接，用于检测被测样品受到的拉力。

上述上部包括夹具11、驱动组和支架6，夹具11用于夹持摩擦副15；摩擦副15可以直接设置为一个摩擦球，夹具11的端头固定住该摩擦球；上述夹具11设置于该驱动组上，驱动组用于使夹具11在空间范围内进行移动上述驱动组设置于该支架6上；驱动组包括用于带动夹具11在竖向方向上移动的第一位移平台7和用于带动夹具11在横向方向上移动的第二位移平台5，该第一位移平台7设置有用于驱动夹具11的第一电机；上述上部设置有上拉压力传感器10，该上部的拉压力传感的弹性体与夹具11连接，该上部的上拉压力传感器10连接有控制模块并通过该控制模块与第一电机通信连接。

这样将第一位移平台7向下带动夹具11向下移动后，当摩擦副15与被测样品接触产生压力足够后，上部的上拉压力传感器10得到信号并将信号发送给控制模块，控制模块控制第一电机停转，此时第一位移平台7停止移动。

上述第一位移平台7包括第一电机、第一导轨和支撑座。第一导轨设置于支架6上；支撑座设置于第一导轨上，该支撑座与第一导轨滑动连接，上述第一电机与支撑座传动连接；

上述第二位移平台5包括第二电机和第二导轨，第二导轨设置于上述支撑座上；夹具11 与第二导轨滑动连接，上述第二电机与夹具11传动连接。在第二位移平台设置在支撑座上时，可以设置一个安装板8，以方便让第二位移平台5能够水平安装。

当第一位移平台7下降到一定高度使摩擦副15与被测样品接触并施加预设压力后停止下降，然后控制第二电机，使夹具11在横向方向或水平方向上让摩擦副15在被测样品上来回摩擦。通过设置该第一位移平台7，将第二位移平台5设置于第一位移平台7上，简单、方便的实现对夹具11的空间移动。

上述第二导轨上设置有在该第二导轨上滑回的框架结构9，上述夹具11设置于该框架结构9外侧下端，上述上拉压力传感器10设置于该框架结构9内侧，以通过设置框架结构9对该上拉压力传感器10提供可靠支撑，并将其设置于框架结构9内侧以保护上拉压力传感器 10，防止外部多余的干涉。

这里的夹具11为柱状结构，上述框架结构9下端设置有孔，该夹具11的上端穿设在该孔内，上述上部的上拉压力传感器10的弹性体的一端与该夹具11上端连接。

通过设置上述的框架结构9，对柱状结构的夹具11的移动也起到了限位作用，使夹具11 不会在横向方向相对于框架结构9发生位移。保障在将摩擦副15对被测样品进行摩擦时，夹具11不会发生偏移。

上述下部包括底座1、样品台和固定座3，样品台设置于底座1上并与底座1滑动连接，该样品台用于固定被测样品；固定座3设置于底座1上，上述下部的下拉压力传感器4的主体设置于该固定座3上，以方便对下部的下拉压力传感器4的主体进行固定。上述底座1上设置有第三导轨2，上述样品台设置于该第三导轨2上并与该第三导轨2滑动连接，该第三导轨2为了设置一定高度或保证该第三导轨2上的样品台滑动稳固，可以设置基座，在基座上设置导轨主体。

上述样品台包括支撑部14、托板13和台板12，上述支撑部14与第三导轨2滑动连接；上述托板13固定设置于支撑部14上；上述台板12固定设置于托板13上，该台板12用于固定被测样品；上述托板13通过下部的下拉压力传感器4与固定座3连接，设置上述托板13，减少被测样品的形变拉伸对测量的影响。这里的台板12可以是一个固定块，将被测样品固定在该固定块上，也可以是用于夹持被测样品的样品夹具，如丝杠与固定块的结构，旋转丝杠，使相对的固定块贴近。总之，被测样品的固定可以是通过粘接的方式，也可以是采用夹具夹持的方式固定，具体采用哪种固定方式由被测样品的形状大小品质等决定，只要能将被测样品固定在样品台上即可。

上述托板13为弯折的板体，该托板13包括水平设置的横部和纵向设置的纵部，上述下部的下拉压力传感器4的弹性体一端与固定座3连接，另一端连接上述纵部。

具体的设置时，上述的第一电机和第二电机均设置为直流电机，并配置直流调速控制器，本实施例中可采用C-863Mercury控制器，单轴控制，安装时通过一根串口线与计算机，以控制位移平台，拉压力传感器配置数据采集卡，可采用NI数据采集卡，本实施例中采用型号 USB-6210传感器输出信号线连接数据采集卡信号输入端，力改变时，传感器输出信号变化，数据采集卡采集变化信号求得力大小。

图1中，第一位移平台7为Z轴平台，第二位移平台5为X轴平台，Z轴平台、X轴平台可以使用德国PI直流电机位移平台，本实施例中采用型号M-L03.2A0，传动方式为普通丝杠传动，即电机驱动丝杠转动，丝杠的转动带动承载物沿丝杠延伸方向移动。两平台在整个装置中起运动控制作用，直流调速控制器电连接位移平台，通过相应的编程命令对位移平台进行XZ轴的运动控制。通过相应的编程命令，调节Z轴位移平台位置，使X轴位移平台上的摩擦球与样品台保持一定短距离，再调节X轴位移平台，使摩擦头与样平台处于相对合适的位置，以方便做往复摩擦运动。

然后通过已经编程好的相应的反馈程序，输入某压力值，Z轴匀速缓慢下降，使夹具11 上的摩擦球与被测样品接触同时给样品施加载荷，上拉压力传感器10连续产生信号，数据采集卡连续采集信号并实时反馈信号给Z轴位移平台，当所加载荷达到预先输入的压力值时，Z 轴停止下降但仍处于启动状态。

然后控制X轴位移平台，通过相应的编制程序，使X轴位移平台以设定的速度以及运动范围内在样品台上的样品做往复摩擦运动，该过程中仍处于开启状态的Z轴位移平台仍实时自我调节位置，以尽量保持运动过程中所施加载荷不变，同时与托板13连接的拉压传感器在往复运动过程中实时采集信号，得到往复运动过程中摩擦力大小。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种滑动摩擦测量装置，包括用于将摩擦副在被测样品上进行来回摩擦的往复机构，其特征在于，所述往复机构上设置有至少两个相互独立的力检测单元，所述至少两个相互独立的力检测单元中的一个力检测单元用于检测摩擦副挤压被测样品产生的压力的与摩擦副连接，另一个力检测单元用于连接被测单元，用于检测被测样品受到的拉力。

2.如权利要求1所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述往复机构包括：

上部，该上部用于夹持用于摩擦被测样品的摩擦副并控制摩擦副可在空间内进行位移；

下部，该下部用于放置被测样品并与被测样品滑动连接，下部固定被测样品的部分与上部夹持摩擦副的部分对应；

所述至少两个相互独立的力检测单元包含下拉压力传感器和上拉压力传感器；

所述下拉压力传感器的弹性体用于与被测样品传动连接，用于检测被测样品受到的摩擦力；

所述上拉压力传感器的弹性体与摩擦副连接，用于检测被测样品受到的摩擦副的压力；

所述上部包含至少两个叠加设置的用于使其承载物体可进行移动的位移平台，所述摩擦副被固定并承载于其中一个位移平台上，固定该摩擦副的位移平台承载于另一位移平台上。

3.如权利要求2所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述上部包括：

夹具，用于夹持摩擦副；

驱动组，所述夹具设置于该驱动组上，所述驱动组用于使夹具在空间范围内进行移动；

支架，所述驱动组设置于该支架上；以及

其中，所述驱动组包括用于带动夹具在竖向方向上移动的第一位移平台和用于带动夹具在横向方向上移动的第二位移平台，该第一位移平台设置有用于驱动夹具的第一电机；

所述上部设置有拉压力传感器，该上部的拉压力传感的弹性体与夹具连接，该上部的上拉压力传感器连接有控制模块并通过该控制模块与第一电机通信连接。

4.如权利要求3所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，

所述第一位移平台包括：

第一电机；

第一导轨，所述第一导轨设置于支架上；

支撑座，所述支撑座设置于第一导轨上，该支撑座与第一导轨滑动连接，所述第一电机与支撑座传动连接；

所述第二位移平台包括：

第二电机；

第二导轨，所述第二导轨设置于所述支撑座上；

所述夹具与第二导轨滑动连接，所述第二电机与夹具传动连接。

5.如权利要求4所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述第二导轨上设置有在该第二导轨上滑回的框架结构，所述夹具设置于该框架结构外侧下端，所述拉压力传感器设置于该框架结构内侧。

6.如权利要求5所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述夹具为柱状结构，所述框架结构下端设置有孔，该夹具的上端穿设在该孔内，所述上部的上拉压力传感器的弹性体的一端与该夹具上端连接，该上部的上拉压力传感器的主体固定于该框架结构内侧。

7.如权利要求2所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述下部包括：

底座；

样品台，设置于底座上并与底座滑动连接，该样品台用于于固定被测样品；

固定座，设置于底座上，所述下部的下拉压力传感器的主体设置于该固定座上。

8.如权利要求7所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述底座上设置有第三导轨，所述样品台设置于该第三导轨上并与该第三导轨滑动连接。

9.如权利要求8所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述样品台包括：

支撑部，所述支撑部与第三导轨滑动连接；

托板，所述托板固定设置于支撑部上；

台板，所述台板固定设置于托板上，该台板用于固定被测样品；其中

所述托板通过下部的下拉压力传感器与固定座连接。

10.如权利要求9所述的一种滑动摩擦测量装置，其特征在于，所述托板为弯折的板体，该托板包括水平设置的横部和纵向设置的纵部，所述下部的下拉压力传感器的弹性体一端与固定座连接，另一端连接所述纵部。

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