CN2539963Y

CN2539963Y - 一种微摩擦力测量装置

Info

Publication number: CN2539963Y
Application number: CN 02226928
Authority: CN
Inventors: 黄平; 白少先; 黎智恒; 任珺
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2012-04-19

Abstract

本实用新型是一种微摩擦力测量装置，包括玻璃盘、电机和钢球，钢球连接有测力臂，测力臂固定于升降架上，其另一端还连接有加载盘，在测力臂上连接有应变片，应变片通过导线与应变测量仪相连接。本实用新型测试精度高，可达到0.5mN，标定和实际测量结果具有线性度高和抗干扰性能强的特点，可用于机械中微摩擦力的测量和研究。

Description

一种微摩擦力测量装置

(一)技术领域

本实用新型涉及摩擦力测量技术领域，具体是指一种微摩擦力测量装置。

(二)背景技术

研究零件的摩擦和润滑性能，通常需要测量润滑膜厚度、摩擦系数、磨损量等，其中，摩擦力或摩擦系数是最受关注的一个参数。通常的测量设备有环块销盘摩擦力仪、SRV磨损测量仪、四球磨损测量仪等。这些仪器主要适用于典型零件试样的宏观摩擦研究，所加的载荷与所测量的力通常在几个到几百个牛顿大小。虽然目前的一些微观测量仪(如AFM、FFM等)可以测量纳米量级的摩擦力，但是由于它们只能测量局部几个分子的特性，不能反映零件工作时的整体特性，因此不能满足实际摩擦系数测量的需要。同时，上述测量仪器只能测量滑动磨损，不能测量滚动下的摩擦力。目前，摩擦学的研究不断向薄膜方向发展，虽然润滑膜厚度的测量已经达到了纳米量级，但是微摩擦力测量还不尽如任意。所以，发展微摩擦力测量机构是实际研究的需要。

(三)发明内容

本实用新型就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种微摩擦力测量装置，该装置不仅可以测量实际摩擦系数和滚动摩擦，而且可以实现对薄膜润滑的微摩擦力测量。

本实用新型所述的一种微摩擦力测量装置，包括玻璃盘、电机和钢球，其特征是，钢球连接有测力臂，测力臂固定于升降架上，其另一端还连接有加载盘，在测力臂上连接有应变片，应变片通过导线与应变测量仪相连接。

为了更好地实现本实用新型，钢球可以通过支架与测力臂相连接，在支架上固定有油杯，钢球置于油杯内；测力臂可以采用互相平行的两个薄臂梁；在薄臂梁上分别贴有两个相同的应变片；升降架的上端固定有轴承座，底部固定在底座上，测力臂置于轴承座上；在测力臂的一端可以固定有螺钉，螺钉的较长部分裸露于测力臂外，在螺纹某一合适的部位悬挂加载盘，使用砝码加载。

本实用新型工作时，电机通过皮带传动来驱动玻璃盘匀速旋转，以使玻璃盘与钢球之间产生连续的相对滑动(钢球可以在油杯内自由滚动)。由一维工作台改造的升降架可以使测力臂在垂直方向上移动，以控制钢球与试样的分离和接触，并可以用以加载。横向力由应变片通过应变测量仪测出相应的应变，再换算成对应的力。加载盘以杠杆的方式给钢球触点加载。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本实用新型测试精度高，根据测试理论，采用全桥测量时应力应变关系为

F = ϵE \cdot \frac{{bh}^{2}}{{6 l}_{0}}

由上式可知，当应变测量仪在灵敏度系数分别为k＝2和k＝0.5时，本实用新型测量的分辨率分别达到2mN和0.5mN。

2.本实用新型的标定和实际测量结果具有线性度高和抗干扰性能强的特点。

3.本实用新型可用于机械中微摩擦力的测量和研究。

(四)附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型测力臂的结构示意图；

图3是本实用新型应变片的连接示意图；

图4和图5是本实用新型实施例的测量结果图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步地描述。

如图1和2所示，直流电机5通过皮带与玻璃盘1的转轴相传动连接，升降架6的上端固定有轴承座，底部用套筒和螺钉固定在底座上，升降架相对于底座可以旋转和升降，为了保证测力臂10受到的水平横向力水平，升降架6与套筒应为间隙配合；测力臂10为互相平行的两个薄臂梁11，材料为冷轧钢带，固定于升降架6的轴承座上，其一端连接固定有油杯3的支架4，钢球2置于油杯3内，另一端固定有螺钉，螺钉的较长部分裸露于测力臂10外，在螺纹某一合适的部位悬挂加载盘7，使用砝码加载，这种杠杆方式的加载，由于是浮动加载，具有自适应性，即使被测表面有高低起伏，测力臂10也会随着起伏，而不改变载荷的大小，钢球2触点应与玻璃盘1的转轴轴心、加载盘7的加载点处于同一条直线，这样测量的摩擦力才是沿转盘切向方向的，由于摩擦力很小，为了保证薄臂梁11的刚度满足实验要求，薄臂梁11与钢球2的连接部分选用较轻的材料铝；在测力臂10的两个薄臂梁11上，分别各贴有两个相同的应变片9，正、反面各一片。如图3所示，应变片9以全桥方式连接(使用全桥回路可以提高电桥灵敏度，并进行温度补偿)，并通过导线与应变测量仪8相连接；应变测量仪8采用YJD-27静动态电阻应变测量仪。

使用本实用新型时，首先标定应变测量仪，按照YJD-27静动态电阻应变测量仪的使用说明书，选择灵敏度系数K为2和0.5，衰变为200με档进行标定，判断其衰变率；每种载荷分别取10点，取其平均值观察其线性关系。应变标定的方法为：将测力臂翻转90°，在受力点处用砝码加力，使测力臂发生变形，读取此应变读数；然后将测力臂再翻转180°，同样测一次读取反向应变读数；对测力臂施加10组载荷，每组载荷测10次数据，取平均值，得到与应变测量仪读数的关系。

然后连接好辅助仪器(光电测速传感器、转速调节器)，先选择较慢的转速，在空载状态下观察应变测量仪的读数变化，调零；依次增加载荷，每个载荷状态取10个点，取平均值后，根据标定获得微摩擦力值。值得注意的是，每次加载前，要观察应变测量仪的读数是否已调零，允许适当范围的零漂；同时由辅助仪器得到转盘的转速。

两组不同工况的实验数据如图4和图5所示。从实验所得的数据可以看出，无论灵敏度系数如何，转速为40档时，触点处的实际载荷与应变的读数线性度较好。因为低转速情况下，由于钢求表面精度的影响，以及载荷较小的原因，钢球通常处于非滚动状态。在这一润滑状态下，得到的是滑动摩擦力与微应变的关系。随着速度的提高，钢球表面精度对微摩擦力的影响越来越大，导致明显的波动。以转速为40档，K＝0.5为例，根据标定可以得到实际载荷为740mN时，测量到的微摩擦力为：F＝2.7478×55＝151mN。因此，得微摩擦系数μ＝151/740＝0.2。同理，转速为60档时的摩擦系数为：μ＝2.7478×39.5/740＝0.15。

Claims

1.一种微摩擦力测量装置，包括玻璃盘(1)、电机(5)和钢球(2)，其特征是，钢球(2)与测力臂(10)相连接，测力臂(10)固定于升降架(6)上，其另一端还连接有加载盘(7)，在测力臂(10)上连接有应变片(9)，应变片(9)通过导线与应变测量仪(8)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种微摩擦力测量装置，其特征是，钢球(2)可以通过支架(4)与测力臂(10)相连接，在支架(4)上固定有油杯(3)，钢球(2)置于油杯(3)内。

3.根据权利要求1所述的一种微摩擦力测量装置，其特征是，测力臂(10)可以采用互相平行的两个薄臂梁(11)，在薄臂梁(11)上分别各贴有两个相同的应变片(9)。

4.根据权利要求1所述的一种微摩擦力测量装置，其特征是，升降架(6)的上端固定有轴承座，底部固定在底座上，测力臂(10)置于轴承座上。

5.根据权利要求1所述的一种微摩擦力测量装置，其特征是，在测力臂(10)的一端可以固定有螺钉，螺钉的较长部分裸露于测力臂(10)外，在螺纹某一合适的部位悬挂加载盘(7)，使用砝码加载。