专利名称：微摩擦力测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微摩擦力测量装置，尤其涉及一种精确测量微小摩擦力的微摩擦力测量装置。
背景技术：
世界的能源约1/3-1/2通过摩擦磨损以热的形式消耗掉，减小摩擦成为节约能源的一个重要方向。工程中一般将摩擦系数小于O. 01时的摩擦状态称为“超滑”状态，探究“超滑”现象的机理有重要意义。实验发现，氮化硅、二氧化硅等陶瓷材料在某些水溶液中摩擦系数可以低到O. 003，呈现出超滑现象。传统商用通用摩擦力试验机一般采用二维力测量传感器同时测量接触摩擦中的载荷与摩擦力。然而，超滑现象具有两个特点摩擦力数值很小；载荷摩擦力比大约300:1。这两个特点决定了超滑状态下摩擦力的测量值超出了传统商用通用摩擦试验机的精度范围。故，采用传统商用通用摩擦力试验机测量超滑等现象下的微摩擦力时会出现以下问题首先，其摩擦力传感器精度难以达到超滑状态下的摩擦力测量实验所要求的精度。其次，二维力测量传感器存在轴间耦合现象(通常> 1%)，其对于超滑状态下摩擦力测量准确性的影响大于常规实验状态。另外，在摩擦力与载荷相差很大时，如果摩擦力传感器及加载等元件存在装配偏角，载荷会在摩擦力测量方向产生分量，影响超滑状态下摩擦力测量结果的准确性。

发明内容
本发明目的在于针对现有技术摩擦试验机存在的上述技术问题，提供一种微摩擦力测量精度高，不存在载荷与摩擦力相互耦合现象的微摩擦力测量装置。本发明提供的一种微摩擦力测量装置，其包括机架(10)、相邻安装在所述机架10上的上样品承载单元(20)和下样品承载单元(40)，所述上样品承载单元(20)包括轴承(23)、横梁(24)、摩擦力测量单元(25)及载荷测量单元(26)，所述横梁(24)横跨设置在所述轴承(23)上端，所述摩擦力测量单元(25)与所述载荷测量单元(26)分别设置在所述横梁(24 )的两端，所述横梁(24 )通过所述载荷测量单元(26 )与上样品连接。该摩擦力测量单元(25)包括摩擦力测量传感器(252)，其为小量程高精度应变式力测量传感器。所述摩擦力测量传感器(252)其中一侧与一伸杆(251)连接，并通过该伸杆(251)与所述横梁(24 )的一端连接。所述轴承(23 )轴套上套设一个支撑环(28 )，所述支撑环(28 )上固定一个传感器支架(253)，将摩擦力测量传感器(252)固定在所述传感器支架(253)。所述轴承(23)为空气轴承。与现有技术相比较，本发明的微摩擦力测量装置具有以下有益效果
第一、使用载荷测量传感器和摩擦力测量传感器两种传感器，摩擦力测量传感器可以使用小量程高精度传感器，对于载荷摩擦力之比很大的超滑状态的微摩擦力测量精度得到显著提高。第二、采用横梁将载荷与摩擦力测量点置于横梁支撑点的两侧，从而可以避免因加载而产生的应力对摩擦力测量的影响，即减小载荷与摩擦力的耦合作用。第三、摩擦力传感器采用高精度小量程摩擦力传感器，精确测量摩擦力大小。第四、摩擦力传感器采用拉压力传感器，两端固定可以实现正反转，通过计算平均值以消除角度偏差对测量结果的影响。·
第五、采用空气轴承，消除系统摩擦力影响。


图1是本发明一实施例的微摩擦力测量装置的结构示意图。图2是图1所示的微摩擦力测量装置的俯视图。图3是图2中III区域的放大示意图。主要元件符号说明
权利要求
1.一种微摩擦力测量装置，其包括机架(10);相邻安装在所述机架10上的上样品承载单元(20)和下样品承载单元(40)，其特征在于，所述上样品承载单元(20)包括轴承 (23)、横梁(24)、摩擦力测量单元(25)及载荷测量单元(26)，所述横梁(24)横跨设置在所述轴承(23)上端，所述摩擦力测量单元(25)与所述载荷测量单元(26)分别设置在所述横梁(24)的两端，所述横梁(24)通过所述载荷测量单元(26)与上样品连接。
2.根据权利要求1所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，该摩擦力测量单元(25)包括摩擦力测量传感器(252)，其为应变式力测量传感器。
3.根据权利要求1所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，进一步包括垂直位移调节机构(21)及水平位移调节机构(22)用于使上样品和下样品相对纵向或水平位移。
4.根据权利要求3所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，所述机架(10)包括一台面 (11 )，所述垂直位移调节机构(21)垂直安装在所述机架(IO )的台面(11)上，所述水平位移调节机构(22)安装在所述垂直位移调节机构(21)的远离所述机架(10)的一端，所述轴承(23)安装在所述水平位移调节机构(22)上。
5.根据权利要求1至4项中任意一项所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，所述下样品承载单元(40)包括旋转台(41)及旋转台支架42,所述旋转台支架(42)垂直安装在所述机架(10)的台面(11)上，且与所述上样品承载单元(20)的所述垂直位移调节机构21相邻设置，所述旋转台支架(42)支撑所述旋转台(41)，所述旋转台(41)与所述载荷测量单元 (26)相对设置。
6.根据权利要求1所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，所述轴承(23)为空气轴承。
7.根据权利要求1所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，所述摩擦力测量单元(25) 的测量点到轴承(23)轴线的水平距离与上样品(30)和下样品(50)的接触点到轴承(23) 轴线的水平距离比为1:1 1:3。
8.根据权利要求1所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，所述摩擦力测量传感器 (252)包括相对的两侧，其中一侧与一伸杆(251)连接，并通过该伸杆(251)与所述横梁(24)的一端连接，所述轴承(23)轴套上套设一个支撑环(28)，所述支撑环(28)上固定一个传感器支架(253)，将摩擦力测量传感器(252)另一侧固定在所述传感器支架(253)。
9.根据权利要求2所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，所述摩擦力测量传感器 (252)为量程为50克 200克、精度为O. 01% O.1 %的拉压两向的应变式力测量传感器。
10.根据权利要求9所述的微摩擦力测量装置，其特征在于，所述载荷测量单元(26)包括相互连接在一起的弹性缓冲装置(261)和载荷测量传感器(262)，所述载荷测量传感器 (262)与所述横梁(24)连接。
全文摘要
本发明涉及一种微摩擦力测量装置，其包括机架(10)、相邻安装在所述机架10上的上样品承载单元(20)和下样品承载单元(40)，所述上样品承载单元(20)包括轴承(23)、横梁(24)、摩擦力测量单元(25)及载荷测量单元(26)，所述横梁(24)横跨设置在所述轴承(23)上端，所述摩擦力测量单元(25)与所述载荷测量单元(26)分别设置在所述横梁(24)的两端，所述横梁(24)通过所述载荷测量单元(26)与上样品连接。
文档编号G01N19/02GK102998254SQ20121046783
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者张晨辉, 孙亮, 李津津 申请人:清华大学