一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机制造技术

本发明专利技术提供了一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其中：测试单元中的下试样由驱动单元提供动力能够绕中轴线做回转运动；测试单元中的上试样由上悬臂梁单元悬吊于下试样上方，自身水平度及相对下试样的位置通过位置调节单元可调，下端面与下试样的上端面在加载单元施加的加载力作用下，以及在上悬臂梁单元的一对大间距悬臂梁板簧结构作用下能够随动接触，形成一对摩擦副；加载力通过调节螺杆与调节砝码可精调；测试单元由加载力传感器测量加载单元所施加的加载力大小，由摩擦力传感器测量一对摩擦副之间的摩擦力大小。本发明专利技术能够实现稳定加载，保证摩擦界面的稳定，并可实现对加载力的精密调整，以及对摩擦界面倾斜度的调节。

【技术实现步骤摘要】
一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机
本专利技术涉及一种试验设备，更具体地说是一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机。
技术介绍
摩擦学主要研究两个有相互运动的面上的摩擦、磨损与润滑现象。作为摩擦学研究的重要方式之一，试验研究需要高精度、功能全面的试验机作为支撑。摩擦学性能测试试验机按照摩擦副接触和运动的形式，可以分为往复式、销盘式、端面接触式、环块式及四球式等等，对于诸如销盘式等一些传统的摩擦磨损试验机来说，在其加载结构设计中，一般采用杠杆重物的加载方式，这种方式天然存在诸多缺点，主要是因为1)杠杆支点自身处的摩擦不可忽视；2)杠杆结构在摩擦转矩的作用下会引起摩擦界面的倾覆，这些因素均会造成摩擦界面的不稳定，进而导致加载的不稳定。此外，在摩擦界面倾斜度调整方面，不具备精密的调整功能，同时，对于加载力的可调性而言，传统的试验机存在加载力调整精度不高的问题。另一方面，摩擦学基础理论的研究始终面临着摩擦界面由于被夹在两个面之间而难以直接测量的问题，只能通过对实验结束磨损后的材料表面进行相应的表征进行评估，因此，随着对摩擦学理论研究的深入，摩擦学实验手段需要更加完善，这就要求摩擦学需更多的利用原位测量方法，对摩擦表面形貌等参数的动态变化进行跟踪，实现多尺度下材料摩擦学特性研。然而，很少见到有摩擦磨损试验机可以做到对高速摩擦界面的原位观测。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本专利技术提出一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，以期实现稳定加载，保证摩擦界面的稳定，确保测量的准确性，并可实现对加载力的精密调整，以及对摩擦界面倾斜度的调节。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其结构特点是：设置测试单元，所述测试单元中的下试样水平设置、由下支撑单元支撑并构成同步回转构件，由驱动单元提供动力，使所述下试样能够绕中轴线做回转运动；所述测试单元中的上试样由上悬臂梁单元悬吊于下试样上方，自身水平度及相对下试样的位置通过位置调节单元可调，下端面与所述下试样的上端面在加载单元施加的加载力作用下相接触，形成一对摩擦副；所述测试单元是通过加载力传感器测量加载单元所施加的加载力大小，通过摩擦力传感器测量一对摩擦副之间的摩擦力大小；所述上悬臂梁单元中，一对大间距悬臂梁板簧结构呈水平对称设置，第二悬臂梁于后端固装在一对大间距悬臂梁板簧结构之间，于前端悬吊所述上试样，所述一对大间距悬臂梁板簧结构通过板簧具有向下的挠度，带动第二悬臂梁于试验中使所述上试样能够向下移动，实现上下试样的随动接触；所述加载单元包括，设置在所述第二悬臂梁前侧上端的竖向码放有多个砝码的砝码盘，用于提供加载力，以及设置在第二悬臂梁后侧上端、顺着第二悬臂梁向后悬伸、尾端螺纹套设有调节砝码的调节螺杆，以所述调节砝码在调节螺杆上前后位置的调节形成对加载力的精调。本专利技术的结构特点也在于：所述下试样为透明玻璃材质，按照一对摩擦副所在位置、位于所述下试样的下方对应设置光学原位观测单元，所述光学原位观测单元中，光学显微镜连接CCD，由第二Z轴位移平台通过显微镜夹具夹持，以观测端朝上正对所述下试样，与所述下试样间的竖向间距通过第二Z轴位移平台可调。还设有加热单元，所述加热单元包括临近于摩擦界面、设置在上试样上方的加热片，用于为摩擦界面加热，还包括设置在所述加热片与摩擦力传感器之间的中空的隔热结构，通过所述隔热结构形成对加热片与摩擦力传感器之间热量传递的隔离。所述位置调节单元是通过X轴位移平台与Y轴位移平台调节上试样相对下试样的平面位置，通过第一Z轴位移平台调节上试样相对下试样的高度位置，通过倾斜台调节上试样的自身水平度。所述上悬臂梁单元中：一对大间距悬臂梁板簧结构通过固定板装配于所述位置调节单元上，并具有相同的结构形式，与所述固定板之间的装配结构均是，在所述固定板前端面上固装板簧固定座，第一悬臂梁后端正对所述板簧固定座，之间保留间距，以第一悬臂梁后端部作为板簧安装端A，以板簧固定座的前端部作为板簧安装端B，一对呈上下正对布置的板簧分别相适配地固装于板簧安装端A与板簧安装端B的上下端面之间，通过一对板簧使第一悬臂梁能够形成竖向位移，所述固定板上对应于第一悬臂梁设有限位板，依靠所述限位板对第一悬臂梁的竖向位移量限位；所述第二悬臂梁呈T形结构，短臂段为后端并通过一对竖板固定架设在固连于一对第一悬臂梁之间的横梁上方，与一对第一悬臂梁构成同步位移构件，长臂段朝前，顺着下试样回转面的径向方向布置，悬伸于下试样上方，臂端悬吊所述上试样。所述加载力传感器与摩擦力传感器均为单轴力传感器；所述加载力传感器水平放置，内部应变片沿着竖直方向变形，测量端连接于第二悬臂梁梁端，用于测量由加载单元施加的法向的加载力大小；所述摩擦力传感器竖直放置，内部应变片沿着水平方向变形，测量端连接于上试样，用于测量一对摩擦副之间产生的摩擦力大小；所述加载力传感器与摩擦力传感器以固定端相对，之间留有间隙。所述上试样通过上试样安装构件安装在第二悬臂梁的前端，所述上试样安装构件结构设置为：包括均为分体式结构的外夹具与内夹具；所述外夹具由一对呈对称设置的外夹板于端部通过螺钉紧固拼接而成，拼接后于中心形成适配于内夹具外形尺寸的内夹具安装孔；所述内夹具由一对呈对称设置的内夹板拼接组成，拼接后于中心形成适配于上试样外形尺寸的上试样安装孔；所述上试样能够嵌装于上试样安装孔中、下端面露出，由一对内夹板夹紧；嵌装有上试样的内夹具能够嵌装于所述内夹具安装孔中，由一对外夹板夹紧，构成上试样安装构件的完整结构；所述外夹具于一对外夹板上形成有U型槽，于所述U型槽处通过螺栓装配于第二悬臂梁的前端，通过所述U型槽实现上试样安装构件于第二悬臂梁前端的安装位置可调。所述下试样支撑单元结构设置为：主轴由所述驱动单元驱动回转，下试样支撑板、下试样与下试样盖板与主轴呈同轴地自下至上依次设置，所述下试样支撑板固装于主轴上轴端，所述下试样盖板下端面嵌装有若干道沿径向呈间隔布置的环形橡胶圈，下试样于中心通孔处装夹于下试样支撑板与下试样盖板之间，上端面与所述环形橡胶圈之间紧密接触，以露出于下试样盖板外的环形区域作为与所述上试样的接触区域。所述下试样的外缘装夹于呈上下正对布置的上储油挡边与下夹板之间，所述上储油挡边与下夹板之间通过螺栓紧固，上储油挡边的下端面与下夹板的上端面分别嵌装多道沿径向呈间隔布置的环形橡胶圈，通过所述环形橡胶圈分别与下试样的上下端面紧密接触；所述下试样盖板的外周壁上沿向上延伸形成上露的内储油挡边，与所述上储油挡边的内周壁等高，与所述上储油挡板内周壁、下试样上端面所围设形成的区域作为储油槽。所述驱动单元是由伺服电机驱动，经同步带传动机构传动，以所述同步带传动机构的从动带轮轮轴为输出轴，驱动与所述输出轴联接的主轴回转。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：本专利技术通过驱动单元为由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其特征是：/n设置测试单元，所述测试单元中的下试样(21)水平设置、由下支撑单元支撑并构成同步回转构件，由驱动单元(1)提供动力，使所述下试样(21)能够绕中轴线做回转运动；所述测试单元中的上试样(22)由上悬臂梁单元(4)悬吊于下试样(21)上方，自身水平度及相对下试样(21)的位置通过位置调节单元(8)可调，下端面与所述下试样(21)的上端面在加载单元施加的加载力作用下相接触，形成一对摩擦副；所述测试单元是通过加载力传感器(23)测量加载单元所施加的加载力大小，通过摩擦力传感器(24)测量一对摩擦副之间的摩擦力大小；/n所述上悬臂梁单元(4)中，一对大间距悬臂梁板簧(45)结构呈水平对称设置，第二悬臂梁(48)于后端固装在一对大间距悬臂梁板簧(45)结构之间，于前端悬吊所述上试样(22)，所述一对大间距悬臂梁板簧(45)结构通过板簧(45)具有向下的挠度，带动第二悬臂梁(48)于试验中使所述上试样(22)能够向下移动，实现上下试样(21)的随动接触；/n所述加载单元包括，设置在所述第二悬臂梁(48)前侧上端的竖向码放有多个砝码的砝码盘(61)，用于提供加载力，以及设置在第二悬臂梁(48)后侧上端、顺着第二悬臂梁(48)向后悬伸、尾端螺纹套设有调节砝码(63)的调节螺杆(62)，以所述调节砝码(63)在调节螺杆(62)上前后位置的调节形成对加载力的精调。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其特征是：
设置测试单元，所述测试单元中的下试样(21)水平设置、由下支撑单元支撑并构成同步回转构件，由驱动单元(1)提供动力，使所述下试样(21)能够绕中轴线做回转运动；所述测试单元中的上试样(22)由上悬臂梁单元(4)悬吊于下试样(21)上方，自身水平度及相对下试样(21)的位置通过位置调节单元(8)可调，下端面与所述下试样(21)的上端面在加载单元施加的加载力作用下相接触，形成一对摩擦副；所述测试单元是通过加载力传感器(23)测量加载单元所施加的加载力大小，通过摩擦力传感器(24)测量一对摩擦副之间的摩擦力大小；
所述上悬臂梁单元(4)中，一对大间距悬臂梁板簧(45)结构呈水平对称设置，第二悬臂梁(48)于后端固装在一对大间距悬臂梁板簧(45)结构之间，于前端悬吊所述上试样(22)，所述一对大间距悬臂梁板簧(45)结构通过板簧(45)具有向下的挠度，带动第二悬臂梁(48)于试验中使所述上试样(22)能够向下移动，实现上下试样(21)的随动接触；
所述加载单元包括，设置在所述第二悬臂梁(48)前侧上端的竖向码放有多个砝码的砝码盘(61)，用于提供加载力，以及设置在第二悬臂梁(48)后侧上端、顺着第二悬臂梁(48)向后悬伸、尾端螺纹套设有调节砝码(63)的调节螺杆(62)，以所述调节砝码(63)在调节螺杆(62)上前后位置的调节形成对加载力的精调。


2.根据权利要求1所述的高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其特征是：
所述下试样(21)为透明玻璃材质，按照一对摩擦副所在位置、位于所述下试样(21)的下方对应设置光学原位观测单元(9)，所述光学原位观测单元(9)中，光学显微镜(91)连接CCD(92)，由第二Z轴位移平台(94)通过显微镜夹具(93)夹持，以观测端朝上正对所述下试样(21)，与所述下试样(21)间的竖向间距通过第二Z轴位移平台(94)可调。


3.根据权利要求1所述的高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其特征是：
还设有加热单元(7)，所述加热单元(7)包括临近于摩擦界面、设置在上试样(22)上方的加热片(71)，用于为摩擦界面加热，还包括设置在所述加热片(71)与摩擦力传感器(24)之间的中空的隔热结构，通过所述隔热结构形成对加热片(71)与摩擦力传感器(24)之间热量传递的隔离。


4.根据权利要求1所述的高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其特征是：
所述位置调节单元(8)是通过X轴位移平台(81)与Y轴位移平台(82)调节上试样(22)相对下试样(21)的平面位置，通过第一Z轴位移平台(85)调节上试样(22)相对下试样(21)的高度位置，通过倾斜台(83)调节上试样(22)的自身水平度。


5.根据权利要求1或4所述的高速摩擦界面光学原位观测精密摩擦磨损试验机，其特征是所述上悬臂梁单元(4)中：
一对大间距悬臂梁板簧(45)结构通过固定板(86)装配于所述位置调节单元(8)上，并具有相同的结构形式，与所述固定板(86)之间的装配结构均是，在所述固定板(86)前端面上固装板簧固定座(41)，第一悬臂梁(43)后端正对所述板簧固定座(41)，之间保留间距，以第一悬臂梁(43)后端部作为板簧安装端A(44)，以板簧固定座(41)的前端部作为板簧安装端B(42)，一对呈上下正对布置的板簧(45)分别相适配地固装于板簧安装端A(44)与板簧安装端B(42)的上下端面之间，通过一对板簧(45)使第一悬臂梁(43)能够形成竖向位移，所述固定板(86)上对应于第一悬臂梁(43)设有限位板(410)，依靠所述限位板(410)对第一悬臂梁(43)的竖向位移量限...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶家鑫，李龙龙，孙魏，陈祥雨，王伟，刘焜，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34