一種微摩擦測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微摩擦測(cè)量裝置，尤其涉及一種微型機(jī)械表面粗趟度的檢測(cè)和評(píng) 估的微摩擦測(cè)量裝置，屬于微小力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在微摩擦研究中，國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)平臺(tái)，存在著許多形式不一的 微動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，由于研究的對(duì)象不同從而研制和使用不同的試驗(yàn)裝置；同時(shí)，在摩擦學(xué)領(lǐng) 域，比較成熟的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備主要是適用于宏觀摩擦學(xué)和納米摩擦學(xué)的測(cè)試儀。而微動(dòng) 腐蝕中的摩擦，其加載的接觸壓力大約在0.01N到2N，介于宏觀摩擦與微觀摩擦之間。在微 機(jī)械中由于尺寸的減少構(gòu)件之間的距離常常只有微米甚至納米級(jí)，一般微小摩擦力測(cè)量裝 置則是在微小面積接觸和微小載荷作用下測(cè)試摩擦力的一種儀器，它的載荷是毫牛頓級(jí)， 該與納米量級(jí)來(lái)進(jìn)行比較毫無(wú)疑問(wèn)是相當(dāng)大的，但相對(duì)于宏觀載荷來(lái)說(shuō)又是相當(dāng)小，并且， 它的相對(duì)滑動(dòng)速度是宏觀中的低速，微觀中的極高速。粘性阻力和表面張力等對(duì)系統(tǒng)的影 響比與體積相關(guān)的慣性力和電磁力的影響更加顯著，同時(shí)由于微機(jī)械中所攜帶的動(dòng)力非 常有限，減少摩擦阻力變得十分必要。目前關(guān)于微動(dòng)摩擦測(cè)試儀測(cè)量原理的常見(jiàn)類型有如 下幾種：力平衡法、光學(xué)反射法、壓電法、應(yīng)變片法。上述方法中力平衡法精度較低；光學(xué)法 具有最高的精度，但是需要的投資較大；壓電式測(cè)量法其缺點(diǎn)是僅適用于動(dòng)態(tài)力的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種精度較高成本較低的可測(cè)量微型器件 工作時(shí)表面間的摩擦力裝置，改善表面間摩擦磨損的情況從而提高微機(jī)械的使用壽命。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案是；一種微摩擦測(cè)量裝置，包括支撐板1、基座2、微調(diào)旋鈕3、升降 臺(tái)4、樣品臺(tái)5、直線導(dǎo)軌6、滾珠絲桿7、軸承座8、彈性聯(lián)軸器9、伺服電機(jī)10、電阻應(yīng)變片 11、彈性元件12、圓柱塊13、拆卸式連接塊14、支撐桿15、萬(wàn)向柔性較鏈16、定極板17、動(dòng)極 板18、連接件19、固定板20、摩擦觸頭21、微型鉆夾頭22 ;所述支撐板1通過(guò)螺栓連接固定 在基座2上，樣品臺(tái)5與滾珠絲桿7的螺母固定在一起在直線導(dǎo)軌6上運(yùn)動(dòng)，軸承座8通過(guò) 螺栓固定在升降臺(tái)4上，彈性聯(lián)軸器9 一端連接滾珠絲桿7另一端連接伺服電機(jī)10,直線 導(dǎo)軌6用螺釘連接固定在升降臺(tái)4上，樣品臺(tái)5通過(guò)伺服電機(jī)10驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿7來(lái)實(shí)現(xiàn)其 水平位移，通過(guò)升降臺(tái)4上的微調(diào)旋鈕3來(lái)實(shí)現(xiàn)法向載荷的加載和垂直方向的位移，彈性元 件12和萬(wàn)向柔性較鏈16分別用膠粘劑和十字頭螺釘固定在支撐板1上，彈性元件12靠近 支撐板1的位置正反兩面分別粘貼有兩片電阻應(yīng)變片11，電阻應(yīng)變片11通過(guò)引線組成惠斯 通電橋，萬(wàn)向柔性較鏈16另一端通過(guò)膠粘劑與拆卸式連接塊14的一個(gè)側(cè)面固定，拆卸式連 接塊14上表面和下表面分別開有圓孔用來(lái)夾緊一圓柱塊13和微型鉆夾頭22,圓柱塊13作 為法向載荷施力部件，作用于彈性元件12的下表面，微型鉆夾頭22用于夾緊摩擦觸頭21， 連接件19 一端通過(guò)螺釘固定在拆卸式連接塊14上，另一端與動(dòng)極板18粘接在一起，兩塊 定極板17粘接在支撐桿15上，兩塊定極板17和一塊動(dòng)極板18組成差動(dòng)電容式傳感器，支 撐桿15焊接在升降臺(tái)4上，動(dòng)極板18的位置在兩塊定極板17中間，固定板20通過(guò)螺釘連 接把摩擦試件23固定在樣品臺(tái)5上。
[0005] 所述彈性元件12采用邸式彈性元件。
[0006] 本發(fā)明的工作過(guò)程是： 摩擦試驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕3,從而摩擦試件23與摩擦觸頭21之間的垂直距離發(fā)生改 變，摩擦試件23向上擠壓摩擦觸頭21，拆卸式連接塊14上表面的圓柱塊13會(huì)把來(lái)自摩擦 觸頭21的垂直方向壓力施加到彈性元件12自由端的下表面，彈性元件12在壓力的作用下 會(huì)發(fā)生彎曲變形，粘貼在上面的電阻應(yīng)變片11也會(huì)隨之變形。根據(jù)電阻應(yīng)變效應(yīng)將法向載 荷對(duì)彈性元件12的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻應(yīng)變片11的變化，最終轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)法 向載荷的測(cè)量。啟動(dòng)伺服電10機(jī)，樣品臺(tái)5開始在水平方向運(yùn)動(dòng)，摩擦觸頭21和摩擦試 件23形成一對(duì)摩擦副，拆卸式連接塊14受到水平方向的摩擦力，會(huì)產(chǎn)生水平方向的微小位 移，由于兩塊定極板17和一塊動(dòng)極板18在垂直方向一起運(yùn)動(dòng)，它們之間的正對(duì)面積不會(huì)發(fā) 生變化，從而只改變動(dòng)極板18和定極板17之間的極距，通過(guò)RC振蕩電路轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的 變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦力的測(cè)量。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是；與現(xiàn)有一些微摩擦力測(cè)量裝置相比，此裝置的有益效果在 于該裝置結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，操作起來(lái)比較容易，具有比較高的測(cè)量精度，成本較低，可W用 于一些微型機(jī)械表面粗趟度的評(píng)估； 此裝置無(wú)需采用高精度的位移平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)力的加載，采用4片電阻應(yīng)變片測(cè)試電 路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，既能實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償同樣大大提高了測(cè)量的靈敏度，采用差動(dòng)電容式 傳感器，因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測(cè)極小的微 力，該對(duì)于像微摩擦力等微小力的測(cè)量有良好的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的等軸測(cè)示意圖； 圖2是本發(fā)明的主視示意圖； 圖3是本發(fā)明的右視示意圖； 圖4是本發(fā)明的測(cè)力部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖1-4中各標(biāo)號(hào)；1-支撐板，2-基座，3-微調(diào)旋鈕，4-升降臺(tái)，5-樣品臺(tái)，6-直線 導(dǎo)軌，7-精密滾珠絲桿，8-軸承座，9-彈性聯(lián)軸器，10-伺服電機(jī)，11-電阻應(yīng)變片，12彈性 元件，13-圓柱塊，14-拆卸式連接塊，15-支撐桿，16-萬(wàn)向柔性較鏈，17-定極板，18-動(dòng)極 板，19-連接件，20-固定板，21-摩擦觸頭，22-微型鉆夾頭，23-摩擦試件。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011] 實(shí)施例1 ;一種微摩擦測(cè)量裝置，包括支撐板1、基座2、微調(diào)旋鈕3、升降臺(tái)4、樣品 臺(tái)5、直線導(dǎo)軌6、滾珠絲桿7、軸承座8、彈性聯(lián)軸器9、伺服電機(jī)10、電阻應(yīng)變片11、彈性元 件12、圓柱塊13、拆卸式連接塊14、支撐桿15、萬(wàn)向柔性較鏈16、定極板17、動(dòng)極板18、連 接件19、固定板20、摩擦觸頭21、微型鉆夾頭22 ;所述支撐板1通過(guò)螺栓連接固定在基座2 上，樣品臺(tái)5與滾珠絲桿7的螺母固定在一起在直線導(dǎo)軌6上運(yùn)動(dòng)，直線導(dǎo)軌6用螺釘連接 固定在升降臺(tái)4上，樣品臺(tái)5通過(guò)伺服電機(jī)10驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿7來(lái)實(shí)現(xiàn)其水平位移，通過(guò)升 降臺(tái)4上的微調(diào)旋鈕3來(lái)實(shí)現(xiàn)法向載荷的加載和垂直方向的位移，彈性元件12和萬(wàn)向柔性 較鏈16分別用膠粘劑和十字頭螺釘固定在支撐板1上，彈性元件12靠近支撐板1的位置 正反兩面分別粘貼有兩片電阻應(yīng)變片11，電阻應(yīng)變片11通過(guò)引線組成惠斯通電橋，萬(wàn)向柔 性較鏈16另一端通過(guò)膠粘劑與拆卸式連接塊14的一個(gè)側(cè)面固定，拆卸式連接塊14上表面 和下表面分別開有圓孔用來(lái)夾緊一圓柱塊13和微型鉆夾頭22,圓柱塊13作為法向載荷施 力部件，作用于彈性元件12的下表面，微型鉆夾頭22用于夾緊摩擦觸頭21，連接件19 一端 通過(guò)螺釘固定在拆卸式連接塊14上，另一端與動(dòng)極板18粘接在一起，兩塊定極板17粘接 在支撐桿15上，支撐桿15焊接在升降臺(tái)4上，動(dòng)極板18的位置在兩塊定極板17中間，固 定板20通過(guò)螺釘連接把摩擦試件23固定在樣品臺(tái)5上。
[0012] 實(shí)施例2 ;-種微摩擦測(cè)量裝置，包括支撐板1、基座2、微調(diào)旋鈕3、升降臺(tái)4、樣品 臺(tái)5、直線導(dǎo)軌6、滾珠絲桿7、軸承座8、彈性聯(lián)軸器9、伺服電機(jī)10、電阻應(yīng)變片11、彈性元 件12、圓柱塊13、拆卸式連接塊14、支撐桿15、萬(wàn)向柔性較鏈16、定極板17、動(dòng)極板18、連 接件19、固定板20、摩擦觸頭21、微型鉆夾頭22 ;所述支撐板1通過(guò)螺栓連接固定在基座2 上，樣品臺(tái)5與滾珠絲桿7的螺母固定在一起在直線導(dǎo)軌6上運(yùn)動(dòng)，直線導(dǎo)軌6用螺釘連接 固定