一种微摩擦测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种微摩擦测量装置，尤其涉及一种微型机械表面粗糙度的检测 和评估的微摩擦测量装置，属于微小力测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，在微摩擦研究中，国际上尚无统一标准的试验平台，存在着许多形式不一的 微动实验设备，由于研究的对象不同从而研制和使用不同的试验装置；同时，在摩擦学领 域，比较成熟的实验仪器和设备主要是适用于宏观摩擦学和纳米摩擦学的测试仪。而微动 腐蚀中的摩擦，其加载的接触压力大约在0.0 lN到2N，介于宏观摩擦与微观摩擦之间。在微 机械中由于尺寸的减少构件之间的距离常常只有微米甚至纳米级，一般微小摩擦力测量装 置则是在微小面积接触和微小载荷作用下测试摩擦力的一种仪器，它的载荷是毫牛顿级， 这与纳米量级来进行比较毫无疑问是相当大的，但相对于宏观载荷来说又是相当小，并且， 它的相对滑动速度是宏观中的低速，微观中的极高速。粘性阻力和表面张力等对系统的影 响比与体积相关的惯性力和电磁力的影响更加显著，同时由于微机械中所携带的动力非 常有限，减少摩擦阻力变得十分必要。目前关于微动摩擦测试仪测量原理的常见类型有如 下几种：力平衡法、光学反射法、压电法、应变片法。上述方法中力平衡法精度较低；光学法 具有最高的精度，但是需要的投资较大；压电式测量法其缺点是仅适用于动态力的测量。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种精度较高成本较低的可测量微型 器件工作时表面间的摩擦力装置，改善表面间摩擦磨损的情况从而提高微机械的使用寿 命。
[0004] 本实用新型技术方案是：一种微摩擦测量装置，包括支撑板1、基座2、微调旋钮3、 升降台4、样品台5、直线导轨6、滚珠丝杆7、轴承座8、弹性联轴器9、伺服电机10、电阻应 变片11、弹性元件12、圆柱块13、拆卸式连接块14、支撑杆15、万向柔性铰链16、定极板17、 动极板18、连接件19、固定板20、摩擦触头21、微型钻夹头22 ;所述支撑板1通过螺栓连接 固定在基座2上，样品台5与滚珠丝杆7的螺母固定在一起在直线导轨6上运动，轴承座8 通过螺栓固定在升降台4上，弹性联轴器9 一端连接滚珠丝杆7另一端连接伺服电机10， 直线导轨6用螺钉连接固定在升降台4上，样品台5通过伺服电机10驱动滚珠丝杆7来实 现其水平位移，通过升降台4上的微调旋钮3来实现法向载荷的加载和垂直方向的位移，弹 性元件12和万向柔性铰链16分别用胶粘剂和十字头螺钉固定在支撑板1上，弹性元件12 靠近支撑板1的位置正反两面分别粘贴有两片电阻应变片11，电阻应变片11通过引线组 成惠斯通电桥，万向柔性铰链16另一端通过胶粘剂与拆卸式连接块14的一个侧面固定，拆 卸式连接块14上表面和下表面分别开有圆孔用来夹紧一圆柱块13和微型钻夹头22,圆柱 块13作为法向载荷施力部件，作用于弹性元件12的下表面，微型钻夹头22用于夹紧摩擦 触头21，连接件19 一端通过螺钉固定在拆卸式连接块14上，另一端与动极板18粘接在一 起，两块定极板17粘接在支撑杆15上，两块定极板17和一块动极板18组成差动电容式传 感器，支撑杆15焊接在升降台4上，动极板18的位置在两块定极板17中间，固定板20通 过螺钉连接把摩擦试件23固定在样品台5上。
[0005] 所述弹性元件12采用卧式弹性元件。
[0006] 本实用新型的工作过程是：
[0007] 摩擦试验时，调节微调旋钮3,从而摩擦试件23与摩擦触头21之间的垂直距离发 生改变，摩擦试件23向上挤压摩擦触头21，拆卸式连接块14上表面的圆柱块13会把来自 摩擦触头21的垂直方向压力施加到弹性元件12自由端的下表面，弹性元件12在压力的作 用下会发生弯曲变形，粘贴在上面的电阻应变片11也会随之变形。根据电阻应变效应将法 向载荷对弹性元件12的应变转换成电阻应变片11的变化，最终转换成电信号的变化实现 对法向载荷的测量。启动伺服电10机，样品台5开始在水平方向运动，摩擦触头21和摩擦 试件23形成一对摩擦副，拆卸式连接块14受到水平方向的摩擦力，会产生水平方向的微小 位移，由于两块定极板17和一块动极板18在垂直方向一起运动，它们之间的正对面积不会 发生变化，从而只改变动极板18和定极板17之间的极距，通过RC振荡电路转换成电信号 的变化，从而实现对摩擦力的测量。
[0008] 本实用新型的有益效果是：与现有一些微摩擦力测量装置相比，此装置的有益效 果在于该装置结构和原理简单，操作起来比较容易，具有比较高的测量精度，成本较低，可 以用于一些微型机械表面粗糙度的评估；
[0009] 此装置无需采用高精度的位移平台即可实现力的加载，采用4片电阻应变片测试 电路相对简单，结构紧凑，既能实现温度补偿同样大大提高了测量的灵敏度，采用差动电容 式传感器，因其带电极板间的静电引力很小，所需输入力和输入能量极小，因而可测极小的 微力，这对于像微摩擦力等微小力的测量有良好的效果。
【附图说明】
[0010] 图1是本实用新型的等轴测示意图；
[0011] 图2是本实用新型的主视示意图；
[0012] 图3是本实用新型的右视示意图；
[0013] 图4是本实用新型的测力部分结构示意图。
[0014] 图1-4中各标号：1_支撑板，2-基座，3-微调旋钮，4-升降台，5-样品台，6-直线 导轨，7-精密滚珠丝杆，8-轴承座，9-弹性联轴器，10-伺服电机，11-电阻应变片，12弹性 元件，13-圆柱块，14-拆卸式连接块，15-支撑杆，16-万向柔性铰链，17-定极板，18-动极 板，19-连接件，20-固定板，21-摩擦触头，22-微型钻夹头，23-摩擦试件。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
[0016] 实施例1 :一种微摩擦测量装置，包括支撑板1、基座2、微调旋钮3、升降台4、样品 台5、直线导轨6、滚珠丝杆7、轴承座8、弹性联轴器9、伺服电机10、电阻应变片11、弹性元 件12、圆柱块13、拆卸式连接块14、支撑杆15、万向柔性铰链16、定极板17、动极板18、连 接件19、固定板20、摩擦触头21、微型钻夹头22 ;所述支撑板1通过螺栓连接固定在基座2 上，样品台5与滚珠丝杆7的螺母固定在一起在直线导轨6上运动，直线导轨6用螺钉连接 固定在升降台4上，样品台5通过伺服电机10驱动滚珠丝杆7来实现其水平位移，通过升 降台4上的微调旋钮3来实现法向载荷的加载和垂直方向的位移，弹性元件12和万向柔性 铰链16分别用胶粘剂和十字头螺钉固定在支撑板1上，弹性元件12靠近支撑板1的位置 正反两面分别粘贴有两片电阻应变片11，电阻应变片11通过引线组成惠斯通电桥，万向柔 性铰链16另一端通过胶粘剂与拆卸式连接块14的一个侧面固定，拆卸式连接块14上表面 和下表面分别开有圆孔用来夹紧一圆柱块13和微型钻夹头22,圆柱块13作为法向载荷施 力部件，作用于弹性元件12的下表面，微型钻夹头22用于夹紧摩擦触头21，连接件19 一端 通过螺钉固定在拆卸式连接块14上，另一端与动极板18粘接在一起，两块定极板17粘接 在支撑杆15上，支撑杆15焊接在升降台4上，动极板18的位置在两块定极板17中间，固 定板20通过螺钉连接把摩擦试件23固定在样品台5上。
[0017] 实施例2 :-种微摩擦测量装置，包括支撑板1、基座2、微调旋钮3、升降台4、样品 台5、直线导轨6、滚珠丝杆7、轴承座8、弹性联轴器9、伺服电机10、电阻应变片11、弹性元 件12、圆柱块13、拆卸式连接块14、支撑杆15、万向柔性铰链16、定极板17、动极板18、连 接件19、固定板20、摩擦触头21、微型钻夹头22 ;所述支撑板1通过螺栓连接固定在基座2 上，样品台5与滚珠丝杆