专利名称：一种测量薄膜耐摩擦性质的实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微机械或摩擦学技术领域，特别涉及一种测量薄膜耐摩擦性质的
实验装置。
背景技术：
在光电技术领域，许多产品需要在载体两面进行镀膜作业，并且要借助传送装置 在生产线上进行传送。在对另一侧镀膜的过程中，预先镀膜这一侧的膜面要与样品台和传 送装置接触，机械振动和滚轮运动会造成该侧膜面在一定程度上被破坏，膜的破坏程度决 定膜的力学性质是否达标及该工艺是否可行，因此需要对产品生产过程中的膜面磨损状况 进行评估。 在产品使用过程中，要定期对其表面进行清洁处理。表面的冲洗和擦拭将引起表 层膜面的磨损，磨损状况决定着产品的质量和寿命，因此，需要对表层镀膜产品的膜面在不 同应用环境下的耐磨性进行评估。 目前，多数设备采用轮式磨损装置测试样品耐磨性，该装置采用一对包着纱布的 研磨轮与旋转着的试件进行摩擦，产生一定的摩擦磨损。还有一些采用小角度控制台，通过 控制试验台角度来控制悬臂与样品之间的摩擦力。由于这些方法采用的测试条件与产品的 生产条件和应用环境不符，因此测试结果不能准确反映膜面在生产过程中的磨损状况和在 应用环境中的耐磨性质。例如，产品在线传送所受摩擦力主要是静摩擦力，而当前绝大多数 设备测试的是滑动摩擦，由于测试条件与生产条件不符，因而测试结果不能用来评估产品 在生产过程中的磨损状况。此外，还存在膜面受力方向和在生产流程中的实际受力方向不 符；施加在样品上的作用力不能精确控制，还有部分设备施加的不是稳恒力等缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够测试静摩擦力和 滑动摩擦力、能够精确控制作用力及具有与生产过程受力状况一致并且能模拟应用环境中 摩擦磨损状况的薄膜耐摩擦性质测试装置。 —种测量薄膜耐摩擦性质的实验装置由样品台、转轴支柱、滚轮高度控制导轨、带 轴的滚轮、两端带齿轮的转轴、电磁铁、角度盘、转动传递系统组成，所述的转轴支柱带有一 润滑凹槽并竖立固定在样品台上，转轴支柱上安装有能上下滑动的滚轮高度控制导轨，带 轴的滚轮固定在滚轮高度控制导轨上，两端带齿轮的转轴的齿轮与滚轮高度控制导轨的表 面的刻槽相啮合，两端带齿轮的转轴的转轴置放于远离转动传递系统一侧的转轴支柱的凹 槽内，转动传递系统的两端分别连接两端带齿轮的转轴的转轴和角度盘；电磁铁设置在带 轴的滚轮的滚轮两端。 所述的带轴的滚轮的轴固定在滚轮高度控制导轨上，不能转动，滚轮可绕所述的 轴转动。 所述的转动传递系统由多组小齿轮和大齿轮通过转轴相互连接而成。[0009] 转动角度盘时，角度盘带动转动传递系统发生转动，并带动两端带齿轮的转轴转
动，使滚轮高度控制导轨带动带轴的滚轮向下运动并使其与待测样品发生接触。 所述的测量薄膜耐摩擦性质的实验装置的特点是本实用新型所述的测试装置可
以利用等效力学系统，通过测试小尺寸样品来考察生产过程对大尺寸产品的膜面造成的磨
损；为适应实验室级小尺寸样品的测试，所述的测试装置采用样品运动带动滚轮转动的动
作方式，在滚轮两侧的端面上安装一对电磁铁，通过调节电磁铁电流调节电磁铁与端面间
的正压力，因此调节膜面与滚轮间的摩擦力；所述的测试装置采用了多级齿轮放大系统，通
过调节齿轮转动角度来调节滚轮的纵向位移，实现对最大静摩擦力的控制；通过选配不同
尺寸和弹性模量的滚轮可测试不同尺寸、厚度和硬度的薄膜；通过设置样品的运动方式和
运动周期可对样品在线传送的摩擦磨损状况进行模拟和评估，即提供一个与生产过程受力
状况高度一致的测试环境，使测试结果可直接用来衡量产品在生产过程中的磨损状况。
图1本实用新型所述的一种测量薄膜耐摩擦性质的实验装置结构示意图； 图中1.样品台；2.待测样品；3.样品运动轨迹；4.滚轮高度控制导轨；5.转轴
支柱；6.两端带齿轮的转轴；7.电磁铁；8.带轴的滚轮；9.小齿轮；10大齿轮；11.转动传
递系统；12角度盘。
具体实施方式如图1所示，本实用新型所述一种测量薄膜耐摩擦性质的实验装置由样品台1、转 轴支柱5、滚轮高度控制导轨4、带轴的滚轮8、两端带齿轮的转轴6、电磁铁7、转动传递系统 11、角度盘12组成，所述的转轴支柱5竖立固定在样品台1上，转轴支柱5上安装有能上下 滑动的滚轮高度控制导轨4，带轴的滚轮8固定在滚轮高度控制导轨4上，两端带齿轮的转 轴6的齿轮与滚轮高度控制导轨4的齿轮相啮合，两端带齿轮的转轴6的转轴置放于远离 转动传递系统11 一侧的转轴支柱5的凹槽内，转动传递系统11的两端分别连接两端带齿 轮的转轴6的转轴和角度盘12 ;电磁铁7设置在带轴的滚轮8的滚轮两端的滑键上。 利用本实用新型所述的实验装置对待测样品施加高精度、宽范围的正压力方式 为 待测样品2放在样品台1上，按照样品运动轨迹3所示，转动角度盘12时，角度盘 12带动转动传递系统11发生转动，并带动两端带齿轮的转轴6转动，使滚轮高度控制导轨 4带动带轴的滚轮8向下运动并使其与待测样品2发生接触，产生正压力。 角度盘12的转动角度与带轴的滚轮的纵向位移之间的关系为
<formula>formula see original document page 4</formula> 其中ri、 r2、 R分别为两端带齿轮的转轴6的齿轮、小齿轮9和大齿轮10的半径， 9为角度盘转动的角度，n为縮小级数，在本实用新型中，n优选为4。 从带轴的滚轮8和待测样品2接触的临界状态开始，带轴的滚轮8继续向下运动 将对待测样品2表面产生正压力，同时带轴的滚轮8发生弹性形变，形变量大小等于从接触 临界状态开始带轴的滚轮8的滚轴向下移动的距离，待测样品2表面所受的力与滚轮的弹性形变之间的关系为 F = kx (2) 其中，k为带轴的滚轮8的弹性模量，x为形变量或从临界状态开始带轴的滚轮8
的滚轴的纵向位移。
把(1)代入(2)得: F =——kr，(丄) "、 180 2、R (3)因此，通过调节角度盘的转动角度e可以改变样品表面所受正压力。通过增大縮
小级数n、大小齿轮半径比R/巧及对角度进行精细控制可对膜面所收正压力进行宽范围、高 精度的调整和控制。 利用本实用新型所述的实验装置测试待测样品的摩擦力的方式为 在通过电磁铁绕组的电流为I时，电磁铁间的吸合作用将对滚轮两侧产生正压力
N : N = AXI (4) 其中，A为与铁芯材质、线圈匝数、电磁铁间距相关的比例系数。 设电磁铁与滚轮侧面之间的摩擦系数为P p则电流I引起的最大静摩擦力为 f = u丄N = An J (5) 该力阻碍滚轮转动，产生的转矩为 M丄=2fy = 2Aii Jy (6) 设样品与滚轮间的摩擦系数为P 2，当正压力为F时，待测样品与滚轮间的最大静 摩擦力为 &=//2巧=——kT2/Z2(丄)n /ry、
180 2"2、r/ (7) 对滚轮的转矩为 M2 = (R2 - x)F2 = ， kr2//2 (i)n [R2 - ， (i)n r2 ] 2 、 2 2 180 2"2、r/ l 2 180 r 2
(8)
施 (1)当M工> M2时，滚轮不发生转动，待测样品与滚轮之间的摩擦为滑动摩擦 加在样品上的滑动摩擦力为
^ W ， /ri 、n ft =——kr2//2 (丄) (9) 1 180 2〃2、r/ w (2)当M工< M2时，样品带动滚轮转动，待测样品与滚轮之间的摩擦为静摩擦。施 加在样品上的静摩擦力为
阔f2=2A//Iy/[R2-:^(|)nr2] 帥 因此，调节角度盘的转动角度，可以调节样品承受的正压力和滑动摩擦力的大小，
调节绕组的励磁电流可以调节静摩擦力的大小的和滑动摩擦力测试范围。 利用所述实验装置时的实验条件的简化处理方式为
5[0043]
对给定的系统，A、 k、巧、r2、 ii 2、 &、 R2等为常数，令 A* = 2Aiiy (11)
B (4)2(i)2n,
则式(8)可简化为m2 = b e 2+c e
当M丄
(14)
M2W，2A//Iy，kr2/^)n(R2
(12) (13)
，(i)nr2) 180 R
亦即A*i = b e 2+c e
令B* = B/A*， C* = C/A* (15)
可得i = B* e 2+c* e (16)
因此，可把Ml > M2和Ml < M2这两个实验条件转换成励磁电流和角度盘转角之
间的关系
擦力为
1 180 2"2、R,
(2)当I < B* e 2+c* e时，样品与滚轮之间的摩擦为静摩擦，施加在样品上的静摩
f,2A;/Iy/[R2-盖(会)、]
权利要求一种测量薄膜耐摩擦性质的实验装置，其特征在于，由样品台、转轴支柱、滚轮高度控制导轨、带轴的滚轮、两端带齿轮的转轴、电磁铁、角度盘、转动传递系统组成；所述的转轴支柱带有一润滑凹槽并竖立固定在样品台上，转轴支柱上安装有能上下滑动的滚轮高度控制导轨，带轴的滚轮固定在滚轮高度控制导轨上，两端带齿轮的转轴的齿轮与滚轮高度控制导轨的表面的刻槽相啮合，两端带齿轮的转轴的转轴置放于远离转动传递系统一侧的转轴支柱的凹槽内，转动传递系统的两端分别连接两端带齿轮的转轴的转轴和角度盘；电磁铁设置在带轴的滚轮的滚轮两端。
2. 如权利要求1所述的一种测量薄膜耐摩擦性质的实验装置，其特征在于所述的转动 传递系统由多组小齿轮和大齿轮通过转轴相互连接而成。
专利摘要一种测量薄膜耐摩擦性质的实验装置由样品台、转轴支柱、滚轮高度控制导轨、带轴的滚轮、两端带齿轮的转轴、电磁铁、角度盘、转动传递系统组成，本实用新型所述的特点在于提供一个与生产过程受力状况高度一致的测试环境，使测试结果可直接用来衡量产品在生产过程中的磨损状况；通过调节励磁电流和角度盘转角可以选择摩擦方式和摩擦力大小，能够使样品所受正压力和摩擦力在一定范围内进行精密的调整和控制，因此可以应用到各种环境；可以采用不同的运动方式来测试样品表面磨损情况；利用了等效力学系统，建立产品和样品之间的关联，通过测试小尺寸样品来估算大尺寸样品的磨损状况。
文档编号G01N3/56GK201522409SQ200920110369
公开日2010年7月7日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者刘恒瑜, 张晓勇 申请人:新奥光伏能源有限公司