一种固体表面微纳结构的摩擦试验装置的制作方法

本实用新型涉及固体表面测量仪器技术领域，特别涉及一种固体表面微纳结构的摩擦试验装置。

背景技术：

测量不同材质的摩擦系数是一个重要的研究内容，由于多数固体表面微纳结构较脆弱，而普通摩擦机虽然可以测量大多数材料的摩擦系数，但其检测工序较复杂，驱动装置容易导致受力不均衡，造成测量结果不准确，故科研工作者大多手动对固体表面进行摩擦实验。

通常是使用拉力计手动拉动固体，使固体表面在不同目数的砂纸上移动，由于手动拉动的弊端，手动测量方式难以保证物体匀速运动，且固体表面受力不均，导致拉力值误差值偏大，使得测试结果不准确。此外，在摩擦过程中受到实验器材的限制，物体移动的距离受到限制，需要手动反复多次操作，无法实现高效、精确、自动化的测量。

因此，如何提供一种高效、精确的测量固体表面微纳结构的摩擦实验自动装置，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种固体表面微纳结构的摩擦试验装置，能够实现固体反复多次自动进行摩擦测试，提高了实验效率；采用电气自动恒速装置，更容易实现匀速运动和数据的读取，使得实验结果更精确。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种固体表面微纳结构的摩擦试验装置，包括安装壳、安装于所述安装壳上的横梁，所述横梁上可移动地设置有用于取放载物片的电磁感应装置，所述横梁下方设置有用于放置砂纸的试验板，所述安装壳的端部设置有拉力计及驱动所述拉力计匀速运动的驱动机构。

优选地，所述驱动机构包括传动块、导轨、固定架、驱动电机、从动轮、传送带和主动轮，所述传动块可滑动地设置于所述导轨上，所述导轨安装于所述固定架上，所述驱动电机安装于所述固定架的一侧，所述从动轮可转动地设置于所述固定架远离所述驱动电机的一侧，所述主动轮安装于所述驱动电机的输出轴上，所述传送带绕设在所述从动轮和所述主动轮上，所述传动块与所述传送带连接，且所述拉力计安装在所述传动块上。

优选地，所述传动块上设置有控制显示器，所述控制显示器分别与所述拉力计和所述驱动电机连接。

优选地，所述导轨上设置有用于限位的导轨接触传感器。

优选地，所述横梁上设置有滚珠丝杠和驱动马达，所述驱动马达与所述滚珠丝杠连接，且所述电磁感应装置与所述滚珠丝杠配合安装，在所述驱动马达驱动所述滚珠丝杠转动时，以使所述电磁感应装置沿所述滚珠丝杠轴向移动。

优选地，所述横梁上设置有用于限位的横梁接触传感器。

优选地，所述安装壳内设置有用于调整所述试验板位置的移动平台。

优选地，所述移动平台包括移动底座、横向驱动电机、横向直线滑台、纵向直线滑台、纵向驱动电机、升降台和升降机构，所述纵向直线滑台固定安装在所述移动底座上，所述纵向驱动电机安装于所述纵向直线滑台上，所述纵向直线滑台上可转动地设置有与所述纵向驱动电机连接的纵向滚珠丝杆，所述横向直线滑台的端部与所述纵向滚珠丝杆配合安装，所述横向驱动电机安装于所述横向直线滑台上，所述横向直线滑台上可转动地设置有与所述横向驱动电机连接的横向滚珠丝杆，所述升降机构与所述横向滚珠丝杆配合安装，所述升降台安装于所述升降机构的伸缩端。

优选地，所述横向直线滑台上设置有用于限位的移动装置接触传感器。

本实用新型所提供的固体表面微纳结构的摩擦试验装置，主要包括安装壳、安装于所述安装壳上的横梁，横梁上可移动地设置有用于取放载物片的电磁感应装置，横梁下方设置有用于放置砂纸的试验板，安装壳的端部设置有拉力计及驱动拉力计匀速运动的驱动机构。本实用新型提供的摩擦试验装置，通过驱动电机带动拉力计匀速运动，拉力计带动待测物匀速运动，以对待测物表面微纳结构进行摩擦实验，电磁感应装置可将待测物取回试验板的待测量端，驱动电机可进行正反转，带动拉力计进行往复匀速运动，以使待测物进行反复摩擦实验，与现有技术当中人手拉动进行摩擦实验相比，解决了人手拉动待测物不能匀速运动的弊端，优化了摩擦实验过程，保证了摩擦实验的准确性，同时，解决了人手拉动待测物无法实现高效、精确、自动化的测量的弊端，保证了摩擦实验的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1所示安装壳的结构示意图；

图3为图1所示横梁的结构示意图；

图4为图1所示驱动机构的结构示意图；

图5为图1所示移动平台的结构示意图。

其中，图1-图5中：

安装壳—1，控制装置—2，横梁—3，显示屏—4，按钮—5，试验板—6，传动块—7，控制显示器—8，拉力计—9，导轨—10，导轨接触传感器—11，固定架—12，驱动电机—13，电磁感应装置—14，移动平台—15，横梁接触传感器—16，加载物—17，从动轮—18，传送带—19，主动轮—20，移动底座—21，横向驱动电机—22，纵向滚珠丝杆—23，纵向直线滑台—24，升降台—25，移动装置接触传感器—26，横向直线滑台—27，升降机构—28，纵向驱动电机—29，滚珠丝杠—30，驱动马达—31。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1、图2、图3和图4，图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；图2为图1所示安装壳的结构示意图；图3为图1所示横梁的结构示意图；图4为图1所示驱动机构的结构示意图。

在本实用新型所提供的一种具体实施方式中，固体表面微纳结构的摩擦试验装置主要包括安装壳1、安装于安装壳1上的横梁3，横梁3上可移动地设置有用于取放载物片的电磁感应装置14，横梁3下方设置有用于放置砂纸的试验板6，安装壳1的端部设置有拉力计9及驱动拉力计9往返匀速运动的驱动机构。

其中，本装置分为左侧摩擦实验区以及右侧机械拉动区，安装壳1为实验区的整体外壳，在安装壳1上方设置有横梁3，横梁3上套装有电磁感应装置14，电磁感应装置14可于横梁3左右移动，电磁感应装置14用于将载物片从试验板6的右侧移动到试验板6的左侧；安装壳1的右端部的外侧设置有拉力计9，拉力计9与载物片通过两根连接线连接，拉力计9与外侧驱动机构连接，驱动机构用于驱动拉力计9往返匀速运动。

具体的，在实际的摩擦实验过程当中，在摩擦实验开始前，将加载物17、载物片以及待测物固定连接，放置于试验板6的左侧凹槽，开启显示屏4，通过按钮5对控制装置2进行调节，设置好电磁感应装置14的运动速度，通过控制显示器8设置好驱动电机13的运动速度，然后开启驱动装置，驱动电机13带动拉力计9向右匀速运动，拉力计9与载物片连接，所以拉力计9带动载物片向右匀速运动，又由于将加载物17、载物片以及待测物固定连接，所以待测物同时向右匀速运动，此时，待测物与试验板6上的砂纸进行摩擦实验，所测得的摩擦力数据显示于显示屏4；当待测物移动到试样板6右侧的凹槽时，完成一次摩擦实验，驱动电机13停止运动，并同时改变方向，向左匀速运动，将拉力计9带回左侧待命；与此同时，控制装置2启动，驱动电磁感应装置14沿横梁3向右匀速运动到待测物上方，通过控制装置2启动电磁感应装置14，电磁感应装置14发射磁场，吸引加载物17，将加载物17、载物片以及待测物同时吸住，然后向左匀速运动至试验板6的左侧凹槽上方，关闭电磁感应装置14，磁场消失，加载物17、载物片以及待测物掉落至试验板6的左侧凹槽，此时拉力机9已准备好下一轮测试，对待测物进行反复测试。本实用新型提供的摩擦试验装置，通过驱动电机带动拉力计匀速运动，拉力计带动待测物匀速运动，以对待测物表面微纳结构进行摩擦实验，电磁感应装置可将待测物取回试验板的待测量端，驱动电机可进行正反转，带动拉力计进行往复匀速运动，以使待测物进行反复摩擦实验，与现有技术当中人手拉动进行摩擦实验相比，解决了人手拉动待测物不能匀速运动的弊端，优化了摩擦实验过程，保证了摩擦实验的准确性，同时，解决了人手拉动待测物无法实现高效、精确、自动化的测量的弊端，保证了摩擦实验的效率。

为了优化上述实施例中摩擦试验装置可以保证待测物以匀速运动进行摩擦实验的优点，驱动机构包括传动块7、导轨10、固定架12、驱动电机13、从动轮18、传送带19和主动轮20，传动块7可滑动地设置于导轨10上，导轨10安装于固定架12上，驱动电机13安装于固定架12的一侧，从动轮18可转动地设置于固定架12远离驱动电机13的一侧，主动轮20安装于驱动电机13的输出轴上，传送带19绕设在从动轮18和主动轮20上，传动块7与传送带19连接，且拉力计9安装在传动块7上。实验开始后，驱动电机13启动，由于主动轮20安装于驱动电机13的输出轴上，所以驱动电机13正转带动主动轮20转动，传送带19绕设在从动轮18和主动轮20上，所以主动轮20带动传送带19传动、带动从动轮18转动，形成传送带19匀速传动的效果，传动块7与传送带19固定连接，传送带19匀速传动，带动传动块7沿导轨10匀速运动，拉力计9与传动块7固定连接，传动块7沿导轨10匀速运动带动拉力计9进行匀速运动，待测物与拉力计9通过连接线连接，拉力计9进行匀速运动带动待测物在试验板6表面的砂纸匀速运动，从而进行待测物表面微纳结构的摩擦实验。在此过程中，从动轮18和主动轮20均为轴承固定，摩擦力很小，传送带19与从动轮18和主动轮20之间为静摩擦力，传动块7与导轨10为滑动摩擦，此过程中，摩擦力很小，对拉力计9的匀速运动影响很小，可以保证拉力计9进行很好的匀速运动摩擦实验，保证了实验数据的准确性。

进一步地，传动块7上设置有控制显示器8，控制显示器8分别与拉力计9和驱动电机13连接。控制显示器8可对驱动电机13的转速进行调节，以适应不同的待测物需求，增强适用范围；控制显示器8还可显示驱动电机13的当前转速以及拉力计9的实时拉力大小，共作业人员进行实时监测，以提高摩擦适用过程的稳定性和准确性。

进一步地，导轨10上设置有用于限位的导轨接触传感器11。由于对待测物进行的是反复摩擦实验，因此，需要驱动电机13进行正反转的反复运行，在导轨10上设置有用于限位的导轨接触传感器11，可以在传动块7到达导轨接触传感器11，导轨接触传感器11断开，由此向控制器发射一个信号，使驱动电机13停止正转，然后进行反转，将传动块7反向带回初始位置，为下一次实验做好准备，实现了反复实验的自动化，提高实验效率。

进一步地，横梁3上设置有滚珠丝杠30和驱动马达31，驱动马达31与滚珠丝杠30连接，且电磁感应装置14与滚珠丝杠30配合安装，在驱动马达31驱动滚珠丝杠30转动时，以使电磁感应装置14沿滚珠丝杠30轴向移动；横梁3上设置有用于限位的横梁接触传感器16。由于待测物表面微纳结构为反复实验，因此，除了上述传动块7和拉力计9的反复运动外，待测物同样需要进行反复运动，实现此功能的即为电磁感应装置14，当单次实验完成之后，待测物停止于实验板6的右侧凹槽，此时，驱动马达31启动，驱动马达31带动滚珠丝杠30转动，电磁感应装置14与滚珠丝杠30配合安装，滚珠丝杠30转动带动电磁感应装置14向右运动，当到达横梁接触传感器16时，横梁接触传感器16断开，向控制器发射一个信号，驱动马达31停止运动，电磁感应装置14启动，产生磁场，将待测物吸起来，驱动马达31启动并进行反转，将电磁感应装置14带回初始位置，电磁感应装置14关闭，磁场消失，待测物掉落至实验板6的待测凹槽，准备下一次摩擦实验。

需要说明的是，横梁接触传感器16的位置是预先设置好的、位于实验板6右侧凹槽正上方，即待测物完成摩擦实验时停止的位置的正上方，以保证电磁感应装置14能够顺利带回待测物，进行反复摩擦实验。

请参考图5，图5为图1所示移动平台的结构示意图。

进一步地，安装壳1内设置有用于调整试验板6位置的移动平台15；移动平台15包括移动底座21、横向驱动电机22、横向直线滑台27、纵向直线滑台24、纵向驱动电机29、升降台25和升降机构28，纵向直线滑台24固定安装在移动底座21上，纵向驱动电机29安装于纵向直线滑台24上，纵向直线滑台24上可转动地设置有与纵向驱动电机29连接的纵向滚珠丝杆23，横向直线滑台27的端部与纵向滚珠丝杆23配合安装，横向驱动电机22安装于横向直线滑台27上，横向直线滑台27上可转动地设置有与横向驱动电机22连接的横向滚珠丝杆，升降机构28与横向滚珠丝杆配合安装，升降台25安装于升降机构28的伸缩端。由于对待测物表面微纳结构进行摩擦实验属于精确度较高的实验，所以待测物与实验板6上的砂纸的摩擦力大小决定了实验数据的准确性。

由于安装过程的不可控因素，可能会导致实验板6的位置不在水平位置，导致待测物与砂纸之间的摩擦力不准确，此时，通过试验板6下方的移动平台15可以调整试验板6的具体位置，首先进行一次摩擦实验，通过显示器4观察摩擦力的大小以及摩擦力分力的大小，此时，摩擦力分力大小基本为0N，假如摩擦力分力大小不为0N，则说明实验板6不是水平位置，此时，需要调整实验板6的具体位置，具体过程为，假如摩擦力分力具有上下分力，说明待测物的位置和拉力计9的位置不在同一水平面，此时，需要调整实验板6的垂直位置，即调整升降台25的水平位置，通过启动升降机构28的升降驱动电机，带动升降垂直滚珠丝杆，调整升降台25的水平位置，直到摩擦力没有上下分力为0N或者误差很小为止，然后再次进行摩擦实验，假如摩擦力具有左右分力，说明待测物与拉力计9不在同一直线上，此时，启动纵向驱动电机29，纵向驱动电机29驱动纵向滚珠丝杆23转动，纵向滚珠丝杆23带动纵向直线滑台24移动，使升降台25位置进一步对正拉力计9，上述调整可保证升降台25处于水平、对正位置，进一步保证了摩擦实验的准确性。

进一步地，横向直线滑台27上设置有用于限位的移动装置接触传感器26。由于本装置是为了尽可能地对固体表面微纳结构进行摩擦实验，移动装置接触传感器26可以在调节升降台25过程中，保证待测物有一个尽可能长的摩擦过程，移动装置接触传感器26的设计可以保证实验板6一直处于最佳实验距离，保证实验数据的平均值的稳定性，进一步提高摩擦实验的高效性和准确性。

综上所述，本实施例所提供的固体表面微纳结构的摩擦试验装置主要包括安装壳、安装于所述安装壳上的横梁，横梁上可移动地设置有用于取放载物片的电磁感应装置，横梁下方设置有用于放置砂纸的试验板，安装壳的端部设置有拉力计及驱动所述拉力计匀速运动的驱动机构。本实用新型提供的摩擦试验装置，通过驱动电机带动拉力计匀速运动，拉力计带动待测物匀速运动，以对待测物表面微纳结构进行摩擦实验，电磁感应装置可将待测物取回试验板的待测量端，驱动电机可进行正反转，带动拉力计进行往复匀速运动，以使待测物进行反复摩擦实验，与现有技术当中人手拉动进行摩擦实验相比，解决了人手拉动待测物不能匀速运动的弊端，优化了摩擦实验过程，保证了摩擦实验的准确性，同时，解决了人手拉动待测物无法实现高效、精确、自动化的测量的弊端，保证了摩擦实验的效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。