CN110346071A - 一种微小试验力摩擦力测量结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小试验力摩擦力测量结构。其包括支撑座、滑动底座、摩擦力测量机构，滑动底座可动地设置在支撑座上，滑动底座上可转动地设置有转轴，摩擦力测量机构包应变部件、加载机构、配重、位移传感器，应变部件呈山字形结构，应变部件的两个支臂上均设置有变形缝隙，变形缝隙将应变部件的支臂分为位于外侧的形变支撑部分和位于内侧的弹性部分，形变支撑部分和弹性部分在上端相连接，应变部件的中间臂通过其横向臂与两个支臂上的弹性部分的下端相连接，应变部件的两个支臂的形变支撑部分的下端分别设置有一个位移传感器，应变部件通过其两个支臂的形变支撑部分与滑动底座上的转轴连接，加载机构设置在应变部件的中间臂的自由端的端部。

Description

一种微小试验力摩擦力测量结构

技术领域

本发明涉及一种微小试验力摩擦力测量结构，主要用于微小试验力加载情况下的摩擦力的测量。

背景技术

现有技术中，对于微小试验力摩擦力的测量一直是一个技术难题。现有的摩擦力测量大多是采用摩擦力传感器来进行测量，但是现有的摩擦力传感器大多存在结构复杂、测量精度低的缺陷，尤其对于微小摩擦力无法实现高精度的测量。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种结构简单、能够实现微小摩擦力测量的微小试验力摩擦力测量结构。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：包括支撑座、滑动底座、摩擦力测量机构，所述支撑座上设置有导轨和滚珠丝杠，所述滑动底座可动地设置在所述支撑座上的导轨上并与所述支撑座上的滚珠丝杠连接，所述滑动底座上可转动地设置有转轴，所述摩擦力测量机构包应变部件、加载机构、配重、位移传感器，所述应变部件整体呈山字形结构，所述应变部件的两个支臂上均设置有沿其长度方向的变形缝隙，所述变形缝隙将所述应变部件的支臂分为位于外侧的形变支撑部分和位于内侧的弹性部分，所述弹性部分为弹性片结构，所述形变支撑部分和所述弹性部分在上端相连接，所述应变部件的中间臂通过其横向臂与两个支臂上的弹性部分的下端相连接，所述应变部件的两个支臂的形变支撑部分的下端分别设置有一个所述位移传感器，所述应变部件通过其两个支臂的形变支撑部分与所述滑动底座上的转轴连接，所述加载机构设置在所述应变部件的中间臂的自由端的端部，在所述应变部件的两个形变支撑部分处分别设置有所述配重。

本发明中，通过滚珠丝杠的旋转可带动滑动底座及与滑动底座连接在一起的摩擦力测量机构沿导轨进行移动，以适应不同的试样距离。加载机构可对位于加载机构下方的试样加载一定的试验力，配重用于对应变部件进行平衡。下试样在旋转或往复过程中与加载机构连接的上试样接触产生一定的摩擦力，摩擦力通过应变部件的中间臂传递给支臂上的弹性部分，弹性部分受力后产生一定的变形，通过两侧的位移传感器分别测量出相应的变形量，通过对两个变形量的差分计算可计算出相应的摩擦力的大小。本发明中的应变部件利用了杠杆放大原理，将微小的摩擦力产生的变形量通过杠杆放大原理转化为应变部件的弹性部分的较大位移变化，从而通过位移传感器测得弹性部分的准确变形量，最终通过差分计算可得到精确的摩擦力数值。

进一步的，为保证微小试验力的加载，所述加载机构为砝码加载机构。

进一步的，所述应变部件的中间臂内为中空结构。应变部件的中间臂采用中空结构可减少应变部件的重量，可调整平衡灵敏度，增加测量摩擦力精度。

进一步的，所述应变部件的下部设置有U形托架，所述应变部件通过所述U 形托架与所述滑动底座上的转轴连接。采用U形托架时，应变部件两侧的形变支撑部分可设置在U形托架的两个支臂上，应变部件的横向臂及弹性部分可悬浮于U形托架的两个支臂之间，保证应变部件的应变部分不受外力影响，保证测量精度。

进一步的，为保证测量精度，所述应变部件的变形缝隙的宽度为1mm-3mm，所述应变部件的弹性部分的厚度为0.2mm-2mm，所述应变部件的支臂长度与所述变形缝隙的宽度比为40-120。

进一步的，在所述滚珠丝杠的其中一端连接有手轮。通过手轮可方便地转动滚珠丝杠以调节滑动底座及摩擦力测量机构的位置。

进一步的，所述滑动底座上对应于所述支撑座上的导轨设置有用于将所述滑动底座锁定的锁紧机构。当滑动底座调整到位后，通过锁紧机构可将滑动底座锁定位置。

本发明还提供了一种微小试验力摩擦力测量结构用的应变部件，其采用的技术方案是：整体呈山字形结构，应变部件的两个支臂上均设置有沿其长度方向的变形缝隙，所述变形缝隙将所述应变部件的支臂分为位于外侧的形变支撑部分和位于内侧的弹性部分，所述弹性部分为弹性片结构，所述形变支撑部分和所述弹性部分在上端相连接，所述应变部件的中间臂通过其横向臂与两个支臂上的弹性部分的下端相连接，所述应变部件的两个支臂的形变支撑部分的下端分别设置有一个位移传感器。

进一步的，应变部件的中间臂内为中空结构。中间臂采用中空结构可减少应变部件的重量，可调整平衡灵敏度，增加测量摩擦力精度。

进一步的，为保证测量精度，应变部件的变形缝隙的宽度为1mm-3mm，应变部件的弹性部分的厚度为0.2mm-2mm，应变部件的支臂长度与变形缝隙的宽度比为40-120。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，其通过采用特殊结构设计的应变部件，利用杠杆放大原理，可将微小的摩擦力产生的变形量通过杠杆放大原理转化为应变部件的弹性部分的较大位移变化，从而可通过位移传感器测得弹性部分的准确变形量，最终通过计算可得到精确的摩擦力数值，其测量精度高。本发明可实现微小试验力加载下的微小摩擦力测量，其摩擦力测量范围可达到 0.001N-1N及0.002N-2N，本发明可广泛应用于各种情况下的微小摩擦力测量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图(加载机构及配重未示出)；

图4是本发明中的应变部件的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的侧视图；

图中，1、支撑座，2、滑动底座，3、手轮，4、滚珠丝杠，5、配重,6、应变部件，601、支臂，602、中间臂，603、横向臂，604、变形缝隙，605、形变支撑部分，606、弹性部分，607、孔，7、加载机构，8、导轨，9、锁紧机构， 10、转轴，11、U形托架，12、位移传感器

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：

如附图所示，一种微小试验力摩擦力测量结构，其包括支撑座1、滑动底座 2、摩擦力测量机构。所述支撑座1上设置有两根导轨8和滚珠丝杠4，所述滑动底座2可动地设置在所述支撑座1上的导轨8上并与所述支撑座1上的滚珠丝杠4连接。在滚珠丝杠4的其中一端连接有用于专利滚珠丝杠4的手轮3。滑动底座2上对应于支撑座1上的导轨8设置有用于将滑动底座2锁定的锁紧机构9，该锁紧机构9为锁紧螺钉。所述滑动底座2上设置有可转动的转轴10，转轴10的两端通过轴承支承在滑动底座2上。所述摩擦力测量机构包括应变部件6、加载机构7、配重5、2个位移传感器5。所述应变部件6整体呈山字形结构，所述应变部件6的两个支臂601上均设置有沿其长度方向的变形缝隙604，所述变形缝隙604将所述应变部件6的支臂601分为位于外侧的形变支撑部分 605和位于内侧的弹性部分606，所述弹性部分606为弹性片结构，其厚度较薄，形变支撑部分605的厚度较厚，主要用于固定应变部件6。所述形变支撑部分 605和所述弹性部分606在上端相连接，即变形缝隙604的上端不贯通，其下端开口。所述应变部件6的中间臂602通过其横向臂603与两个支臂601上的弹性部分606的下端相连接。所述应变部件6的两个支臂601的形变支撑部分605 的下端分别设置有一个所述位移传感器12，两个位移传感器12对应于应变部件 6的横向臂603的端部设置。所述位移传感器12为现有技术。所述应变部件6 的下部设置有U形托架11，U形托架11通过螺钉与滑动底座2上的转轴10的上部固定连接，应变部件6的两个支臂601的形变支撑部分605分别与U形托架11的两个支臂连接。应变部件6可随转轴10一起转动。所述加载机构7设置在所述应变部件6的中间臂602的自由端的端部。在应变部件6的两个形变支撑部分605处分别连接有一个配重5。

本实施例中，加载机构7为砝码加载机构。

为减少应变部件的重量，便于调整平衡灵敏度，增加测量摩擦力精度，本实施例中的应变部件6的中间臂602采用的是中空结构，中间设有孔607。

本实施例中，变形缝隙604的宽度、弹性部分606的厚度、应变部件6的支臂长度与变形缝隙604的宽度比均应满足变形需求，为保证测量精度，本发明中优选的是，所述应变部件6的变形缝隙604的宽度为1mm-3mm，所述应变部件6的弹性部分606的厚度为0.2mm-2mm，所述应变部件6的支臂长度与所述变形缝隙604的宽度比为40-120。

本发明工作时，通过手轮3转动滚珠丝杠4，滚珠丝杠4的旋转可带动滑动底,2及与滑动底座2连接在一起的摩擦力测量机构沿导轨8进行移动，以适应不同的试样距离。加载机构7通过砝码加载可对位于加载机构7下方的试样加载一定的试验力，配重5用于对应变部件进行平衡。下试样在旋转或往复过程中与加载机构7连接的上试样接触产生一定的摩擦力，摩擦力通过应变部件6 的中间臂602传递给支臂601上的弹性部分606，弹性部分606受力后产生一定的变形，通过两侧的位移传感器12分别测量出相应的变形量，测得的两个变形量通过差分计算可计算出相应的摩擦力的大小。

本发明中的应变部件利用了杠杆放大原理，将微小的摩擦力产生的变形量通过杠杆放大原理转化为应变部件的弹性部分的较大位移变化，从而通过位移传感器测得弹性部分的准确变形量，最终可通过差分计算可得到精确的摩擦力数值。

本发明结构简单，能够实现微小摩擦力的测量，测量精度高。本发明可广泛应用于各种微小摩擦力测量的场合。

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：包括支撑座(1)、滑动底座(2)、摩擦力测量机构，所述支撑座(1)上设置有导轨和滚珠丝杠(4)，所述滑动底座(2)可动地设置在所述支撑座(1)上的导轨上并与所述支撑座(1)上的滚珠丝杠(4)连接，所述滑动底座(2)上可转动地设置有转轴(10)，所述摩擦力测量机构包括应变部件(6)、加载机构(7)、配重、位移传感器，所述应变部件(6)整体呈山字形结构，所述应变部件(6)的两个支臂上均设置有沿其长度方向的变形缝隙(604)，所述变形缝隙(604)将所述应变部件(6)的支臂分为位于外侧的形变支撑部分(605)和位于内侧的弹性部分(606)，所述弹性部分(606)为弹性片结构，所述形变支撑部分(605)和所述弹性部分(606)在上端相连接，所述应变部件(6)的中间臂通过其横向臂(603)与两个支臂上的弹性部分(606)的下端相连接，所述应变部件(6)的两个支臂的形变支撑部分(605)的下端分别设置有一个所述位移传感器，所述应变部件(6)通过其两个支臂的形变支撑部分(605)与所述滑动底座(2)上的转轴(10)连接，所述加载机构设置在所述应变部件(6)的中间臂的自由端的端部，在所述应变部件(6)的两个形变支撑部分(605)处分别设置有所述配重。

2.根据权利要求1所述的微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：所述加载机构为砝码加载机构。

3.根据权利要求1所述的微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：所述应变部件(6)的中间臂内为中空结构。

4.根据权利要求1所述的微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：所述应变部件(6)的下部设置有U形托架(11)，所述应变部件(6)通过所述U形托架(11)与所述滑动底座(2)上的转轴(10)连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：所述应变部件(6)的变形缝隙(604)的宽度为1mm-3mm，所述应变部件(6)的弹性部分(606)的厚度为0.2mm-2mm，所述应变部件(6)的支臂长度与所述变形缝隙(604)的宽度比为40-120。

6.根据权利要求1所述的微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：在所述滚珠丝杠(4)的其中一端连接有手轮。

7.根据权利要求1所述的微小试验力摩擦力测量结构，其特征是：所述滑动底座(2)上对应于所述支撑座(1)上的导轨设置有用于将所述滑动底座(2)锁定的锁紧机构。

8.一种微小试验力摩擦力测量结构用的应变部件，其特征是：整体呈山字形结构，应变部件的两个支臂上均设置有沿其长度方向的变形缝隙(604)，所述变形缝隙(604)将所述应变部件的支臂分为位于外侧的形变支撑部分(605)和位于内侧的弹性部分(606)，所述弹性部分(606)为弹性片结构，所述形变支撑部分(605)和所述弹性部分(606)在上端相连接，所述应变部件的中间臂通过其横向臂(603)与两个支臂上的弹性部分(606)的下端相连接，所述应变部件的两个支臂的形变支撑部分(605)的下端分别设置有一个位移传感器。

9.根据权利要求8所述的微小试验力摩擦力测量结构用的应变部件，其特征是：应变部件的中间臂内为中空结构。

10.根据权利要求8或9所述的微小试验力摩擦力测量结构用的应变部件，其特征是：应变部件的变形缝隙(604)的宽度为1mm-3mm，应变部件的弹性部分(606)的厚度为0.2mm-2mm，应变部件的支臂长度与变形缝隙(604)的宽度比为40-120。