專利名稱：一種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微機(jī)械或摩擦學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的
實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
在光電技術(shù)領(lǐng)域，許多產(chǎn)品需要在載體兩面進(jìn)行鍍膜作業(yè)，并且要借助傳送裝置 在生產(chǎn)線上進(jìn)行傳送。在對(duì)另一側(cè)鍍膜的過(guò)程中，預(yù)先鍍膜這一側(cè)的膜面要與樣品臺(tái)和傳 送裝置接觸，機(jī)械振動(dòng)和滾輪運(yùn)動(dòng)會(huì)造成該側(cè)膜面在一定程度上被破壞，膜的破壞程度決 定膜的力學(xué)性質(zhì)是否達(dá)標(biāo)及該工藝是否可行，因此需要對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的膜面磨損狀況 進(jìn)行評(píng)估。 在產(chǎn)品使用過(guò)程中，要定期對(duì)其表面進(jìn)行清潔處理。表面的沖洗和擦拭將引起表 層膜面的磨損，磨損狀況決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，因此，需要對(duì)表層鍍膜產(chǎn)品的膜面在不 同應(yīng)用環(huán)境下的耐磨性進(jìn)行評(píng)估。 目前，多數(shù)設(shè)備采用輪式磨損裝置測(cè)試樣品耐磨性，該裝置采用一對(duì)包著紗布的 研磨輪與旋轉(zhuǎn)著的試件進(jìn)行摩擦，產(chǎn)生一定的摩擦磨損。還有一些采用小角度控制臺(tái)，通過(guò) 控制試驗(yàn)臺(tái)角度來(lái)控制懸臂與樣品之間的摩擦力。由于這些方法采用的測(cè)試條件與產(chǎn)品的 生產(chǎn)條件和應(yīng)用環(huán)境不符，因此測(cè)試結(jié)果不能準(zhǔn)確反映膜面在生產(chǎn)過(guò)程中的磨損狀況和在 應(yīng)用環(huán)境中的耐磨性質(zhì)。例如，產(chǎn)品在線傳送所受摩擦力主要是靜摩擦力，而當(dāng)前絕大多數(shù) 設(shè)備測(cè)試的是滑動(dòng)摩擦，由于測(cè)試條件與生產(chǎn)條件不符，因而測(cè)試結(jié)果不能用來(lái)評(píng)估產(chǎn)品 在生產(chǎn)過(guò)程中的磨損狀況。此外，還存在膜面受力方向和在生產(chǎn)流程中的實(shí)際受力方向不 符；施加在樣品上的作用力不能精確控制，還有部分設(shè)備施加的不是穩(wěn)恒力等缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種能夠測(cè)試靜摩擦力和 滑動(dòng)摩擦力、能夠精確控制作用力及具有與生產(chǎn)過(guò)程受力狀況一致并且能模擬應(yīng)用環(huán)境中 摩擦磨損狀況的薄膜耐摩擦性質(zhì)測(cè)試裝置。 —種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置由樣品臺(tái)、轉(zhuǎn)軸支柱、滾輪高度控制導(dǎo)軌、帶 軸的滾輪、兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸、電磁鐵、角度盤、轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)組成，所述的轉(zhuǎn)軸支柱帶有一 潤(rùn)滑凹槽并豎立固定在樣品臺(tái)上，轉(zhuǎn)軸支柱上安裝有能上下滑動(dòng)的滾輪高度控制導(dǎo)軌，帶 軸的滾輪固定在滾輪高度控制導(dǎo)軌上，兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸的齒輪與滾輪高度控制導(dǎo)軌的表 面的刻槽相嚙合，兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)軸置放于遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)一側(cè)的轉(zhuǎn)軸支柱的凹 槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)的兩端分別連接兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)軸和角度盤；電磁鐵設(shè)置在帶 軸的滾輪的滾輪兩端。 所述的帶軸的滾輪的軸固定在滾輪高度控制導(dǎo)軌上，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪可繞所述的 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 所述的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)由多組小齒輪和大齒輪通過(guò)轉(zhuǎn)軸相互連接而成。[0009] 轉(zhuǎn)動(dòng)角度盤時(shí)，角度盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)
動(dòng)，使?jié)L輪高度控制導(dǎo)軌帶動(dòng)帶軸的滾輪向下運(yùn)動(dòng)并使其與待測(cè)樣品發(fā)生接觸。 所述的測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是本實(shí)用新型所述的測(cè)試裝置可
以利用等效力學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)試小尺寸樣品來(lái)考察生產(chǎn)過(guò)程對(duì)大尺寸產(chǎn)品的膜面造成的磨
損；為適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室級(jí)小尺寸樣品的測(cè)試，所述的測(cè)試裝置采用樣品運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)
作方式，在滾輪兩側(cè)的端面上安裝一對(duì)電磁鐵，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁鐵電流調(diào)節(jié)電磁鐵與端面間
的正壓力，因此調(diào)節(jié)膜面與滾輪間的摩擦力；所述的測(cè)試裝置采用了多級(jí)齒輪放大系統(tǒng)，通
過(guò)調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)調(diào)節(jié)滾輪的縱向位移，實(shí)現(xiàn)對(duì)最大靜摩擦力的控制；通過(guò)選配不同
尺寸和彈性模量的滾輪可測(cè)試不同尺寸、厚度和硬度的薄膜；通過(guò)設(shè)置樣品的運(yùn)動(dòng)方式和
運(yùn)動(dòng)周期可對(duì)樣品在線傳送的摩擦磨損狀況進(jìn)行模擬和評(píng)估，即提供一個(gè)與生產(chǎn)過(guò)程受力
狀況高度一致的測(cè)試環(huán)境，使測(cè)試結(jié)果可直接用來(lái)衡量產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的磨損狀況。

圖1本實(shí)用新型所述的一種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1.樣品臺(tái)；2.待測(cè)樣品；3.樣品運(yùn)動(dòng)軌跡；4.滾輪高度控制導(dǎo)軌；5.轉(zhuǎn)軸
支柱；6.兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸；7.電磁鐵；8.帶軸的滾輪；9.小齒輪；10大齒輪；11.轉(zhuǎn)動(dòng)傳
遞系統(tǒng)；12角度盤。
具體實(shí)施方式如圖1所示，本實(shí)用新型所述一種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置由樣品臺(tái)1、轉(zhuǎn) 軸支柱5、滾輪高度控制導(dǎo)軌4、帶軸的滾輪8、兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸6、電磁鐵7、轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng) 11、角度盤12組成，所述的轉(zhuǎn)軸支柱5豎立固定在樣品臺(tái)1上，轉(zhuǎn)軸支柱5上安裝有能上下 滑動(dòng)的滾輪高度控制導(dǎo)軌4，帶軸的滾輪8固定在滾輪高度控制導(dǎo)軌4上，兩端帶齒輪的轉(zhuǎn) 軸6的齒輪與滾輪高度控制導(dǎo)軌4的齒輪相嚙合，兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸6的轉(zhuǎn)軸置放于遠(yuǎn)離 轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)11 一側(cè)的轉(zhuǎn)軸支柱5的凹槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)11的兩端分別連接兩端帶齒 輪的轉(zhuǎn)軸6的轉(zhuǎn)軸和角度盤12 ;電磁鐵7設(shè)置在帶軸的滾輪8的滾輪兩端的滑鍵上。 利用本實(shí)用新型所述的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)待測(cè)樣品施加高精度、寬范圍的正壓力方式 為 待測(cè)樣品2放在樣品臺(tái)1上，按照樣品運(yùn)動(dòng)軌跡3所示，轉(zhuǎn)動(dòng)角度盤12時(shí)，角度盤 12帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)11發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)L輪高度控制導(dǎo)軌 4帶動(dòng)帶軸的滾輪8向下運(yùn)動(dòng)并使其與待測(cè)樣品2發(fā)生接觸，產(chǎn)生正壓力。 角度盤12的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與帶軸的滾輪的縱向位移之間的關(guān)系為
<formula>formula see original document page 4</formula> 其中ri、 r2、 R分別為兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸6的齒輪、小齒輪9和大齒輪10的半徑， 9為角度盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，n為縮小級(jí)數(shù)，在本實(shí)用新型中，n優(yōu)選為4。 從帶軸的滾輪8和待測(cè)樣品2接觸的臨界狀態(tài)開始，帶軸的滾輪8繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng) 將對(duì)待測(cè)樣品2表面產(chǎn)生正壓力，同時(shí)帶軸的滾輪8發(fā)生彈性形變，形變量大小等于從接觸 臨界狀態(tài)開始帶軸的滾輪8的滾軸向下移動(dòng)的距離，待測(cè)樣品2表面所受的力與滾輪的彈性形變之間的關(guān)系為 F = kx (2) 其中，k為帶軸的滾輪8的彈性模量，x為形變量或從臨界狀態(tài)開始帶軸的滾輪8
的滾軸的縱向位移。
把(1)代入(2)得: F =——kr，(丄) "、 180 2、R (3)因此，通過(guò)調(diào)節(jié)角度盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度e可以改變樣品表面所受正壓力。通過(guò)增大縮
小級(jí)數(shù)n、大小齒輪半徑比R/巧及對(duì)角度進(jìn)行精細(xì)控制可對(duì)膜面所收正壓力進(jìn)行寬范圍、高 精度的調(diào)整和控制。 利用本實(shí)用新型所述的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試待測(cè)樣品的摩擦力的方式為 在通過(guò)電磁鐵繞組的電流為I時(shí)，電磁鐵間的吸合作用將對(duì)滾輪兩側(cè)產(chǎn)生正壓力
N : N = AXI (4) 其中，A為與鐵芯材質(zhì)、線圈匝數(shù)、電磁鐵間距相關(guān)的比例系數(shù)。 設(shè)電磁鐵與滾輪側(cè)面之間的摩擦系數(shù)為P p則電流I引起的最大靜摩擦力為 f = u丄N = An J (5) 該力阻礙滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為 M丄=2fy = 2Aii Jy (6) 設(shè)樣品與滾輪間的摩擦系數(shù)為P 2，當(dāng)正壓力為F時(shí)，待測(cè)樣品與滾輪間的最大靜 摩擦力為 &=//2巧=——kT2/Z2(丄)n /ry、
180 2"2、r/ (7) 對(duì)滾輪的轉(zhuǎn)矩為 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)當(dāng)M工> M2時(shí)，滾輪不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，待測(cè)樣品與滾輪之間的摩擦為滑動(dòng)摩擦 加在樣品上的滑動(dòng)摩擦力為
^ W ， /ri 、n ft =——kr2//2 (丄) (9) 1 180 2〃2、r/ w (2)當(dāng)M工< M2時(shí)，樣品帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，待測(cè)樣品與滾輪之間的摩擦為靜摩擦。施 加在樣品上的靜摩擦力為
闊f2=2A//Iy/[R2-:^(|)nr2] 帥 因此，調(diào)節(jié)角度盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，可以調(diào)節(jié)樣品承受的正壓力和滑動(dòng)摩擦力的大小，
調(diào)節(jié)繞組的勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)靜摩擦力的大小的和滑動(dòng)摩擦力測(cè)試范圍。 利用所述實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件的簡(jiǎn)化處理方式為
5[0043]
對(duì)給定的系統(tǒng)，A、 k、巧、r2、 ii 2、 &、 R2等為常數(shù)，令 A* = 2Aiiy (11)
B (4)2(i)2n,
則式(8)可簡(jiǎn)化為m2 = b e 2+c e
當(dāng)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這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)條件轉(zhuǎn)換成勵(lì)磁電流和角度盤轉(zhuǎn)角之
間的關(guān)系
擦力為
1 180 2"2、R,
(2)當(dāng)I < B* e 2+c* e時(shí)，樣品與滾輪之間的摩擦為靜摩擦，施加在樣品上的靜摩
f,2A;/Iy/[R2-蓋(會(huì))、]
權(quán)利要求一種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，由樣品臺(tái)、轉(zhuǎn)軸支柱、滾輪高度控制導(dǎo)軌、帶軸的滾輪、兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸、電磁鐵、角度盤、轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)組成；所述的轉(zhuǎn)軸支柱帶有一潤(rùn)滑凹槽并豎立固定在樣品臺(tái)上，轉(zhuǎn)軸支柱上安裝有能上下滑動(dòng)的滾輪高度控制導(dǎo)軌，帶軸的滾輪固定在滾輪高度控制導(dǎo)軌上，兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸的齒輪與滾輪高度控制導(dǎo)軌的表面的刻槽相嚙合，兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)軸置放于遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)一側(cè)的轉(zhuǎn)軸支柱的凹槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)的兩端分別連接兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)軸和角度盤；電磁鐵設(shè)置在帶軸的滾輪的滾輪兩端。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)動(dòng) 傳遞系統(tǒng)由多組小齒輪和大齒輪通過(guò)轉(zhuǎn)軸相互連接而成。
專利摘要一種測(cè)量薄膜耐摩擦性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置由樣品臺(tái)、轉(zhuǎn)軸支柱、滾輪高度控制導(dǎo)軌、帶軸的滾輪、兩端帶齒輪的轉(zhuǎn)軸、電磁鐵、角度盤、轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞系統(tǒng)組成，本實(shí)用新型所述的特點(diǎn)在于提供一個(gè)與生產(chǎn)過(guò)程受力狀況高度一致的測(cè)試環(huán)境，使測(cè)試結(jié)果可直接用來(lái)衡量產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的磨損狀況；通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和角度盤轉(zhuǎn)角可以選擇摩擦方式和摩擦力大小，能夠使樣品所受正壓力和摩擦力在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精密的調(diào)整和控制，因此可以應(yīng)用到各種環(huán)境；可以采用不同的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)測(cè)試樣品表面磨損情況；利用了等效力學(xué)系統(tǒng)，建立產(chǎn)品和樣品之間的關(guān)聯(lián)，通過(guò)測(cè)試小尺寸樣品來(lái)估算大尺寸樣品的磨損狀況。
文檔編號(hào)G01N3/56GK201522409SQ200920110369
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者劉恒瑜, 張曉勇 申請(qǐng)人:新奧光伏能源有限公司