本發明專利技術公開了一種滑動摩擦系數測量裝置和滑動摩擦系數測量方法。所述滑動摩擦系數測量裝置包括：第一和第二位移平臺；石英音叉；激勵信號源，激勵信號源的激勵頻率為石英音叉的共振頻率；音叉振動信號檢測器；懸臂梁，懸臂梁設在第二位移平臺上，懸臂梁垂直于音叉腿的軸向，音叉腿的端面與懸臂梁的自由端的第一表面相對，音叉腿的端面用于設置滑動元件或者音叉腿的端面為滑動面，懸臂梁的自由端的第一表面用于設置摩擦元件或者懸臂梁的自由端的第一表面為摩擦面；和位移傳感器。根據本發明專利技術實施例的滑動摩擦系數測量裝置可以用于測量小尺度(微米、納米)摩擦副之間的滑動摩擦系數，尤其是高頻振蕩摩擦條件下的滑動摩擦系數。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及。
技術介紹
在小尺度材料和結構的摩擦測量領域，常用的方法有表面力儀和掃描探針技術， 包括掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、摩擦力顯微鏡等。這些技術可以被用于測量表面微 觀動態力學行為，適用于微摩擦、微劃痕和納米磨損等研究。但是，這些技術對試樣和環境 的要求很高，涉及的設備價格昂貴，且不易操作，尤其是在測量中摩擦副的相對滑動頻率較 低。
技術實現思路
本專利技術旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本專利技術提 出一種滑動摩擦系數測量裝置，所述滑動摩擦系數測量裝置可以測量小尺度（微米、納米） 摩擦副之間的滑動摩擦系數，尤其是高頻振蕩摩擦條件下的滑動摩擦系數。 本專利技術還提出一種滑動摩擦系數測量方法。 根據本專利技術第一方面實施例的滑動摩擦系數測量裝置包括：第一位移平臺和第 二位移平臺，所述第一位移平臺和所述第二位移平臺中的至少一個沿第一方向可移動地設 置；石英音叉，所述石英音叉設在所述第一位移平臺上，所述石英音叉具有輸入引線、輸出 引線和音叉腿；激勵信號源，所述激勵信號源通過導線與所述輸入引線相連，所述激勵信號 源的激勵頻率為所述石英音叉的共振頻率；用于測量所述石英音叉的振幅的音叉振動信號 檢測器；懸臂梁，所述懸臂梁設在所述第二位移平臺上，所述懸臂梁垂直于所述音叉腿的軸 向，所述音叉腿的端面與所述懸臂梁的自由端的第一表面相對，其中所述音叉腿的端面用 于設置滑動元件或者所述音叉腿的端面為滑動面，所述懸臂梁的自由端的第一表面用于設 置摩擦元件或者所述懸臂梁的自由端的第一表面為摩擦面；和用于測量所述懸臂梁的自由 端的撓度的位移傳感器。 根據本專利技術實施例的滑動摩擦系數測量裝置可以用于測量小尺度（微米、納米） 摩擦副之間的滑動摩擦系數，尤其是高頻振蕩摩擦條件下的滑動摩擦系數。 另外，根據本專利技術上述實施例的滑動摩擦系數測量裝置還可以具有如下附加的技 術特征： 根據本專利技術的一個實施例，所述第一位移平臺和所述第二位移平臺中的至少一個 沿上下方向可移動地設置，所述懸臂梁位于所述石英音叉的下方，其中所述音叉腿的下表 面用于設置滑動元件或者所述音叉腿的下表面為滑動面，所述懸臂梁的自由端的上表面用 于設置摩擦元件或者所述懸臂梁的自由端的上表面為摩擦面。 根據本專利技術的一個實施例，所述第一位移平臺和所述第二位移平臺中的每一個沿 上下方向可移動地設置，所述第一位移平臺的最小移動距離大于所述第二位移平臺的最小 移動距離。 根據本專利技術的一個實施例，所述音叉振動信號檢測器為激光多普勒測速儀，所述 激光多普勒測速儀與所述音叉腿相對，所述音叉腿懸空。 根據本專利技術的一個實施例，所述音叉振動信號檢測器為示波器，所述示波器通過 導線與所述輸出引線相連。 根據本專利技術的一個實施例，所述位移傳感器設在所述第二位移平臺上。 根據本專利技術第二方面實施例的滑動摩擦系數測量方法包括以下步驟:A)將石英 音叉的音叉腿的端面與懸臂梁的自由端的第一表面相對設置，且使所述懸臂梁垂直于所述 石英音叉的音叉腿的軸向以便所述石英音叉的振動方向平行于所述懸臂梁的軸向，其中在 所述石英音叉的音叉腿的端面上設置滑動元件或者所述石英音叉的音叉腿的端面為滑動 面，在所述懸臂梁的自由端的第一表面上設置摩擦元件或者所述懸臂梁的自由端的第一表 面為摩擦面；B)在所述石英音叉的共振頻率處激勵所述石英音叉；C)移動所述石英音叉 和所述懸臂梁中的至少一個，以便使所述石英音叉的音叉腿的端面和所述滑動元件的滑動 面中的一個與所述懸臂梁的自由端的第一表面和所述摩擦元件的摩擦面中的一個接觸；D) 在所述步驟C)進行前和進行后分別測量所述石英音叉的音叉腿的振幅，在所述步驟C)進 行后測量所述懸臂梁的撓度，根據所述振幅和所述撓度計算所述滑動面與所述摩擦面的滑 動摩擦系數。 根據本專利技術的一個實施例，在所述步驟D)中，按照下列公式計算所述滑動面與所 述摩擦而之間的麾擦力： 其中，Η為摩擦力，為石英音叉的阻尼系數，k為石英音叉的剛度，Q為 石英音叉的品質因子，Ω為石英音叉的共振圓頻率，R°為在所述步驟C)進行前所述振幅的 測量值，R為在所述步驟C)進行后所述振幅的測量值， 按照下列公式計算所述滑動面與所述摩擦面的正壓力： N=kδ 其中，Ν為正壓力，δ為所述撓度的測量值， 按照下列公式計算所述滑動面與所述摩擦面的滑動摩擦系數： 其中，μ為滑動摩擦系數。 根據本專利技術的一個實施例，在所述步驟Β)進行前，對所述石英音叉進行掃頻操作 以便確定所述石英音叉的實際的共振頻率值?！靖綀D說明】 圖1是根據本專利技術實施例的滑動摩擦系數測量裝置的結構示意圖； 圖2是根據本專利技術實施例的滑動摩擦系數測量方法的流程圖； 圖3是根據本專利技術實施例的滑動摩擦系數測量裝置的測量結果的示意圖。【具體實施方式】 下面詳細描述本專利技術的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考 附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本專利技術，而不能理解為對本專利技術的限制。 下面參考附圖描述根據本專利技術實施例的滑動摩擦系數測量裝置10。如圖1所示， 根據本專利技術實施例的滑動摩擦系數測量裝置10包括第一位移平臺101、第二位移平臺102、 石英音叉103、激勵信號源104、用于測量石英音叉103的振幅的音叉振動信號檢測器、懸臂 梁106和用于測量懸臂梁106的自由端的撓度的位移傳感器（圖中未示出）。 第一位移平臺101和第二位移平臺102中的至少一個沿第一方向可移動地設置。 石英音叉103設在第一位移平臺101上，石英音叉103具有輸入引線1032、輸出引線1033 和音叉腿1031。激勵信號源104通過導線與該輸入引線1032相連，激勵信號源104的激勵 頻率為石英音叉103的共振頻率。懸臂梁106設在第二位移平臺102上，懸臂梁106垂直 于音叉腿1031的軸向，音叉腿1031的端面與懸臂梁106的自由端的第一表面相對。其中， 音叉腿1031的端面用于設置滑動元件或者音叉腿1031的端面為滑動面，懸臂梁106的自 由端的第一表面用于設置摩擦元件或者懸臂梁106的自由端的第一表面為摩擦面。 下面參考圖2描述根據本專利技術實施例的滑動摩擦系數測量方法。根據本專利技術實施 例的滑動摩擦系數測量方法包括以下步驟： A)將石英音叉103的音叉腿1031的端面與懸臂梁106的自由端的第一表面相對 設置，且使懸臂梁106垂直于石英音叉103的音叉腿1031的軸向以便石英音叉103的振動 方向平行于懸臂梁106的軸向，其中在石英音叉103的音叉腿1031的端面上設置滑動元件 或者石英音叉103的音叉腿1031的端面為滑動面，在懸臂梁106的自由端的第一表面上設 置摩擦元件或者懸臂梁106的自由端的第一表面為摩擦面； B)在石英音叉103的共振頻率處激勵石英音叉103 ; C)移動石英音叉103和懸臂梁106中的至少一個，以便使石英音叉當前第1頁1 2 3 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種滑動摩擦系數測量裝置，其特征在于，包括：第一位移平臺和第二位移平臺，所述第一位移平臺和所述第二位移平臺中的至少一個沿第一方向可移動地設置；石英音叉，所述石英音叉設在所述第一位移平臺上，所述石英音叉具有輸入引線、輸出引線和音叉腿；激勵信號源，所述激勵信號源通過導線與所述輸入引線相連，所述激勵信號源的激勵頻率為所述石英音叉的共振頻率；用于測量所述石英音叉的振幅的音叉振動信號檢測器；懸臂梁，所述懸臂梁設在所述第二位移平臺上，所述懸臂梁垂直于所述音叉腿的軸向，所述音叉腿的端面與所述懸臂梁的自由端的第一表面相對，其中所述音叉腿的端面用于設置滑動元件或者所述音叉腿的端面為滑動面，所述懸臂梁的自由端的第一表面用于設置摩擦元件或者所述懸臂梁的自由端的第一表面為摩擦面；和用于測量所述懸臂梁的自由端的撓度的位移傳感器。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：高峰利，李喜德，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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