一種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置的製作方法
2023-10-20 18:33:27 1
專利名稱：一種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於微機械或摩擦學技術領域，特別涉及一種測量薄膜耐摩擦性質的
實驗裝置。
背景技術：
在光電技術領域，許多產品需要在載體兩面進行鍍膜作業，並且要藉助傳送裝置 在生產線上進行傳送。在對另一側鍍膜的過程中，預先鍍膜這一側的膜面要與樣品臺和傳 送裝置接觸，機械振動和滾輪運動會造成該側膜面在一定程度上被破壞，膜的破壞程度決 定膜的力學性質是否達標及該工藝是否可行，因此需要對產品生產過程中的膜面磨損狀況 進行評估。 在產品使用過程中，要定期對其表面進行清潔處理。表面的衝洗和擦拭將引起表 層膜面的磨損，磨損狀況決定著產品的質量和壽命，因此，需要對表層鍍膜產品的膜面在不 同應用環境下的耐磨性進行評估。 目前，多數設備採用輪式磨損裝置測試樣品耐磨性，該裝置採用一對包著紗布的 研磨輪與旋轉著的試件進行摩擦，產生一定的摩擦磨損。還有一些採用小角度控制臺，通過 控制試驗臺角度來控制懸臂與樣品之間的摩擦力。由於這些方法採用的測試條件與產品的 生產條件和應用環境不符，因此測試結果不能準確反映膜面在生產過程中的磨損狀況和在 應用環境中的耐磨性質。例如，產品在線傳送所受摩擦力主要是靜摩擦力，而當前絕大多數 設備測試的是滑動摩擦，由於測試條件與生產條件不符，因而測試結果不能用來評估產品 在生產過程中的磨損狀況。此外，還存在膜面受力方向和在生產流程中的實際受力方向不 符；施加在樣品上的作用力不能精確控制，還有部分設備施加的不是穩恆力等缺陷。
實用新型內容本實用新型的目的是克服現有技術中的不足之處，提供一種能夠測試靜摩擦力和 滑動摩擦力、能夠精確控制作用力及具有與生產過程受力狀況一致並且能模擬應用環境中 摩擦磨損狀況的薄膜耐摩擦性質測試裝置。 —種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置由樣品臺、轉軸支柱、滾輪高度控制導軌、帶 軸的滾輪、兩端帶齒輪的轉軸、電磁鐵、角度盤、轉動傳遞系統組成，所述的轉軸支柱帶有一 潤滑凹槽並豎立固定在樣品臺上，轉軸支柱上安裝有能上下滑動的滾輪高度控制導軌，帶 軸的滾輪固定在滾輪高度控制導軌上，兩端帶齒輪的轉軸的齒輪與滾輪高度控制導軌的表 面的刻槽相嚙合，兩端帶齒輪的轉軸的轉軸置放於遠離轉動傳遞系統一側的轉軸支柱的凹 槽內，轉動傳遞系統的兩端分別連接兩端帶齒輪的轉軸的轉軸和角度盤；電磁鐵設置在帶 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軌上，不能轉動，滾輪可繞所述的 軸轉動。 所述的轉動傳遞系統由多組小齒輪和大齒輪通過轉軸相互連接而成。[0009] 轉動角度盤時，角度盤帶動轉動傳遞系統發生轉動，並帶動兩端帶齒輪的轉軸轉
動，使滾輪高度控制導軌帶動帶軸的滾輪向下運動並使其與待測樣品發生接觸。 所述的測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置的特點是本實用新型所述的測試裝置可
以利用等效力學系統，通過測試小尺寸樣品來考察生產過程對大尺寸產品的膜面造成的磨
損；為適應實驗室級小尺寸樣品的測試，所述的測試裝置採用樣品運動帶動滾輪轉動的動
作方式，在滾輪兩側的端面上安裝一對電磁鐵，通過調節電磁鐵電流調節電磁鐵與端面間
的正壓力，因此調節膜面與滾輪間的摩擦力；所述的測試裝置採用了多級齒輪放大系統，通
過調節齒輪轉動角度來調節滾輪的縱向位移，實現對最大靜摩擦力的控制；通過選配不同
尺寸和彈性模量的滾輪可測試不同尺寸、厚度和硬度的薄膜；通過設置樣品的運動方式和
運動周期可對樣品在線傳送的摩擦磨損狀況進行模擬和評估，即提供一個與生產過程受力
狀況高度一致的測試環境，使測試結果可直接用來衡量產品在生產過程中的磨損狀況。
圖1本實用新型所述的一種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置結構示意圖； 圖中1.樣品臺；2.待測樣品；3.樣品運動軌跡；4.滾輪高度控制導軌；5.轉軸
支柱；6.兩端帶齒輪的轉軸；7.電磁鐵；8.帶軸的滾輪；9.小齒輪；10大齒輪；11.轉動傳
遞系統；12角度盤。
具體實施方式如圖1所示，本實用新型所述一種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置由樣品臺1、轉 軸支柱5、滾輪高度控制導軌4、帶軸的滾輪8、兩端帶齒輪的轉軸6、電磁鐵7、轉動傳遞系統 11、角度盤12組成，所述的轉軸支柱5豎立固定在樣品臺1上，轉軸支柱5上安裝有能上下 滑動的滾輪高度控制導軌4，帶軸的滾輪8固定在滾輪高度控制導軌4上，兩端帶齒輪的轉 軸6的齒輪與滾輪高度控制導軌4的齒輪相嚙合，兩端帶齒輪的轉軸6的轉軸置放於遠離 轉動傳遞系統11 一側的轉軸支柱5的凹槽內，轉動傳遞系統11的兩端分別連接兩端帶齒 輪的轉軸6的轉軸和角度盤12 ;電磁鐵7設置在帶軸的滾輪8的滾輪兩端的滑鍵上。 利用本實用新型所述的實驗裝置對待測樣品施加高精度、寬範圍的正壓力方式 為 待測樣品2放在樣品臺1上，按照樣品運動軌跡3所示，轉動角度盤12時，角度盤 12帶動轉動傳遞系統11發生轉動，並帶動兩端帶齒輪的轉軸6轉動，使滾輪高度控制導軌 4帶動帶軸的滾輪8向下運動並使其與待測樣品2發生接觸，產生正壓力。 角度盤12的轉動角度與帶軸的滾輪的縱向位移之間的關係為
formula see original document page 4 其中ri、 r2、 R分別為兩端帶齒輪的轉軸6的齒輪、小齒輪9和大齒輪10的半徑， 9為角度盤轉動的角度，n為縮小級數，在本實用新型中，n優選為4。 從帶軸的滾輪8和待測樣品2接觸的臨界狀態開始，帶軸的滾輪8繼續向下運動 將對待測樣品2表面產生正壓力，同時帶軸的滾輪8發生彈性形變，形變量大小等於從接觸 臨界狀態開始帶軸的滾輪8的滾軸向下移動的距離，待測樣品2表面所受的力與滾輪的彈性形變之間的關係為 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，通過調節角度盤的轉動角度e可以改變樣品表面所受正壓力。通過增大縮
小級數n、大小齒輪半徑比R/巧及對角度進行精細控制可對膜面所收正壓力進行寬範圍、高 精度的調整和控制。 利用本實用新型所述的實驗裝置測試待測樣品的摩擦力的方式為 在通過電磁鐵繞組的電流為I時，電磁鐵間的吸合作用將對滾輪兩側產生正壓力
N : N = AXI (4) 其中，A為與鐵芯材質、線圈匝數、電磁鐵間距相關的比例係數。 設電磁鐵與滾輪側面之間的摩擦係數為P p則電流I引起的最大靜摩擦力為 f = u丄N = An J (5) 該力阻礙滾輪轉動，產生的轉矩為 M丄=2fy = 2Aii Jy (6) 設樣品與滾輪間的摩擦係數為P 2，當正壓力為F時，待測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) 對滾輪的轉矩為 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M工> M2時，滾輪不發生轉動，待測樣品與滾輪之間的摩擦為滑動摩擦 加在樣品上的滑動摩擦力為
^ W ， /ri 、n ft =——kr2//2 (丄) (9) 1 180 2〃2、r/ w (2)當M工< M2時，樣品帶動滾輪轉動，待測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，調節角度盤的轉動角度，可以調節樣品承受的正壓力和滑動摩擦力的大小，
調節繞組的勵磁電流可以調節靜摩擦力的大小的和滑動摩擦力測試範圍。 利用所述實驗裝置時的實驗條件的簡化處理方式為
5[0043]
對給定的系統，A、 k、巧、r2、 ii 2、 &、 R2等為常數，令 A* = 2Aiiy (11)
B (4)2(i)2n,
則式(8)可簡化為m2 = b e 2+c e
當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這兩個實驗條件轉換成勵磁電流和角度盤轉角之
間的關係
擦力為
1 180 2"2、R,
(2)當I < B* e 2+c* e時，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)、]
權利要求一種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置，其特徵在於，由樣品臺、轉軸支柱、滾輪高度控制導軌、帶軸的滾輪、兩端帶齒輪的轉軸、電磁鐵、角度盤、轉動傳遞系統組成；所述的轉軸支柱帶有一潤滑凹槽並豎立固定在樣品臺上，轉軸支柱上安裝有能上下滑動的滾輪高度控制導軌，帶軸的滾輪固定在滾輪高度控制導軌上，兩端帶齒輪的轉軸的齒輪與滾輪高度控制導軌的表面的刻槽相嚙合，兩端帶齒輪的轉軸的轉軸置放於遠離轉動傳遞系統一側的轉軸支柱的凹槽內，轉動傳遞系統的兩端分別連接兩端帶齒輪的轉軸的轉軸和角度盤；電磁鐵設置在帶軸的滾輪的滾輪兩端。
2. 如權利要求1所述的一種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置，其特徵在於所述的轉動 傳遞系統由多組小齒輪和大齒輪通過轉軸相互連接而成。
專利摘要一種測量薄膜耐摩擦性質的實驗裝置由樣品臺、轉軸支柱、滾輪高度控制導軌、帶軸的滾輪、兩端帶齒輪的轉軸、電磁鐵、角度盤、轉動傳遞系統組成，本實用新型所述的特點在於提供一個與生產過程受力狀況高度一致的測試環境，使測試結果可直接用來衡量產品在生產過程中的磨損狀況；通過調節勵磁電流和角度盤轉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範圍內進行精密的調整和控制，因此可以應用到各種環境；可以採用不同的運動方式來測試樣品表面磨損情況；利用了等效力學系統，建立產品和樣品之間的關聯，通過測試小尺寸樣品來估算大尺寸樣品的磨損狀況。
文檔編號G01N3/56GK201522409SQ200920110369
公開日2010年7月7日 申請日期2009年7月29日 優先權日2009年7月29日
發明者劉恆瑜, 張曉勇 申請人:新奧光伏能源有限公司