[发明专利]一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机

权利要求书

1.一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：包括被测试试件(5)及与被测试试件(5)发生微动摩擦的微动摩擦头(6)；还包括基座系统、超声振动系统和测力系统；

所述基座系统包括光学平板(1)，X轴滑台(3)，Y轴滑台(2)和Z轴滑台(11)；Y轴滑台(2)滑动装接在光学平板(1)上且可沿Y轴方向滑动；X轴滑台(3)滑动装接在Y轴滑台(2)上且可沿X轴方向滑动；Z轴滑台(11)滑动装接在光学平板(1)上且可沿Z轴方向滑动；所述X轴方向、Y轴方向与Z轴方向两两垂直；

所述超声振动系统包括超声发生器(9)，超声变幅杆(8)和连接杆(7)；超声变幅杆(8)装接在Z轴滑台(11)，超声发生器(9)传动连接超声变幅杆(8)；连接杆(7)固接在超声变幅杆(8)上；所述微动摩擦头(6)固接在连接杆(7)上；

所述测力系统包括力传感器(4)，电荷放大器和数据采集卡；力传感器(4)固接在X轴滑台(3)上，该电荷放大器信号连接力传感器(4)，该数据采集卡信号连接电荷放大器；所述被测试试件(5)固接在力传感器(4)；

通过X轴滑台(3)、Y轴滑台(2)和Z轴滑台(11)使被测试试件(5)和微动摩擦头(6)可在X轴方向、Y轴方向与Z轴方向上移动从而调节被测试试件(5)与微动摩擦头(6)的相对位置；通过超声发生器(9)产生超声振动并通过超声变幅杆(8)和连接杆(7)传递至微动摩擦头(6)以使微动摩擦头(6)发生振动从而实现微动摩擦头(6)与被测试试件(5)间发生微动摩擦；通过测力系统检测微动摩擦头(6)与被测试试件(5)间力的动态变化。

2.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：所述微动摩擦头(6)为滑动摩擦头或滚动摩擦头；所述滑动摩擦头 之顶端形状为带圆头的圆锥，圆头半径R＝0.008～0.21mm，圆锥角θ＝55°～125°；所述滚动摩擦头之顶端设有直径为0.3～9.525mm的滚珠。

3.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：所述被测试试件(5)经过研磨抛光处理以使其表面粗糙度不大于Ra0.1μm，该被测试试件(5)用超声清洗机清洗后固接在力传感器(4)。

4.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：所述连接杆(7)为带锥度螺钉；所述连接杆(7)螺接在超声变幅杆(8)上。

5.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：所述X轴滑台(3)由步进电机驱动，其步进精度优于11μm；所述Y轴滑台(2)由步进电机驱动，其步进精度优于11μm；所述Z轴滑台(11)由步进电机驱动，其步进精度优于0.35μm。

6.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：所述力传感器(4)的性能参数为：测力范围为-105N～105N，测力精度高于0.0025N，采样频率高于8KHz。

7.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：所述超声发生器(9)的性能参数为：振动频率f＝18～42KHz，振幅范围为0～22μm。

8.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机，其特征在于：所述微动摩擦头(6)信号连接力传感器(4)。

9.根据权利要求1所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机的使用方法，其特征在于：包括：

1)通过X轴滑台(3)和Y轴滑台(2)调整被测试试件(5)在X轴方向 与Y轴方向上的位置使其正对微动摩擦头(6)；

2)通过Z轴滑台(11)调整微动摩擦头(6)在Z轴方向上的位置使其对被测试试件(5)施加微动摩擦载荷；

3)启动超声振动系统以使微动摩擦头(6)发生振动，从而实现微动摩擦头(6)与被测试试件(5)发生微动摩擦；

4)通过测力系统检测微动摩擦头(6)与被测试试件(5)间微动摩擦过程中摩擦力的动态变化，得到微动摩擦测试数据。

10.根据权利要求9所述的一种超声振动实现微位移的微动摩擦试验机的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，微动摩擦头(6)对被测试试件(5)施加微动摩擦载荷的方法包括：

21)通过Z轴滑台(11)调整微动摩擦头(6)在Z轴方向上的位置使其靠近被测试试件(5)，至肉眼无法分辨两者相对位置后用塞尺确定两者相对位置，继续通过Z轴滑台(11)调整两者相对位置至塞尺最小尺寸；

22)启动测力系统，每次以Z轴滑台(11)的最小位移移动Z轴滑台(11)并通过测力系统检测微动摩擦头(6)与被测试试件(5)间接触力的实时变化；当接触力到达临界值N_crit时，停止移动Z轴滑台(11)，此时即认为微动摩擦头(6)对被测试试件(5)施加微动摩擦载荷。