[发明专利]一种测量接触面之间滑移或分离运动的实验装置

说明书

本发明公开了一种测量接触面之间滑移或分离运动的实验装置，该实验装置包括固定架、施力件、连接杆、第一激振器、基座、数据采集器、摩擦纳米发电机与弹性件；基座的顶部固定安装有固定架；被测下试件固定安装于基座的顶面，被测上试件置于被测下试件的顶面；施力件置于被测上试件顶面；弹性件一端固定连接于被测上试件的一侧表面，另一端通过连接杆与第一激振器的输出端固定连接；摩擦纳米发电机固定安装于被测上试件和被测下试件的一侧表面；数据采集器与摩擦纳米发电机电连接。上述实验装置具有使用简单，无需外接能源便可测量接触物体之间的相对滑移或分离运动的优点。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种测量接触面之间滑移或分离运动的实验装置。

背景技术

在机械装备中有很多依靠摩擦接触的连接结构，这些结构在受载情况下，相互连接的零件可能会产生相对运动，例如螺栓连接在受到长时间振动载荷的情况下，容易产生滑移和松动。另外，在协调接触的连接结构中，接触区会随载荷的增大而减小，发生接触退缩现象，比如密封垫片在受到的压力过大时，局部会产生形变分离的现象，导致装置密封性变差，容易产生泄露。

这种接触面间的早期滑移或分离的位移往往是微小的，而且接触界面之间既不方便安装传感器，也不适合采用如电涡流、激光等无接触的方式进行位移测量。目前应用较广的如扫描探针显微镜测量法、电容法和光栅干涉法等，存在需要复杂仪器或者测量方式复杂等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种测量接触面之间滑移或分离运动的实验装置，该装置基于摩擦纳米发电机原理，能将接触面之间的相对运动产生的机械能转化为电信号输出，进而对电信号分析可得出接触面之间相对运动的位移和速度。

本发明采用以下具体技术方案：

一种测量接触面之间滑移或分离运动的实验装置，包括固定架、施力件、连接杆、第一激振器、基座、数据采集器、摩擦纳米发电机与弹性件；

所述基座的顶部固定安装有所述固定架，并在所述固定架与所述基座之间形成实验空间；

所述固定架设置有用于对所述施力件进行竖直导向的导向结构；

所述实验空间内容置有被测上试件和被测下试件，所述被测下试件固定安装于所述基座的顶面，所述被测上试件置于所述被测下试件的顶面；

所述施力件通过所述导向结构置于所述被测上试件顶面，用于对所述被测上试件施加沿竖直方向的法向载荷；

所述弹性件一端固定连接于所述被测上试件的一侧表面，另一端通过沿水平方向设置的所述连接杆与所述第一激振器的输出端固定连接，所述第一激振器用于对所述被测件提供沿水平方向的切向载荷；

所述摩擦纳米发电机固定安装于所述被测上试件和被测下试件，用于在所述被测上试件的带动下产生电信号；

所述数据采集器与所述摩擦纳米发电机电连接，用于采集所述摩擦纳米发电机产生的电信号。

进一步地，所述摩擦纳米发电机包括第一基板、第二基板、第一导电层、第二导电层、正摩擦层以及负摩擦层；

所述第一基板与所述第二基板沿竖直方向相对设置，所述第一基板固定连接于所述被测上试件的一侧表面，所述第二基板固定连接于所述被测下试件的一侧表面；

沿所述第一基板朝向所述第二基板的方向，所述第一基板、所述第一导电层和所述正摩擦层依次层叠设置，所述负摩擦层、所述第二导电层和所述第二基板依次层叠设置；

所述正摩擦层与所述负摩擦层紧密贴合，并随所述被测上试件与所述被测下试件的相对运动产生电荷；

所述第一基板与所述第二基板均为绝缘材料制成；

所述正摩擦层为易失电子材料制成；