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临界滚动摩擦系数测定装置及方法.pdf

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临界 滚动 摩擦系数 测定 装置 方法
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摘要
申请专利号:

CN201611058345.8

申请日:

2016.11.27

公开号:

CN106483067A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 19/02申请日:20161127|||公开
IPC分类号: G01N19/02 主分类号: G01N19/02
申请人: 徐州工程学院
发明人: 黄传辉; 张磊; 陆兴华; 孙健
地址: 221000 江苏省徐州市新城区丽水路
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 徐州市三联专利事务所 32220 代理人: 张斌
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611058345.8

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种临界滚动摩擦系数测定装置及方法,属于测量仪器技术领域。本发明包括底座,底座上有铰支座和调节支架;铰支座上铰接有工作台,工作台的测试区域内嵌装有平板状的被测试样Ⅱ,被测试样Ⅱ上放置有被测试样Ⅰ,被测试样Ⅰ是圆柱形金属件;被测试样Ⅱ下方安装有电磁铁;调节支架上有升降调节螺钉,升降调节螺钉的上端有中心凹孔,中心凹孔上坐落有光滑球体,光滑球体与所述工作台相接触;还包括分置的百分表座,升降调节螺钉与铰接轴的轴线距离确定好定值y。本发明将摩擦系数的测定问题转换为距离测量问题,便捷直观;将负载施加变换为电磁力施加,操作简便,误差小。

权利要求书

1.一种临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:它包括底座(12),底座(12)上面的一
端固定有铰支座(13),底座(12)上面的另一端固定有调节支架(10);
所述铰支座(13)上通过铰接轴(14)铰接有工作台(1),工作台(1)在初始位置与所述底
座(12)平行,所述工作台(1)的中部有测试区域,测试区域内嵌装有平板状的被测试样Ⅱ
(4),被测试样Ⅱ(4)上放置有被测试样Ⅰ(3),被测试样Ⅰ(3)是圆柱形金属件;所述被测试样
Ⅱ(4)下方安装有给被测试样Ⅰ(3)提供压力的电磁铁(5),电磁铁(5)的绕组线圈(5-1)电连
接有可调直流电压源(5-2);
所述调节支架(10)位于所述工作台(1)下方,所述调节支架(10)上有升降调节螺钉
(9),升降调节螺钉(9)通过螺纹副安装在所述调节支架(10)上,所述升降调节螺钉(9)与所
述底座(12)相垂直,所述升降调节螺钉(9)的下端为调整?#30452;?#25152;述升降调节螺钉(9)的上
端制作有中心凹孔(9-1),中心凹孔(9-1)上坐落有光滑球体(8),光滑球体(8)的上方与所
述工作台(1)点接触;
还包括分置的百分表座(7),百分表座(7)上装有用于测定所述工作台(1)抬升高度的
百分表,所述工作台(1)上有定位凹点(1-2),百分表的测头嵌入所述定位凹点(1-2),所述
定位凹点(1-2)位于所述升降调节螺钉(9)的轴线上,所述升降调节螺钉(9)与铰接轴(14)
的轴线距离是定值y,定值y的精度为0.01mm。
2.根据权利要求1所述的临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:所述被测试样Ⅰ(3)
制作成中间粗两端细的台阶圆轴形,被测试样Ⅰ(3)在静止和滚动?#26412;?#19982;所述电磁铁(5)构
成封闭磁路。
3.根据权利要求1所述的临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:所述工作台(1)的
测试区域的两端极限位置均设置有?#37096;椋?)。
4.根据权利要求1所述的临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:所述底座(12)的下
端面上设置有多个调整螺钉(11)。
5.根据权利要求1所述的临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:所述电磁铁(5)的
铁芯是“U”形,所述电磁铁(5)通过卡箍(6)和螺栓组件固定在所述工作台(1)下面。
6.根据权利要求1所述的临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:所述被测试样Ⅱ
(4)的上平面与所述工作台(1)的上平面齐平或低于所述工作台(1)的上平面。
7.根据权利要求1所述的临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:所述工作台(1)靠
近铰接轴的一端具有筋板(1-1),所述铰支座(13)的两侧与底座(12)之间有加强肋板(13-
1)。
8.根据权利要求1所述的临界滚动摩擦系数测定装置,其特征在于:所述调节支架(10)
是直角形支架,直角形支架的竖直段固定在所述底座(12)上,直角形支架的水平段安装所
述的升降调节螺钉(9)。
9.一种采用权利要求1所述装置的滚动摩擦系数测定方法,其特征在于:
包括如下步骤:
第一?#20581;?#23558;底座(12)和工作台(1)水平找正,百分表调零,百分表的测头嵌入定位凹点
(1-2),升降调节螺钉(9)与铰接轴(14)的轴线距离在制作?#26412;?#30830;定好定值y,定值y的精度
为0.01mm;
第二?#20581;?#23558;被测试样Ⅰ(3)置于被测试样Ⅱ(4)上静置,被测试样Ⅰ(3)的滚动方向朝向所
述铰支座(13);
第三?#20581;?#32531;慢旋转升降调节螺钉(9),通过光滑球体(8)抬起工作台(1),抬起的距离由
百分表直接读出;
第四?#20581;?#24403;被测试样Ⅰ(3)恰好在被测试样Ⅱ(4)上发生滚动时,实验结束,记?#21363;?#26102;抬
起距离读数x0根据u0 = tan θ0 =x0/y,得到滚动摩擦系数u0的值;
第五?#20581;?#35843;节可调直流电压源(5-2),改变直流电流I的大小,施加不同大小的吸力,重
复上述试验,测定不同大小正压力时,滚动摩擦系数值的变化。

说明书

临界滚动摩擦系数测定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦系数测量装置,属于测量仪器技术领域。

背景技术

当测量两物体之间的滚动摩擦系数时,现有方法是将两物体同时放置于一倾角可
以变化的斜面上,一物体置于另一物体之上。下面的物体固定于斜面上, 上面的物体制作
成圆柱状,可以在下面的物体表面上自由滚动。如图5所示。

根据牛顿第二定律分析被测试样1开始运动时的情况。当倾斜角不大时, 被测试
样1相对于被测试样2处于静止状态。这时,有下式的力平衡:

N mgcosθ =0 (1)

mgsinθ -f = 0 (2)

(1)式中,N 为被测试样2施加在被测试样1?#31995;?#25903;撑反力;(2)式中,f为摩擦力。逐渐增
θ角(可以通过改变距离x实现)到θ=θ0时,被测试样1恰好开始滚动,这时摩擦力记为fr,fr
= u0N,此时的u0称为临界滚动摩擦系数,也是本发明要测量的物理量。将该式代入到(1)、
(2)式中,可得

u0 = tan θ0 =x0/y(3)

不同材料、不同表面粗糙度、不同使用环?#31243;?#20214;下,两物体间的u0不同,故需要仪器设
备在具体条件下进行摩擦系数的测定;另正压力的大小理论上?#25442;?#24433;响u0的大小,但在工
程应用中,由于两摩擦材料接触表面的微观形貌不同(尤其是金属材料对非金属材?#31995;?#25705;
擦),正压力变化会导致u0在一定?#27573;?#20869;发生变动,?#35797;?#19981;同正压力大小施加作用下的u0精
确测定,也是工程应用中需要解决的问题。

经文献查新和专利检索,现有用于测定滚动摩擦系数(如M-2000多功能摩擦-磨损
实验机)的方法原理可归结为斜面小车法,即将被测试样1做成小车车轮,被测试样2做成平
板,对小车施加不同重量以测定两材料间的滚动摩擦系数。该方法需要在待测试样上装配
滚动轴承,欲使小车车轮滚动,必须先克服滚动轴承滚子与保持架间的摩擦力,故存在一定
测量误差。此外,中国专利ZL99251092.9《摩擦系数测定仪》是通过观察得到θ0角来计算u0
的,精度?#31995;停?#19988;无法改变正压力,只涉及静摩擦系数测定,不涉及滚动摩擦系数测定范畴。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处,本发明提供一种临界滚动摩擦系数测定装置
及方法,可?#25105;?#25913;变正压力大小,精确测定滚动摩擦系数u0,将摩擦系数的测定问题转换为
距离测量问题,便捷直观。

本发明是通过如下技术方案实现的:一种临界滚动摩擦系数测定装置,它包括底
座,底座上面的一端固定有铰支座,底座上面的另一端固定有调节支架;

所述铰支座上通过铰接轴铰接有工作台,工作台在初始位置与所述底座平行,所述工
作台的中部有测试区域,测试区域内嵌装有平板状的被测试样Ⅱ,被测试样Ⅱ上放置有被
测试样Ⅰ,被测试样Ⅰ是圆柱形金属件;所述被测试样Ⅱ下方安装有给被测试样Ⅰ提供压力的
电磁铁,电磁铁的绕组线圈电连接有可调直流电压源;

所述调节支架位于所述工作台下方,所述调节支架上有升降调节螺钉,升降调节螺钉
通过螺纹副安装在所述调节支架上,所述升降调节螺钉与所述底座相垂直,所述升降调节
螺钉的下端为调整?#30452;?#25152;述升降调节螺钉的上端制作有中心凹孔,中心凹孔上坐落有光
滑球体,光滑球体的上方与所述工作台点相接触;

还包括分置的百分表座,百分表座上装有用于测定所述工作台抬升高度的百分表,所
述工作台上有定位凹点,百分表的测头嵌入所述定位凹点,所述定位凹点位于所述升降调
节螺钉的轴线上,所述升降调节螺钉与铰接轴的轴线距离是定值y,定值y的精度为0.01mm。

所述被测试样Ⅰ制作成中间粗两端细的台阶圆轴形,被测试样Ⅰ在静止和滚动?#26412;?br />与所述电磁铁构成封闭磁路。

所述工作台的测试区域的两端极限位置均设置有?#37096;欏?br />

所述底座的下端面上设置有多个调整螺钉。

所述电磁铁的铁芯是“U”形,所述电磁铁通过卡箍和螺栓组件固定在所述工作台
下面。

所述被测试样Ⅱ的上平面与所述工作台的上平面齐平或低于所述工作台的上平
面。

所述工作台靠近铰接轴的一端具有筋板,所述铰支座的两侧与底座之间有加强肋
板。

所述调节支架是直角形支架,直角形支架的竖直段固定在所述底座上,直角形支
架的水平段安装所述的升降调节螺钉。

一种采用所述装置的滚动摩擦系数测定方法,

包括如下步骤:

第一?#20581;?#23558;底座和工作台水平找正,百分表调零,百分表的测头嵌入定位凹点,升降调
节螺钉与铰接轴的轴线距离在制作?#26412;?#30830;定好定值y,定值y的精度为0.01mm;

第二?#20581;?#23558;被测试样Ⅰ置于被测试样Ⅱ上静置,被测试样Ⅰ的滚动方向朝向所述铰支座;

第三?#20581;?#32531;慢旋转升降调节螺钉,通过光滑球体抬起工作台,抬起的距离由百分表直接
读出;

第四?#20581;?#24403;被测试样Ⅰ恰好在被测试样Ⅱ上发生滚动时,实验结束,记?#21363;?#26102;抬起距离
读数x0根据u0 = tan θ0 =x0/y,得到滚动摩擦系数u0的值;

第五?#20581;?#35843;节可调直流电压源,改变直流电流I的大小,施加不同大小的吸力,重复上述
试验,测定不同大小正压力时,滚动摩擦系数值的变化。

本发明的有益效果是:

1、本发明将摩擦系数的测定问题转换为距离测量问题,便捷直观;将负载施加变换为
电磁力施加,操作简便,误差小。

2、本发明较?#20013;?#27979;量方法测量精度准确。距离x的测定通过百分表测定读取,精度
可达到0.01mm,精度较高;距离y通过制造保证,精度亦可达到0.01mm,精度较高。

3、本发明正压力施加通过电磁吸力装置实现,可通过改变直流电流的大小改变正
压力大小,测量不同正压力下两材料间的滚动摩擦系数;

4、本发明测量结构简单、操作便利,易于实施推广。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明主视图;

图2是图1的俯视图;

图3是图1的左视图;

图4是图2的A-A视图;

图5是本发明原理图。

图中,1、工作台,1-1、筋板,1-2、定位凹点,2、?#37096;椋?、被测试样Ⅰ,4、被测试样Ⅱ,5、电
磁铁,5-1、绕组线圈,5-2、可调直流电压源,6、卡箍,7、百分表座,8、光滑球体,9、升降调节
螺钉,9-1、中心凹孔,10、调节支架,11、调整螺钉,12、底座,13、铰支座,13-1、加强肋板,14、
铰接轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

如附图图1-图4所示的一种临界滚动摩擦系数测定装置,它包括底座12,底座12上
面的一端固定有铰支座13,底座12上面的另一端固定有调节支架10;

所述铰支座13上通过铰接轴14铰接有工作台1,工作台1在初始位置与所述底座12平
行,所述工作台1的中部有测试区域,测试区域内嵌装有平板状的被测试样Ⅱ4,被测试样Ⅱ
4上放置有被测试样Ⅰ3,被测试样Ⅰ3是圆柱形金属件;所述被测试样Ⅱ4下方安装有给被测
试样Ⅰ3提供压力的电磁铁5,电磁铁5的绕组线圈5-1电连接有可调直流电压源5-2;

所述调节支架10位于所述工作台1下方,所述调节支架10上有升降调节螺钉9,升降调
节螺钉9通过螺纹副安装在所述调节支架10上,所述升降调节螺钉9与所述底座12相垂直,
所述升降调节螺钉9的下端为调整?#30452;?#25152;述升降调节螺钉9的上端制作有中心凹孔9-1,中
心凹孔9-1上坐落有光滑球体8,光滑球体8的上方与所述工作台1点相接触;

还包括分置的百分表座7,百分表座7上装有用于测定所述工作台1抬升高度的百分表,
所述工作台1上有定位凹点1-2,百分表的测头嵌入所述定位凹点1-2,所述定位凹点1-2位
于所述升降调节螺钉9的轴线上,所述升降调节螺钉9与铰接轴14的轴线距离是定值y,定值
y的精度为0.01mm。

所述被测试样Ⅰ3制作成中间粗两端细的台阶圆轴形,被测试样Ⅰ3在静止和滚动时
均与所述电磁铁5构成封闭磁路。

所述工作台1的测试区域的两端极限位置均设置有?#37096;?。

所述底座12的下端面上设置有多个调整螺钉11。

所述电磁铁5的铁芯是“U”形,所述电磁铁5通过卡箍6和螺栓组件固定在所述工作
台1下面。

所述被测试样Ⅱ4的上平面与所述工作台1的上平面齐平或低于所述工作台1的上
平面。

所述工作台1靠近铰接轴的一端具有筋板1-1,所述铰支座13的两侧与底座12之间
有加强肋板13-1。

所述调节支架10是直角形支架,直角形支架的竖直段固定在所述底座12上,直角
形支架的水平段安装所述的升降调节螺钉9。

一种采用所述装置的滚动摩擦系数测定方法,

本发明仪器在出厂前先进行电磁力标定:由于电磁力大小与直流通电电流?#25910;?#27604;例线
性关系,故需确定施加标准单位正压力时,所需的直流电流大小。

由于本发明正压力施加装置需构成封闭电磁回路,故被测试样Ⅰ3必须为金属导
体;同时,由于发明装置要求被测试样Ⅰ3在被测试样Ⅱ4上滚动,故被测试样Ⅰ3必须做成规
定圆柱状规格尺寸;被测试样Ⅱ4制作成标准规格平板,安装在发明装置中。

参考图5,包括如下步骤:

第一?#20581;?#23558;底座12和工作台1水平找正,百分表调零,百分表的测头嵌入定位凹点1-2,
升降调节螺钉9与铰接轴14的轴线距离在制作?#26412;?#30830;定好定值y,定值y的精度为0.01mm;

第二?#20581;?#23558;被测试样Ⅰ3置于被测试样Ⅱ4上静置,被测试样Ⅰ3的滚动方向朝向所述铰支
座13;

第三?#20581;?#32531;慢旋转升降调节螺钉9,通过光滑球体8抬起工作台1,抬起的距离由百分表
直接读出;

第四?#20581;?#24403;被测试样Ⅰ3恰好在被测试样Ⅱ4上发生滚动时,实验结束,记?#21363;?#26102;抬起距
离读数x0根据u0 = tan θ0 =x0/y,得到滚动摩擦系数u0的值;

第五?#20581;?#35843;节可调直流电压源5-2,改变直流电流I的大小,施加不同大小的吸力,重复
上述试验,测定不同大小正压力时,滚动摩擦系数值的变化。

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