CN101763763B - 摩擦试验装置 - Google Patents

Abstract

一种摩擦试验装置，其包括机架、滑板、手动调整系统、电机调整系统，滑板一端铰接于机架上，即滑板固定于滑板连接座上，且滑板连接座通过平键连接转轴，转轴通过轴承垂直连接固定在机架上，电机调整系统和手动调整系统的动力输出端的蜗轮轴与转轴相连可带动滑板转动，分别通过电机快速及手动微调两种方式控制滑板转动的角度，使其可以在0～50°内有效调节滑板倾角。其还在滑板上安装有角度传感器，可以对倾角进行实时监测，且精确度高。

Description

摩擦试验装置

技术领域

本发明属于物理科学领域，涉及一种力学装置，尤其是一种摩擦试验装置。

背景技术

现有摩擦实验装置其滑板倾角一般通过手动调节，且用量角器测量倾角大小，误差大。手动调整滑板倾角采用丝杆转动改变丝杆支架连杆的角度，使铰支点作垂直升降运动，铰支点支撑于滑板底部，用来调整滑板倾角。由于丝杆支架连杆固定在机架上，留有一定的高度，造成滑板与机架间形成一个死角，因此调整滑板倾角有局限性。也就是说，在手轮带动丝杆转动后，固定在机架上的丝杆支架的连杆已达到极限位置。铰支点支撑于滑板的底部，滑板经铰链与机架相连接，此时滑板与机架已形成一个死角，不能做小角度的实验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摩擦试验装置，可以在0～50°内有效调节滑板倾角。

本发明的目的还在于提供一种摩擦试验装置，可以对倾角实时监测，且精确度高。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种摩擦试验装置，其包括机架、滑板、手动调整系统、电机调整系统，滑板一端铰接于机架上，电机调整系统和手动调整系统分别与滑板相连，控制带动滑板转动产生倾角。

进一步，所述电机调整系统包括电机、第二电磁离合器、蜗杆轴连接器、蜗轮箱、蜗轮杆，电机通过电机输出轴与第二电磁离合器相连接，第二电磁离合器的另一端则与蜗杆轴连接器相连，蜗轮杆输出相应动力。

所述手动调整系统包括手动轮、传动轴、圆锥齿轮、第一电磁离合器、相互啮合第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮、蜗杆轴连接器、蜗轮箱、蜗轮杆，手动轮与传动轴相连带动其转动，传动轴将该动力传递给一组圆锥齿轮，进而再传递给与圆锥齿轮相连的第一电磁离合器，第一电磁离合器同时也与相互啮合的第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮相连，把动力传递至相互啮合的第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮，第二圆柱直齿轮连接蜗杆轴连接器将动力输入蜗轮箱，蜗杆带动蜗轮转动，并通过蜗轮轴输出。

所述滑板固定于滑板连接座上，且滑板连接座通过平键连接转轴，转轴通过轴承垂直连接固定在机架上，蜗轮轴与转轴相连驱动转轴。

所述滑板上还设置有传感器座，其内安装角度传感器。

其还设有显示控制集成部分，包括显示器、控制按钮。

所述角度传感器与转轴同轴，且与机架垂直。

其还包括调节手轮、调节板、手柄，手柄通过螺钉螺帽联接于机架上，通过旋转调节手轮可使调节板和滑板形成一定范围内变化的夹角。

其还设有四个支座，其安装于机架底部以支撑机架。

其中，手动调整系统和电机调整系统存在共用设备有：蜗杆轴连接器、蜗轮箱、蜗轮杆。而电磁离合器、圆柱直齿轮则各有一套。

两套系统的装备关系：第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮处常啮合状态。在电机调整模式下，第一电磁离合器断开，而第二电磁离合器闭合；手动调整模式下，第二电磁离合器断开，而第一电磁离合器闭合，此时，动力通过第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮传到蜗杆轴上。

手动和机动模式共用一套蜗杆轴、蜗轮箱装置，动力都由蜗杆轴传至蜗轮箱内。

本发明由转轴带动滑板转动来改变滑板的倾角，倾角范围达0～50°的任意角度。滑板倾角调整分为由电动机带动的快速调整和用手动轮微调二种。在滑板倾角测量方面，采用转轴与角度传感器的连接，达到实时监测的目的，可反映滑板每一时刻的角度变化。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：(1)可在0～50°的任意角度范围内调整滑板倾角，满足小角度实验所需；(2)可作机械快速调整和手动微调；(3)通过角度传感器和显示仪器准确反映当前角度，减少手工测量产生的误差，操作方便；(4)结构紧凑，集机械与电子测量为一体。

附图说明

图1为本发明实施例的主视示意图。

图2为本发明实施例的俯视示意图。

图3为角度显示结构侧面示意图。

图4为角度显示结构俯视示意图。

图5为手动微调装置的结构示意图。

图6为电机快速调整装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明摩擦试验装置，主要为了进行如下实验，以更好地理解摩擦学的本质：

(1)通过改变倾角，测量不同材料的静摩擦系数；

(2)通过测量两点之间的时间间隔，测量不同材料的动摩擦系数；

(3)当滑块高度较大时，能演示不同载荷下滑块翻倒和滑动的情况；

(4)能演示轮子在斜面上产生纯滚动和又滚又滑运动的情况。

为了提高试验精度，本发明主要包括以下两个方面：一是对滑板倾角进行有效调节；二是实现倾角的实时监测。为了达到这两种目的，分别采用如下的设计方案：

一、滑板倾角的调节

在调整滑板倾角的传动方式上，采用蜗轮蜗杆传动，用来传递两交错轴之间的运动和动力。该传动平稳，运动精度高，噪音和振动较小，此蜗杆传动设计具有自锁性能，当蜗轮轴停止转动后，不需要另加轴的锁紧装置，使滑板倾角保持不变，并能实现0～50°设定工作范围内的任意角度调整。滑板倾角的调整分为电机快速调整和手动微调二部分，本实验装置在接通电源后可先用电机快速调整将滑板倾角调至实验所需角度附近，再用手动微调至实验所需角度。

(1)电机快速调整

电机快速调整装置2的传动部分见图6，其主要由减速电动机2-5、电机输出轴2-4、第二电磁离合器2-3、蜗杆轴连接器2-1、蜗轮箱14和蜗轮轴输出15部件组成。传动链为：减速电机2-5转动，由电机输出轴2-4通过第二电磁离合器2-3带动蜗杆轴连接器2-1转动，将动力输入蜗轮箱14，蜗杆带动蜗轮转动，通过蜗轮轴输出15(因蜗轮轴输出与滑板相连接)，带动滑板3转动，实现滑板的倾角变化作快速调整，从而，彻底改变原有实验装置的传动方式。

(2)手动慢速微调

该装置除了进行大角度的快速调整外，还设置了手动微调装置1，见图5，其由手动轮7、手动传动轴1-4、、一组圆锥齿轮1-3、第一电磁离合器1-2、相互啮合的第一圆柱直齿轮1-1和第二圆柱直齿轮2-2、蜗杆轴连接器2-1、蜗轮箱14和蜗杆轴输出15部件组成。传动链为：手动轮7带动传动轴1-4转动，传动轴1-4将该动力传递给一组圆锥齿轮1-3，进而再传递给与圆锥齿轮1-3相连的第一电磁离合器1-2，第一电磁离合器1-2同时也与相互啮合的第一圆柱直齿轮1-1和第二圆柱直齿轮2-2相连，把动力传递至相互啮合的第一圆柱直齿轮1-1和第二圆柱直齿轮2-2，)由第二圆柱齿轮2-2带动蜗杆轴连接器2-1运动，将动力输入蜗轮箱14，蜗杆带动蜗轮转动，通过蜗轮轴输出15(因蜗轮轴输出与滑板相连接)，带动滑板3转动，调整滑板倾角的角度，起到慢速微调的作用。手动模式下第一电磁离合器1-2处连接状态，起动力传送作用；第二电磁离合器2-3处打开状态。

本发明摩擦试验装置还设有四个支座10，其安装于机架12底部以支撑机架12；还包括调节手轮4、调节板5、手柄6，手柄6通过螺钉螺帽联接于机架12上，通过旋转调节手轮4可使调节板5和滑板3形成一定范围内变化的夹角。

二、滑板倾角的实时监测

在转轴16输出部位设立角度传感器连接部件以及传感器安装座17，机架12上确定固定位置，将转轴16、角度传感器18、机架12连接为一体，滑板连接座13连接滑板3和转轴16，而转轴16通过轴承连接在机架12上，滑板连接座13固连了滑板3和转轴16，而与机架12可通过转轴3进行转动，且保持角度传感器18与转轴16之间的同轴度及与机架12的垂直度。当转轴16带动滑板3转动时，角度传感器18将测得数据传送到显示控制集成9部分的显示器11，即可反映滑板3的倾斜角度。角度显示精度值为0.01°，可大大提高角度测量精度，与现有实验装置用量角器测量倾角的方法相比，有了一个根本性的改进，从而有效地解决了实验角度测量误差的问题。图3、图4为角度显示结构图，其中图3为侧视图，图4为俯视图。

图3中直观反映滑板倾角的状态。这部分主要有机架12、滑板3、滑板连接座13和转轴16组成。当电机(通过控制按钮8)或手动将动力输入蜗轮箱14后，蜗轮轴15输出带动滑板转轴16转动，转轴16与机架12垂直，转轴16端部装有向心球轴承装配于机架12的轴承座孔内，轴向定位。确保转轴16转动灵活，同时保持与机架12的垂直度。转轴16通过平键与滑板连接座13连接，来传递扭矩。滑板3用内六角螺钉紧固在滑板连接座13上，因此转轴16转动时，带动滑板连接座13和滑板3同时转动，即可调整滑板3的倾角。由于滑板3与机架12开机前的初始位置呈水平位置，当转轴16转动后滑板3就能在0～50°范围内任意调整倾角角度，这里0～50°是实验所需的角度范围。

图4中反映角度显示结构及相互关系。角度显示结构主要有机架12、滑板3、蜗轮箱14、转轴16、蜗轮轴输出15、传感器座17、角度传感器18、显示仪表11和导线组成。蜗轮箱14用内六角螺钉紧固在机架12上，当电机或手动将动力输入蜗轮箱14后，蜗轮轴输出15带动滑板转轴16转动，由于滑板3与滑板连接座13和转轴16连接，此部分的连接关系在上面已有说明，因此转轴16转动时，同时带动滑板3转动，滑板倾角产生变化。传感器座17用内六角螺钉紧固在机架12上，角度传感器18安装于传感器座17中，并与转轴16配合连接，角度传感器18的输出导线与显示仪表11连接。当转轴16转动后角度传感器18即时地将测得数据通过导线传送至显示仪表11，可实时监测滑板倾角变化。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种摩擦试验装置，其特征在于：其包括机架、滑板、手动调整系统、电机调整系统，滑板一端铰接于机架上，电机调整系统和手动调整系统分别与滑板相连，控制带动滑板转动产生倾角；

所述电机调整系统包括电机、第二电磁离合器、蜗杆轴连接器、蜗轮箱、蜗轮杆，电机通过电机输出轴与第二电磁离合器相连接，第二电磁离合器的另一端则与蜗杆轴连接器相连，蜗轮杆输出相应动力；

所述手动调整系统包括手动轮、传动轴、圆锥齿轮、第一电磁离合器、相互啮合第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮、蜗杆轴连接器、蜗轮箱、蜗轮杆，手动轮与传动轴相连带动其转动，传动轴将该动力传递给一组圆锥齿轮，进而再传递给与圆锥齿轮相连的第一电磁离合器，第一电磁离合器同时也与相互啮合的第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮相连，把动力传递至相互啮合的第一圆柱直齿轮和第二圆柱直齿轮，第二圆柱直齿轮连接蜗杆轴连接器将动力输入蜗轮箱，蜗杆带动蜗轮转动，并通过蜗轮轴输出。

2.如权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述滑板固定于滑板连接座上，且滑板连接座通过平键连接转轴，转轴通过轴承垂直连接固定在机架上，电机调整系统和手动调整系统的动力输出端的蜗轮轴与转轴相连驱动转轴。

3.如权利要求2所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述滑板上还设置有传感器座，其内安装角度传感器。

4.如权利要求3所述的摩擦试验装置，其特征在于：其还设有显示控制集成部分，包括显示器、控制按钮。

5.如权利要求3所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述角度传感器与转轴同轴，且与机架垂直。

6.如权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：其还包括调节手轮、调节板、手柄，手柄通过螺钉螺帽联接于机架上，通过旋转调节手轮可使调节板和滑板形成一定范围内变化的夹角。

7.如权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：其还设有四个支座，其安装于机架底部以支撑机架。

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