CN102507435A - 摩擦系数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦系数测量方法，该方法包括：安装步骤：将两个试片(1)分别固定到扭转试验机的两个夹件(2)上，并使该两个试片(1)相互接触；加载步骤：通过所述扭转试验机向所述两个试片(1)加载垂直于所述试片(1)的正向压力P，使所述两个试片(1)相对转动，并实时记录该转动过程中的所述两个试片(1)之间的摩擦力矩Mi；以及计算步骤：根据所述两个试片(1)的接触面的尺寸、正向压力P和所述摩擦力矩Mi计算得到摩擦系数值。因此上述摩擦系数测量方法操作简便、误差较小。此外，由于扭转试验机的加载力可以达到很大，因此该摩擦系数测量方法的应用范围也较广。

Description

摩擦系数测量方法

技术领域

本发明涉及材料性能测试领域，涉及一种测量材料的摩擦系数(尤其是静摩擦系数)的方法。

背景技术

材料间的摩擦系数(尤其是静摩擦系数)是材料性能的一个重要指标，直接影响到机械传动过程的平稳程度。通常在摩擦材料试验机上进行摩擦系数的测量。图1中示出了现有的一种摩擦材料试验机。使用时，将待测量的两个试片1′分别夹持在摩擦材料试验机的两根相对的主轴2’上，然后通过主轴2’对试片1’施加垂直于该试片1’的正向压力P，再在加载杆3’的末端不断加砝码5’，直至加载杆3’下方的百分表4’指针摆动，并记录该百分表4’指针摆动瞬间的两个试片1′之间的摩擦力矩Mi。然后根据以下公式(1)来计算两个试片1′之间的静摩擦系数μ。

$\mathrm{\μ}=\frac{\mathrm{Mi}}{P\×R}---\left(1\right)$

其中，μ为材料的静摩擦系数；Mi为两个试片1′之间的摩擦力矩；P为施加在试片1’上的垂直于该试片1’的正向压力P；R为两个试片1’的接触面的平均半径，例如如果接触面为环形，则R为该环形的内圆半径和外圆半径的平均值，如果接触面为圆形，则R为该圆形半径的一半。

在上述传统的测量静摩擦系数的方法中，由于需要通过不断地加载砝码来推动加载杆3’，因此操作不方便，而且需要人工记录百分表指针摆动瞬间的两个试片1′之间的摩擦力矩Mi，操作人员很难准确地记录该摩擦力矩Mi，因此导致获得的静摩擦系数的误差较大。此外，由于摩擦材料试验机的加载力有限，因此不适宜测量压强较大的工作条件下试片1′之间的摩擦力，从而使得该方法的应用受限。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简便、误差较小且应用范围较广的摩擦系数测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种摩擦系数测量方法，其中，该方法包括：安装步骤：将两个试片分别固定到扭转试验机的两个夹件上，并使该两个试片相互接触；加载步骤：通过所述扭转试验机向所述两个试片加载垂直于所述试片的正向压力P，使所述两个试片相对转动，并实时记录该转动过程中的所述两个试片之间的摩擦力矩Mi；以及计算步骤：根据所述两个试片的接触面的尺寸、正向压力P和所述摩擦力矩Mi计算得到摩擦系数值。

优选地，在所述计算步骤中，还根据所述摩擦系数值获得在所述两个试片的相对转动过程中的摩擦系数-时间曲线。

优选地，在所述计算步骤中，还根据所述摩擦系数-时间曲线的峰值确定所述两个试片的静摩擦系数值。

优选地，在所述加载步骤中，通过所述扭转试验机设定所述两个试片相对转动的转动角度和转动时间。

优选地，在所述加载步骤中，使所述两个试片相对转动多次，并通过所述扭转试验机设定所述两个试片每次相对转动的转动角度和转动时间。

优选地，在所述两个试片多次相对转动过程中，至少两次相对转动的转动方向相反。

优选地，所述两个试片多次相对转动过程包括三次依次进行的顺时针相对转动和三次依次进行的逆时针转动。

优选地，通过所述扭转试验机自动完成所述计算步骤。

优选地，所述扭转试验机为材料试验机。

通过上述技术方案，由于通过现有的用于扭转试验的扭转试验机能够自动地完成向两个试片加载正向压力，使所述两个试片相对转动，并实时记录该转动过程中的两个试片之间的摩擦力矩的过程，而无需人工操作或记录，因此上述摩擦系数测量方法操作简便、误差较小。此外，由于扭转试验机的加载力可以达到很大，因此该摩擦系数测量方法的应用范围也较广。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有的摩擦系数测量方法所采用的摩擦材料试验机的结构示意图；

图2是根据本发明的一种实施方式的摩擦系数测量方法所采用的扭转试验机的结构示意图；

图3是根据本发明的一种实施方式的摩擦系数测量方法测得的摩擦系数-时间曲线示意图。

附图标记说明

1试片；        2夹件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式提供了一种摩擦系数测量方法，其中，该方法包括：安装步骤：将两个试片1分别固定到扭转试验机的两个夹件2上，并使该两个试片1相互接触；加载步骤：通过所述扭转试验机向所述两个试片1加载垂直于所述试片1的正向压力P，使所述两个试片1相对转动，并实时记录该转动过程中的所述两个试片1之间的摩擦力矩Mi；以及计算步骤：根据所述两个试片1的接触面的尺寸、正向压力P和所述摩擦力矩Mi计算得到摩擦系数值。

通过上述技术方案，由于通过现有的用于扭转试验的扭转试验机能够自动地完成向两个试片1加载正向压力P，使所述两个试片1相对转动，并实时记录该转动过程中的两个试片1之间的摩擦力矩Mi的过程，而无需人工操作或记录，因此上述摩擦系数测量方法操作简便、误差较小。此外，由于扭转试验机的加载力可以达到很大，因此该摩擦系数测量方法的应用范围也较广。

所述扭转试验机是一种现有的用于进行扭转试验的设备，通常用于测量待测工件的扭转刚度，可自动设置加载载荷，并可自动记录待测工件的扭矩-时间曲线。扭转试验机可以包括传动装置，加载装置和数据采集、处理、输出装置等。两个夹件2设置在加载装置上，通过加载装置设置加载载荷，并对安装到两个夹件2上的两个试片1加载正向压力。通过数据采集、处理、输出装置自动记录待测工件的扭矩等数据，根据需要对数据进行相应的处理并输出结果。扭转试验机是一般实验室都具备的设备，利用这一现成的设备，可方便地实现摩擦系数的测量，无需设计、制造或购买其他设备，大大节约了实验室的经费；并且，利用扭转试验机能够准确地测得摩擦系数，提高了测量精度。

通过上述摩擦系数测量方法，优选地，在所述计算步骤中，还可以根据所述摩擦系数值获得在所述两个试片1的相对转动过程中的摩擦系数-时间曲线。

通过上述摩擦系数测量方法，根据获得的摩擦系数-时间曲线的峰值可以确定两个试片1的静摩擦系数值，根据摩擦系数-时间曲线的峰值之间的其他摩擦系数值可以确定两个试片1的滑动摩擦系数值。

在上述摩擦系数测量方法的所述加载步骤中，可以通过所述扭转试验机设定所述两个试片1相对转动的转动角度和转动时间，以便设定两个试片的相对转动速度。优选地，在所述加载步骤中，使所述两个试片1相对转动多次，并通过所述扭转试验机设定所述两个试片1每次相对转动的转动角度和转动时间。从而可以完成多次平行试验，并根据多次平行试验的试验结果用统计方法得到更准确的摩擦系数值。

更优选地，在所述两个试片1多次相对转动过程中，至少两次相对转动的转动方向相反。以便尽可能消除因转动方向而带来的误差。例如，所述两个试片1多次相对转动过程包括三次依次进行的顺时针相对转动和三次依次进行的逆时针转动。

所述摩擦系数测量方法的计算步骤中，根据所述两个试片1的接触面的尺寸、正向压力P和所述摩擦力矩Mi计算得到摩擦系数值。该计算方法为本领域公知，例如可以根据以下公式(1)来计算两个试片1之间的静摩擦系数μ。

$\mathrm{\μ}=\frac{\mathrm{Mi}}{P\×R}---\left(1\right)$

其中，μ为材料的静摩擦系数；Mi为两个试片1之间的摩擦力矩；P为施加在试片1上的垂直于该试片1的正向压力P；R为两个试片1的接触面的平均半径，例如，如果接触面为环形，则R为该环形的内圆半径和外圆半径的平均值，如果接触面为圆形，则R为该圆形半径的一半。

从而，根据扭转试验机记录的摩擦力矩Mi-时间曲线以及上述计算公式可以获得在所述两个试片1的相对转动过程中的摩擦系数-时间曲线。

上述计算步骤可以由人工进行，但是优选地可以在扭转试验机中输入相应的计算程序，由扭转试验机自动地完成所述计算步骤并输出所述摩擦系数-时间曲线。

所述扭转试验机可以为各种适当的能够实现上述摩擦系数测量方法的扭转试验机，优选地，所述扭转试验机为实验室常备的材料试验机，例如由美国MTS公司生产的MTS858型材料试验机。材料试验机除了可以用于实现上述扭转试验机的功能之外，还可以用于金属、非金属等各种材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切试验或一些构件的特殊试验，因此是一般实验室都具备的设备。例如如图2所示的材料试验机具有上下两个夹件2，下方的夹件2安装在工作台上，上方的夹件2安装在支架上。两个夹件2能够在传动装置的作用下沿上下方向相对移动，以便通过加载装置对分别安装在两个夹件2上的两个试片1加载垂直于试片的正向压力P。传动装置还能够使两个夹件2相对转动。通过材料试验机的数据采集、处理、输出装置可以自动记录两个工件2之间的扭矩等数据，并根据需要对数据进行相应的处理并输出结果。

下面以测量钢板和塑料之间的摩擦系数为实施例，简要说明根据本发明的摩擦系数测量方法的一个实施例。

将分别由钢板和塑料制成的两个试片1分别固定到MTS858型材料试验机的两个夹件2上，并调整两个试片1之间的间隙，使该两个试片1相互接触。然后操作扭转试验机，输入正向压力P为30MPa，并输入两个试片1相对转动的转动角度和转动时间，使两个试片1先顺时针相对转动三次，每次转动角度为20°，转动时间为10秒，再逆时针转动三次，每次转动角度为20°，转动时间为7秒。然后启动材料试验机开始试验，最后材料试验机输出如图3所示的摩擦系数-时间曲线。

在图3中，横坐标为时间，纵坐标为摩擦系数。沿横坐标的前29秒左右为试验机的启动准备阶段，从29秒至59秒的曲线为两个试片1顺时针相对转动三次的摩擦系数-时间曲线，从59秒至80秒的曲线为两个试片1逆时针相对转动三次的摩擦系数-时间曲线。该摩擦系数-时间曲线的六个峰值为静摩擦系数值，其他值为滑动摩擦系数值。可以利用统计方法根据这些摩擦系数值获得用于试验的钢板和塑料之间的摩擦系数。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种摩擦系数测量方法，其特征在于，该方法包括：

安装步骤：将两个试片(1)分别固定到扭转试验机的两个夹件(2)上，并使该两个试片(1)相互接触；

加载步骤：通过所述扭转试验机向所述两个试片(1)加载垂直于所述试片(1)的正向压力P，使所述两个试片(1)相对转动，并实时记录该转动过程中的所述两个试片(1)之间的摩擦力矩Mi；以及

计算步骤：根据所述两个试片(1)的接触面的尺寸、正向压力P和所述摩擦力矩Mi计算得到摩擦系数值。

2.根据权利要求1所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，在所述计算步骤中，还根据所述摩擦系数值获得在所述两个试片(1)的相对转动过程中的摩擦系数-时间曲线。

3.根据权利要求2所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，在所述计算步骤中，还根据所述摩擦系数-时间曲线的峰值确定所述两个试片(1)的静摩擦系数值。

4.根据权利要求1所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，在所述加载步骤中，通过所述扭转试验机设定所述两个试片(1)相对转动的转动角度和转动时间。

5.根据权利要求1所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，在所述加载步骤中，使所述两个试片(1)相对转动多次，并通过所述扭转试验机设定所述两个试片(1)每次相对转动的转动角度和转动时间。

6.根据权利要求5所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，在所述两个试片(1)多次相对转动过程中，至少两次相对转动的转动方向相反。

7.根据权利要求6所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，所述两个试片(1)多次相对转动过程包括三次依次进行的顺时针相对转动和三次依次进行的逆时针转动。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，通过所述扭转试验机自动完成所述计算步骤。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的摩擦系数测量方法，其特征在于，所述扭转试验机为材料试验机。

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