CN102590078A - 一种橡胶动态摩擦磨损检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械技术领域，涉及一种橡胶动态摩擦磨损检测装置，电机与主动带轮相连接并皮带与从动带轮组成皮带式传动结构；从动带轮固定在主轴上并与轴承组成中间传动，主轴左侧靠从动带轮处安装有支板，主轴右侧固定制有偏心轮并通过连杆与滑动体相连接；滑动检测平台固定在导轨上，上端侧固定连接制有检测用的摩擦样板，内部安装有温控装置，正上方设置有载荷调整装置，试样夹持装置固定在载荷调整装置上，丝杠顶端上制有施力手柄，施力手柄的旁边制有位移控制手柄经过丝杠固定在载荷调整装置上，载荷调整装置纵向固连在支板上；其结构合理，原理安全可靠，制造简便，成本低，控制和操作方便，检测准确，效果好，检测工艺简便易行。

Description

一种橡胶动态摩擦磨损检测装置

技术领域：

本发明属于高分子材料加工机械技术领域，涉及一种以橡胶为主的高分子材料滑动摩擦系数测定的检测技术装置，特别是一种橡胶动态摩擦磨损检测装置。

背景技术：

目前，对于大多数固态材料的摩擦特性来说，橡胶的摩擦特性比较特殊，因为橡胶是具高弹特性且形变可逆的聚合物材料，属于无定形聚合物；橡胶是具有低弹性模量的粘弹体，在比较宽的范围内具有不可忽视的较大内摩擦，这一特性使橡胶的真实接触面积与其接触压力载荷之间呈现非线性关系，因此，探索不同外界环境条件对橡胶材料摩擦系数的影响，在不同条件下对橡胶摩擦特性进行的测定对于橡胶的生产加工以及橡胶在实际生活中的应用都具有重要意义。对于橡胶的摩擦尤其是滑动摩擦受到各种因素的影响，它与材料性质、滑动速度、温度、法向载荷和表面粗糙度等因素有关。摩擦因系数随着接触压力或载荷增加而下降，并且这种影响在干燥光滑清洁表面上表现最显著，在这种情况下的粘附作用表现较强，同时摩擦系数比较大。此外，对具有不同表面粗糙度的实际接触面，摩擦系数与载荷间并不存在通用关系式，所以不能通过通式加以概括描述，必须具体情形具体分析。对于以橡胶为主的高分子材料，比如日常生活中最常见的轮胎，分析表明：轮胎的摩擦通常分为三种滑动摩擦、滚动摩擦以及润滑摩擦。对于轮胎的滑动摩擦与块状橡胶的滑动摩擦模型类似，其滑动摩擦主要是由道路表面与轮胎接触面之间的粘附结点和轮胎基体的滞后引起的，在光滑且干燥的路面上以粘附摩擦力为主，受道路表面状况和轮胎胎面滑动速度、局部温度条件等因素的影响；在潮湿的路面上，其粘附摩擦分力出现较大程度的下降，此时主要是以滞后摩擦分力的作用为主，高速行驶时则更是如此。由此可知，实际条件下高分子材料的摩擦模型受到温度、接触面状况、压力条件等多种因素的影响，建立能根据实际应用能不断灵活的调整外界要素的高分子材料摩擦检测模型具有重要的现实意义。同时，直观的完成滑动摩擦系数的测定可以为以橡胶为主的高分子材料的生产提供便捷可靠的技术参数，从而制定合理的工艺流程，提高产品的生产质量与生产效率。据调查，在现有技术中，还尚未见有这类检测设备和技术工艺能有效地对橡胶动态摩擦磨损情形进行检测和分析，所以，探讨研制一种这类检测设备是业内专业人员的科研任务。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，寻求设计和提供一种能有效地对橡胶类高分子材料的动态摩擦磨损情况进行实时检测和分析的设备和技术工艺，实现对橡胶轮胎等产品动态摩擦和磨损性能的检测和分析。

为了实现上述目的，本发明的设计思路是将实际应用中以橡胶为主的高分子材料在不同工作环境下的摩擦情形简化为试样材料与不同表面质量规格的样板相互接触摩擦的检测模型，直接测得试样与样板间的摩擦系数；其设计的装置不仅能够直接反应出试样与接触面在不同压力载荷作用下的摩擦情形，同时可以测定出随温度时刻不断变化的接触摩擦模型的摩擦系数，直观地显示摩擦系数曲线，为高分子材料的实际生产提供重要的技术参考，便于合理的制定高分子材料在生产时的工艺条件；为了更有效的测定材料在常温、高温、以及低温的温度条件，不同的载荷条件和不同的接触条件下的摩擦系数，实际表现出高分子材料在自身以及外界相异条件下的摩擦系数及相互之间的关系，所设计的可直观测量的橡胶摩擦磨损检测装置可方便的测定试样材料与接触样板间的摩擦关系，直接得到材料的摩擦系数以及关系曲线，并通过改变温度、压力载荷等外界条件以测定相应的摩擦系数，为以橡胶为主的高分子材料的生产提供直观可靠的技术参数，从而制定合理的工艺流程，有效提高产品的生产质量与生产效率。

本发明的主体结构包括电机、皮带、摩擦样板、施力手柄、位移控制手柄、显示器、控制器、磨损测量装置、导轨、滑动检测平台、偏心轮、从动带轮、温控装置、试样夹持装置、支板、底座、数据采集器、主轴、轴承、主动带轮、连杆、滑动体、丝杠、荷载调整装置和轴端支板；电机与主动带轮相连接并由主动带轮通过皮带与从动带轮组成皮带式传动结构；从动带轮插键式连接固定在主轴上并与同时固定在主轴两端侧的滚动式轴承组成中间传动部分，在主轴的左侧靠近从动带轮处安装有轴端支板，轴承上配套安装有轴承座，主轴右侧通过异面交叉销钉固定制有偏心轮并通过连杆与滑动检测平台中的滑动体相连接；滑动检测平台的下侧通过燕尾槽结构固定在导轨上，滑动检测平台上端侧通过螺纹固定连接制有检测用的摩擦样板，滑动检测平台的内部安装有温控装置；在滑动检测平台的正上方设置有载荷调整装置，试样夹持装置通过丝杠固定在载荷调整装置上，在丝杠顶端上固定制有施力手柄，施力手柄的旁边平行结构制有位移控制手柄，位移控制手柄经过丝杠弯折式固定在载荷调整装置上，载荷调整装置纵向固连在支板上；载荷调整装置、磨损测量装置、显示器和控制器顺序固定在底座上，构成整体式检测装置。

本发明装置按照各部分的功能分为控制器、数据采集器、温控装置、载荷调整装置、滑动检测平台、显示器和包括机体在内的机械装置；机械装置部分包括电机、从动带轮、偏心轮、主轴、轴承、支板、连杆、滑动体、导轨、摩擦样板和底座，其中，纵向的支板和底座是稳固检测装置的机械装置。

本发明涉及的控制器实现检测装置各项动作指令的下达、指令传递、采集数据的汇总与计算处理；数据采集器实现载荷数据、温度数据及运动要素数据的采集和传递；温控装置实现摩擦样板与待测试样之间的加热、冷却和保温功能；显示器显示当前载荷、压力、温度与运动参数，并显示由控制器信息处理完成的摩擦系数以及相关变化曲线；载荷调整装置包括承力的支板、丝杠、施力手柄和位移控制手柄，实现对试样进行施压处理、控制竖直方向载荷条件的变化以根据要求不断调整检测的力学环境；滑动检测平台由燕尾结构的滑动体、温控装置和摩擦样板组成，实现材料摩擦试样的有效固定和摩擦运动；磨损测量装置完成检测物料在摩擦过程中的质量变化。

本发明的检测原理为：将橡胶为主的高分子材料在不同工作环境下的摩擦情形简化为材料的摩擦试样与不同表面质量的样板相摩擦的检测模型，通过对载荷、温度的控制，根据检测装置的运动要素直接测得摩擦试样与样板间的摩擦系数；其检测过程为：取所要测定的一定重量及形状规格的橡胶制品的摩擦试样片加持在试样夹持装置上，选取所需材料及表面质量的待测的摩擦样板在滑动检测平台上进行有效固定，旋转位移控制手柄使橡胶制品的摩擦试样紧贴在样板上，并通过旋转施力手柄来调整压力载荷大小并对样板进行加热，当温度达到设定温度时开启检测装置并实施保温措施；在电机带动下滑动检测平台进行往复滑动，连续摩擦橡胶制品的摩擦试样并通过数据采集器采集各个时刻的数据，控制器根据采集的信息和公式计算出摩擦系数，并由显示器显示出各项参数及检测结果。

本发明装置用于测定以橡胶为主的高分子片型材料与不同表面质量的金属或非金属之间的滑动摩擦系数，在实际操作中，影响滑动摩擦系数的因素有很多，其中包括接触物体的材料、干湿程度、压力载荷、样板及材料试样的温度、样板的表面质量、相对运动速度等，上述的检测方法将尽可能多的影响因素考虑在内，根据采集的数据处理求得试样的滑动摩擦系数，在检测装置中可以更换不同的样板(金属板或非金属板)，也可更换各种高分子材料，将受复杂因素影响的摩擦现象简化成简单的检测模型，并通过各项因素参数的控制，确定不同环境下的动态滑动摩擦系数。

本发明与现有技术相比，一是样板的多样性，本检测装置可以对各种材料以及表面质量不同的样板进行橡胶摩擦磨损检测；二是连续动态摩擦过程的实现，本检测装置可以实现待检测材料与样板之间的连续动态摩擦，并能实时记录温度、力学参数等相关数据信息；三是环境温度的可调性，本检测装置在检测平台上设计温控槽，可以有效的实现检测过程中待测材料与样板间的恒定温度，同时可以控制温度范围的变化，并实时记录；四是测量结果的准确性，本检测装置可以在连续摩擦的过程中对数据进行多次多点采集，通过加权平均求其均值，保证测量结果的稳定与准确；五是检测的综合性，本检测装置同时设计有磨损测量平台，可以测量出待测物料经过摩擦后的质量变化并对表面磨损情况进行比对；其整体结构合理，原理设计安全可靠，制造简便，成本低，监测控制和操作方便，检测准确率高，效果好，检测工艺简便易行。

附图说明：

图1为本发明主体的侧面结构原理示意图。

图2为本发明主体的正面结构原理示意图。

图3为本发明的数据采集器的分布结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括电机1、皮带2、摩擦样板3、施力手柄4、位移控制手柄5、显示器6、控制器7、磨损测量装置8、导轨9、滑动检测平台10、偏心轮11、从动带轮12、温控装置13、试样夹持装置14、支板15、底座16、数据采集器17、主轴18、轴承19、主动带轮22、连杆21、滑动体20、丝杠23、荷载调整装置24和轴端支板25；电机1与主动带轮22相连接并由主动带轮22通过皮带2与从动带轮12组成皮带式传动结构；从动带轮12插键式连接固定在主轴18上并与同时固定在主轴18两端侧的滚动式轴承19组成中间传动部分，在主轴18的左侧靠近从动带轮12处安装有轴端支板25，轴承19上配套安装有轴承座，主轴18右侧通过异面交叉销钉固定制有偏心轮11并通过连杆21与滑动检测平台10中的滑动体20相连接；滑动检测平台10的下侧通过燕尾槽结构固定在导轨9上，滑动检测平台10上端侧通过螺纹固定连接制有检测用的摩擦样板3，滑动检测平台10的内部安装有温控装置13；在滑动检测平台10的正上方设置有载荷调整装置24(如图1与图2所示)，试样夹持装置14通过丝杠23固定在载荷调整装置24上，在丝杠23顶端上固定制有施力手柄4，施力手柄4的旁边平行结构制有位移控制手柄5，位移控制手柄5经过丝杠23弯折式固定在载荷调整装置24上，载荷调整装置24纵向固连在支板15上；载荷调整装置24、磨损测量装置8、显示器6和控制器7顺序固定在底座16上，构成整体式检测装置。

本实施例按功能分为控制器7、数据采集器17、温控装置13、载荷调整装置24、滑动检测平台10、显示器6和包括机体在内的机械装置；机械装置部分包括电机1、从动带轮12、偏心轮11、主轴18、轴承19、支板15、连杆21、滑动体20、导轨9、摩擦样板3和底座16，其中，纵向支板15、底座16是稳固检测装置的机械装置。

本实施例涉及的控制器7实现检测装置各项动作指令的下达、指令传递、采集数据的汇总与计算处理；数据采集器17实现载荷数据、温度数据及运动要素数据的采集和传递；温控装置13实现摩擦样板3与待测试样之间的加热、冷却和保温功能；显示器6显示当前载荷、压力、温度与运动参数，并显示由控制器7信息处理完成的摩擦系数以及相关变化曲线；载荷调整装置24包括承力的支板15、丝杠23、施力手柄4和位移控制手柄5，实现对试样进行施压处理、控制竖直方向载荷条件的变化以根据要求不断调整检测的力学环境；滑动检测平台10由燕尾结构的滑动体20、温控装置13和摩擦样板3组成，实现材料摩擦试样的有效固定和摩擦运动；磨损测量装置8完成检测物料在摩擦过程中的质量变化。

本实施例的检测方法的工艺步骤包括：

(1)启动前操作：先选取所要测定的有一定重量及形状规格的橡胶制品的摩擦试样片夹持在试样夹持装置14上，并选取所需材料及表面质量的检测样板在滑动检测平台10上进行有效固定，旋转位移控制手柄5使橡胶制品的摩擦试样紧贴在样板上，并通过旋转施力手柄4调整好压力载荷大小；

(2)控温操作：再通过安装在滑动检测平台10下方的温控装置13对检测样板进行加热，当显示器6上显示的温度达到设定温度时，通过控制器7开启检测装置并实施保温措施；

(3)检测操作：控制器7下达指令开启电机1，检测装置在电机1带动下，将电机1的转动通过皮带2、从动带轮12和偏心轮11组成的传动系统的传动实现滑动检测平台10的往复滑动，连续摩擦橡胶制品的摩擦试样，并通过传感器采集各个时刻的数据，通过公式计算出摩擦系数；

(4)同步显示操作：检测过程中，通过磨损测量装置8测量物料摩擦过程中的质量变化，并经过数据采集器17传输进控制器7，最后经过相关计算分析，在显示器6上显示相关数据及曲线；

(5)停机操作：控制器7下达指令关闭电机1，依次对橡胶制品的摩擦试样进行拆卸，整理设备，同时对显示器6所记录的数据进行保存及后处理分析。

本实施例设置在摩擦接触面上的温度数据采集器17共有6个，分别均匀分布在摩擦样板3的特定部位，分布情况如图3所示，对于其在同一时间采集的温度数据T_i(i＝1，2，34，5，6)，控制器7在根据设定标准对干扰数据进行过滤后对剩下的数据采用加权平均处理得出最终采集结果，公式表达为：

平均温度 $T=\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}(K_i\×T_i/6)$

其中K_i为数据采集点的权值。

Claims (3)

1.一种橡胶动态摩擦磨损检测装置，其特征在于主体结构包括电机、皮带、摩擦样板、施力手柄、位移控制手柄、显示器、控制器、磨损测量装置、导轨、滑动检测平台、偏心轮、从动带轮、温控装置、试样夹持装置、支板、底座、数据采集器、主轴、轴承、主动带轮、连杆、滑动体、丝杠、荷载调整装置和轴端支板；电机与主动带轮相连接并由主动带轮通过皮带与从动带轮组成皮带式传动结构；从动带轮插键式连接固定在主轴上并与同时固定在主轴两端侧的滚动式轴承组成中间传动部分，在主轴的左侧靠近从动带轮处安装有轴端支板，轴承上配套安装有轴承座，主轴右侧通过异面交叉销钉固定制有偏心轮并通过连杆与滑动检测平台中的滑动体相连接；滑动检测平台的下侧通过燕尾槽结构固定在导轨上，滑动检测平台上端侧通过螺纹固定连接制有检测用的摩擦样板，滑动检测平台的内部安装有温控装置；在滑动检测平台的正上方设置有载荷调整装置，试样夹持装置通过丝杠固定在载荷调整装置上，在丝杠顶端上固定制有施力手柄，施力手柄的旁边平行结构制有位移控制手柄，位移控制手柄经过丝杠弯折式固定在载荷调整装置上，载荷调整装置纵向固连在支板上；载荷调整装置、磨损测量装置、显示器和控制器顺序固定在底座上，构成整体式检测装置。

2.根据权利要求1所述的橡胶动态摩擦磨损检测装置，其特征在于按功能分为控制器、数据采集器、温控装置、载荷调整装置、滑动检测平台、显示器和机械装置；机械装置包括电机、从动带轮、偏心轮、主轴、轴承、支板、连杆、滑动体、导轨、摩擦样板和底座，其中，支板和底座是稳固检测装置的。

3.根据权利要求1所述的橡胶动态摩擦磨损检测装置，其特征在于涉及的控制器实现检测装置动作指令的下达、指令传递、采集数据的汇总与计算处理；数据采集器实现载荷数据、温度数据及运动要素数据的采集和传递；温控装置实现摩擦样板与待测试样之间的加热、冷却和保温功能；显示器显示当前载荷、压力、温度与运动参数，并显示由控制器信息处理完成的摩擦系数以及相关变化曲线；载荷调整装置包括承力的支板、丝杠、施力手柄和位移控制手柄，实现对试样进行施压处理、控制竖直方向载荷条件的变化以根据要求不断调整检测的力学环境；滑动检测平台由燕尾结构的滑动体、温控装置和摩擦样板组成，实现材料摩擦试样的有效固定和摩擦运动；磨损测量装置完成检测物料在摩擦过程中的质量变化。

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