CN104596920A - 一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，主要由支撑框架(3)和固定在其上方的夹具模块(1)、路面动力系统(2)组成,路面动力系统(2)中的路面传送带在电机的带动下运动,夹具模块(1)中的液压加载缸对其下方待测的橡胶样品施加载荷，使橡胶样品与路面传送带摩擦接触，并通过压力传感器对橡胶样品受到的压力进行采集。本发明可以实现覆盖汽车轮胎在各种不同工况下橡胶轮胎胎面与路面的摩擦系数的测量。可以真实反映不同胎面花纹的汽车轮胎与路面在各种滑移速度下的特性，克服了传统台架由于橡胶尺寸、滑移速度、滑移距离等的限制。

Description

一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统

技术领域

本发明属于轮胎摩擦学研究领域，具体涉及一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，可为轮胎胎面橡胶材料摩擦、磨损性能提供有效的测试手段。同时可为测量不同速度下轮胎与路面的摩擦特性提供平台。

背景技术

橡胶作为轮胎的主要组成部分，其摩擦特性很特殊，它并不符合库仑摩擦定律。橡胶轮胎的机械特性很大程度上取决于橡胶的摩擦特性(尤其在一些极限工况下)。目前对橡胶摩擦的理论研究尚不成熟。因此，橡胶摩擦的测试研究对轮胎力学特性的研究就十分重要。

另一方面，轮胎胎面花纹作为提高汽车性能，确保行驶安全的重要因素。其作用就是增加胎面与路面间的摩擦力，以防止车轮打滑，这与鞋底花纹的作用如出一辙。它提高了胎面接地弹性，在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下，花纹块能产生较大的切向弹性变形。切向力增加，切向变形随之增大，接触面的“磨擦作用”也就随之增强，进而抑制了胎面与路面打滑或打滑趋势。因此，具有花纹特征的橡胶摩擦特性研究相当重要。

为了研究橡胶的摩擦特性，目前常见的橡胶摩擦台有两类：转盘式和滑台式摩擦台。转盘式的摩擦台通常一方面由电机带动转盘，来模拟运动的路面，另一方面通过重力、液压或者电缸加载的橡胶样品和转盘接触，实现摩擦的过程，属于旋转运动；滑台式试验台是由1m到5m之间的平板来模拟路面，橡胶的滑移运动一般通过直线导轨来实现，属于直线运动。这些设备的开发很大程度地推动了摩擦理论的进步，但这些仪器的各自存在一些缺点：

转盘式摩擦台试验样品尺寸不宜较大，由于橡胶样品在转盘滑移时，内外侧的滑移速度不一致，转盘越小或者试验样品尺寸越大，这种现象越明显，难以测试具有胎面花纹橡胶块的试验测试；滑台式摩擦台滑移速度、滑移位移较小，受到平板式的实际尺寸限制，橡胶的最大摩擦速度难以提升。因此，很有必要提出能够结合两者优点的测试系统。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提出一种能够测试具有胎面花纹的大尺寸橡胶块，且适用于高滑移速度、高滑移距离工况特点(即结合了两种摩擦台架优点)的带传动式橡胶摩擦测试系统。

本发明公开了一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，主要由夹具模块1、路面动力系统2和支撑框架3组成,所述夹具模块1固定在支撑框架3的上框架301上，路面动力系统2由支撑框架3的悬臂梁框架302支撑，所述悬臂梁框架302与支撑框架3的下框架303固连；所述路面动力系统2中的路面传送带205在电机的带动下运动；所述夹具模块1位于路面传送带205的上方，其中含有液压加载缸102和压力传感器，所述液压加载缸102对其下方待测的橡胶样品107施加载荷，使橡胶样品107与路面传送带205摩擦接触，并通过压力传感器对橡胶样品107受到的压力进行采集。

所述夹具模块1中，液压加载缸102通过固定座101的顶板固定在上框架301上，液压加载缸102下方安装第一直线导轨105，所述橡胶样品107装在容纳盒106内，并与第一直线导轨105滑动连接；所述压力传感器包括垂直压力传感器103和水平压力传感器108，其中垂直压力传感器103安装在液压加载缸102与第一直线导轨105之间，水平压力传感器108一端与固定座101的侧板连接，另一端与容纳盒106连接。

在所述液压加载缸102与第一直线导轨105之间，垂直压力传感器103两侧安装有导向杆件104。

所述的路面动力系统2主要由调速电机201、主动传动轴207和安装在主动传动轴207上的主动转鼓204、路面传送带205、从动传动轴211和安装在从动传动轴211上的从动转鼓215组成；所述路面传送带205安装在主动转鼓204和从动转鼓215上并张紧，所述调速电机201通过传动皮带202将动力输送至主动传动轴207，进而带动路面传送带205运动。

所述主动传动轴207两端分别通过第一支座203和第二支座208支撑，并直接固定安装在悬臂梁框架302上，从动传动轴211两端分别通过第三支座210和第四支座214支撑，并滑动安装在悬臂梁框架302上的第二直线导轨212和第三直线导轨216上；所述主动转鼓204与从动转鼓215之间平行安装有第一电缸209和第二电缸213，所述第一电缸209和第二电缸213一端分别固定在悬臂梁框架302上，另一端分别与第三支座210和第四支座214连接。

所述下框架303上安装有图像采集仪206，用于检测路面传送带205与主动转鼓204的相对位移。

所述第一支座203和第二支座208内部为圆柱轴承，第三支座210内部为球铰与滑动轴承组合体，第四支座214内部为球铰。

在所述悬臂梁框架302上装有平面止推轴承217，所述平面止推轴承217位于路面传送带205下方，并正对液压加载缸102。

所述路面传送带205材质为钢，其上贴有不同等级的砂纸，以模拟不同附着的路面。

本发明的有益效果是：本发明结合了转盘式和导轨式摩擦台架的优点。可以实现覆盖汽车轮胎在各种不同工况下(包含各种胎面橡胶、胎面花纹、各种负荷下胎面压强、驱动制动时的滑移速度、不同路面橡胶轮胎)胎面与路面的摩擦系数的测量。可以真实反映不同胎面花纹的汽车轮胎与路面在各种滑移速度下的特性，克服了传统台架由于橡胶尺寸、滑移速度、滑移距离等的限制。

附图说明

图1是本发明的系统结构立体图；

图2是本发明的系统结构主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明中支撑框架的结构示意图；

图5是本发明中夹具模块的主视图；

图中：

1夹具模块；101固定座；102液压加载缸；103垂直压力传感器；104导向杆件；105第一直线导轨；106容纳盒；107橡胶样品；108水平压力传感器；

2路面动力系统；

201调速电机；202传动皮带；203第一支座；204主动转鼓；205路面传送带；206图像采集仪；207主动传动轴；208第二支座；209第一电缸；210第三支座；211从动传动轴；212第二直线导轨；213第二电缸；214第四支座；215从动转鼓；216第三直线导轨；217平面止推轴承；

3支撑框架；

301上框架；302悬臂梁框架；303下框架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明所公开的测试系统主要由夹具模块1、路面动力系统2和支撑框架3组成。其中夹具模块1固定安装在支撑框架3的上框架301的下方，路面动力系统2安装在支撑框架3内侧。

如图4所示，支撑框架3包括上框架301、悬臂梁框架302和下框架303。上框架301固定在下框架303上方，悬臂梁框架302与下框架303螺栓固定，悬臂梁框架302是悬臂在支撑框架3上，同时悬臂梁框架302与路面动力系统2安装连接，并用于支撑整个路面动力系统2。

如附图5所示，所述的夹具模块1包括固定座101；液压加载缸102；垂直压力传感器103；导向杆件104；第一直线导轨105；橡胶样品容纳盒106；橡胶样品107；水平压力传感器108。其中，固定座101成倒“L”形，其顶部上侧与上框架301固定，固定座101顶部下侧与液压加载缸102固定，第一直线导轨105位于液压加载缸102下方，垂直压力传感器103和导向杆件104均安装在液压加载缸102与第一直线导轨105之间，且导向杆件104成对安装在垂直压力传感器103两侧。橡胶样品容纳盒106位于第一直线导轨105下方，并可以相对于第一直线导轨105进行水平直线运动，橡胶样品容纳盒106内装有带花纹的橡胶样品107，水平压力传感器108左端与固定座101侧壁连接，右端与橡胶样品容纳盒106连接。

进行测量时，液压加载缸102给橡胶样品107在竖直方向上施加载荷，使橡胶样品107与路面传送带205接触摩擦，产生垂直压力，并通过垂直压力传感器103进行测量。

可选地，所述的液压加载缸102为伺服电缸或气压加载缸。

此时，由于水平压力传感器108分别与固定座101和橡胶样品容纳盒106连接，其可以测得橡胶样品107与路面传送带205接触摩擦时的切向力。

第一直线导轨105相对于橡胶样品容纳盒106可以水平直线运动，可以将橡胶样品107与路面传送带205摩擦时所产生的切向力传递到水平压力传感器108上，以保证水平切向力的准确。

可选地，所述的橡胶样品107表面花纹为横向花纹、纵向花纹、纵横混合花纹、越野花纹等，亦可为光滑无花纹表面。

如附图2、3所示，所述的路面动力系统2包括调速电机201；传动皮带202；第一支座203；主动转鼓204；路面传送带205；图像采集仪206；主动传动轴207；第二支座208；第一电缸209；第三支座210；从动传动轴211；第二直线导轨212；第二电缸213；第四支座214；从动转鼓215；第三直线导轨216；平面止推轴承217。

所述调速电机201通过传动皮带202带动主动传动轴207旋转，主动传动轴207由第一支座203和第二支座208限位固定，主动转鼓204安装在主动传动轴207上，并随主动传动轴207旋转；从动传动轴211则由第三支座210和第四支座214限位固定，从动转鼓215安装在从动传动轴211上，并随从动传动轴211旋转。

所述第一支座203、第二支座208、第三支座210和第四支座214承载了路面动力系统2的重量。其中第一支座203和第二支座208分别直接固定在悬臂梁框架302上，且第一支座203、第二支座208内部装有圆柱轴承，第一支座203和第二支座208分别安装在主动传动轴207两端，实现对主动传动轴207的支撑与限位。

第三支座210和第四支座214分别安装在第二直线导轨212和第三直线导轨216上，而第二直线导轨212和第三直线导轨216分别固定在悬臂梁框架302上，且第三支座210内部为球铰与滑动轴承组合体，第四支座214内部为球铰，第三支座210和第四支座214分别安装在从动传动轴211两端，实现对从动传动轴211的支撑与限位。

所述第一电缸209和第二电缸213用于张紧路面传送带205，其工作过程是这样实现的：第一电缸209和第二电缸213一端分别固定在悬臂梁框架302上，另一端分别与第三支座210和第四支座214相连接，第一电缸209和第二电缸213分别推动第三支座210和第四支座214，使第三支座210和第四支座214分别在第二直线导轨212和第三直线导轨216上沿导轨方向向右平移，进而带动从动轴上的从动转鼓215向右平移，由于路面传送带205安装在主动转鼓204和从动转鼓215上，由于主动转鼓204固定不动，而从动转鼓215向右移动，所以，路面传送带205将被张紧。当路面传送带205张紧以后，调速电机201带动主动转鼓204旋转，由于路面传送带205是张紧的，主动转鼓204便会带动路面传送带205进行传动。

可选地，所述路面传送带205材质为钢，其表面可以贴不同等级的砂纸，例如80、120、180目的砂纸，来模拟不同附着的路面。

平面止推轴承217位于主动转鼓204与从动转鼓215之间，并安装在悬臂梁框架302上，其来支撑路面传送带205，防止由于夹具模块1的载荷使路面传送带205放生变形、破坏等。

可选地，所述平面止推轴承217为液体静压导轨、液体动压导轨、气体静压导轨或高密度纤维板等。

所述图像采集仪206安装在主动转鼓204一侧的下框架303上，用于采集路面传送带205相对主动转鼓204的位置，若检测到路面传送带205与主动转鼓204之间较大相对位移量，可调节第一电缸209和第二电缸213，改变路面传送带205的张紧度，从而使路面传送带205位于主动转鼓204的居中位置，保证路面传送带205平稳有效传动。

综上，本发明的工作过程总结如下：

第一，第一电缸209和第二电缸213一端分别与悬臂梁框架302相连，另一端推动第三支座210和第四支座214分别在第二直线导轨212、第三直线导轨216上向右平移，从而推动从动转鼓215来张紧路面传送带205；

第二，调速电机201通过传动皮带202带动主动传动轴207旋转，主动传动轴20带动主动转鼓204旋转，由于路面传送带205是张紧的，主动转鼓204便会带动路面传送带205进行传动；

第三，液压加载缸102给橡胶样品107施加载荷，使橡胶样品107与路面传送带205接触，模拟加载载荷，实现橡胶样品107与路面传送带205的摩擦运动，使产生水平方向的切相力和垂直方向的压力，并通过垂直压力传感器103和水平压力传感器108进行试验数据数据采集。

Claims (9)

1.一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，主要由夹具模块(1)、路面动力系统(2)和支撑框架(3)组成,其特征在于：所述夹具模块(1)固定在支撑框架(3)的上框架(301)上，路面动力系统(2)由支撑框架(3)的悬臂梁框架(302)支撑，所述悬臂梁框架(302)与支撑框架(3)的下框架(303)固连；所述路面动力系统(2)中的路面传送带(205)在电机的带动下运动；所述夹具模块(1)位于路面传送带(205)的上方，其中含有液压加载缸(102)和压力传感器，所述液压加载缸(102)对其下方待测的橡胶样品(107)施加载荷，使橡胶样品(107)与路面传送带(205)摩擦接触，并通过压力传感器对橡胶样品(107)受到的压力进行采集。

2.根据权利要求1所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：所述夹具模块(1)中，液压加载缸(102)通过固定座(101)的顶板固定在上框架(301)上，液压加载缸(102)下方安装第一直线导轨(105)，所述橡胶样品(107)装在容纳盒(106)内，并与第一直线导轨(105)滑动连接；所述压力传感器包括垂直压力传感器(103)和水平压力传感器(108)，其中垂直压力传感器(103)安装在液压加载缸(102)与第一直线导轨(105)之间，水平压力传感器(108)左端与固定座(101)的侧板连接，右端与容纳盒(106)连接。

3.根据权利要求2所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：在液压加载缸(102)与第一直线导轨(105)之间，所述垂直压力传感器(103)两侧安装有导向杆件(104)。

4.根据权利要求1或2所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：所述的路面动力系统(2)主要由调速电机(201)、主动传动轴(207)和安装在主动传动轴(207)上的主动转鼓(204)、路面传送带(205)、从动传动轴(211)和安装在从动传动轴(211)上的从动转鼓(215)组成；所述路面传送带(205)安装在主动转鼓(204)和从动转鼓(215)上并张紧，所述调速电机(201)通过传动皮带(202)将动力输送至主动传动轴(207)，进而带动路面传送带(205)运动。

5.根据权利要求4所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：所述主动传动轴(207)两端分别通过第一支座(203)和第二支座(208)支撑，并直接固定安装在悬臂梁框架(302)上，从动传动轴(211)两端分别通过第三支座(210)和第四支座(214)支撑，并滑动安装在悬臂梁框架(302)上的第二直线导轨(212)和第三直线导轨(216)上；所述主动转鼓(204)与从动转鼓(215)之间平行安装有第一电缸(209)和第二电缸(213)，所述第一电缸(209)和第二电缸(213)一端分别固定在悬臂梁框架(302)上，另一端分别与第三支座(210)和第四支座(214)连接。

6.根据权利要求5所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：所述下框架(303)上安装有图像采集仪(206)，用于检测路面传送带(205)与主动转鼓(204)的相对位移。

7.根据权利要求5所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：所述第一支座(203)和第二支座(208)内部为圆柱轴承，第三支座(210)内部为球铰与滑动轴承组合体，第四支座(214)内部为球铰。

8.根据权利要求1所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：在所述悬臂梁框架(302)上装有平面止推轴承(217)，所述平面止推轴承(217)位于路面传送带(205)下方，并正对液压加载缸(102)。

9.根据权利要求1所述一种带传动式橡胶摩擦特性测试系统，其特征在于：路面传送带(205)材质为钢，其上贴有不同等级的砂纸，以模拟不同附着的路面。