CN105139725A - 一种静摩擦力试验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静摩擦力试验机，包括样品座(14)和杠杆调载机构，该杠杆调载机构含有杠杆(22)和第一配重(16)，杠杆(22)的一端位于样品座(14)的上方，第一配重(16)设置于杠杆(22)的另一端，杠杆(22)的支点位于杠杆(22)的两端之间，第一配重(16)能够沿杠杆(22)的一端向该杠杆(22)的另一端往复移动，所述静摩擦力试验机还包括能够驱动样品座(14)沿水平方向移动的驱动机构。该静摩擦力试验机可以模拟不同条件下摩擦副的接触情况并测量摩擦副间的静摩擦力，从而解决现有实验装置中不适合测量静摩擦力或静摩擦力测量不准的问题，该静摩擦力试验机还可以控制摩擦副的温度及所处环境。

Description

一种静摩擦力试验机

技术领域

本发明涉一种实验仪器，具体是一种静摩擦力试验机。

背景技术

摩擦力的测量是研究材料、工具、装备的失效过程和失效机理的基础，也是提高性能、优化设计的前提。摩擦力分为静摩擦力和动摩擦力。静摩擦力是相对运动的表面在由静止变为运动的瞬间所达到的最大摩擦力，动摩擦力是在运动中的表面之间的摩擦力。

现有的摩擦力测量装置都关注动摩擦力，往往采用旋转或线性的运动方式，测量两物体间的摩擦力。由于运动速度一般较大，往往选用转速较高的电机。这样的条件下，物体运动速度太快，静摩擦力的特征无法获取。并且现有装置通常模式单一，缺乏控制摩擦副的工作环境的手段，无法有效模拟不同条件下工作的摩擦副。

发明内容

为了解决现有测量装置测量两物体间的摩擦力不准确的问题，本发明提供了一种静摩擦力试验机，该静摩擦力试验机可以模拟不同条件下摩擦副的接触情况并测量摩擦副间的静摩擦力，从而解决现有实验装置中不适合测量静摩擦力或静摩擦力测量不准的问题，该静摩擦力试验机还可以控制摩擦副的温度及所处环境。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种静摩擦力试验机，包括样品座和杠杆调载机构，该杠杆调载机构含有杠杆和第一配重，杠杆的一端位于样品座的上方，第一配重设置于杠杆的另一端，杠杆的支点位于杠杆的两端之间，第一配重能够沿杠杆的一端向该杠杆的另一端往复移动，所述静摩擦力试验机还包括能够驱动样品座沿水平方向移动的驱动机构。

所述静摩擦力试验机还包括测量支板，测量支板上固定有多根相互平行的导轨，导轨与杠杆平行，样品座位于测量支板的上方，样品座与导轨之间设有样品座支板，样品座与样品座支板固定连接。

样品座支板与导轨之间设有导轨连接板，样品座支板和导轨连接板固定连接，导轨连接板的下表面设有与导轨相对应的凹槽。

样品座的上部设有用于安装固定摩擦副样品的凹槽，样品座上设有用于加热的加热杆和用于测温的热电偶，样品座支板的上表面设置用于安装固定样品座的凹槽。

该杠杆调载机构固定于测量支板上，沿杠杆的一端向该杠杆的另一端的方向，该杠杆调载机构和该驱动机构分别位于样品座的两侧，所述静摩擦力试验机还包括密封罩体，密封罩体与测量支板密封连接，密封罩体与测量支板形成密封空腔，样品座、样品座支板和该杠杆调载机构均设置在该密封空腔内。

该杠杆调载机构还含有用于安装固定杠杆的平移台，平移台固定于测量支板，平移台在测量支板上的位置能够调整。

杠杆的两端之间设有作为所述支点的杠杆轴，杠杆轴沿水平方向设置，平移台的上端设有杠杆座，杠杆轴插接于杠杆座，杠杆能够以杠杆轴为轴转动。

杠杆沿水平方向设置，该杠杆的一端设有加载杆，加载杆沿竖直方向设置，加载杆穿过该杠杆，加载杆的上端设有加载块。

该驱动机构能够拉动样品座沿水平方向移动，所述静摩擦力试验机还包括能够测量该驱动机构对样品座施加的拉力的力传感器。

该驱动机构包括绕圈和用于驱动绕圈转动的电机，绕圈安装于绕圈架上，绕圈上卷绕有拉索，样品座的下部固定有样品座支板，力传感器固定于样品座支板，拉索的一端与力传感器连接。

本发明的有益效果是，本发明的静摩擦力试验机采用高精度的低速电机，具有良好的低速特性，可以扑捉到摩擦副间由静止到运动的瞬间，为精确地测量摩擦副间的静摩擦特性提供了前提。该静摩擦力试验机结构简单，加工制造方便。配备的加热和温控装置可以控制样品的温度。整个测量部分可以密封，其中可以充入不同气体，模拟不同的气体环境。由于研究摩擦副间的静摩擦特性，为材料和零部件的失效分析、优化设计提供依据。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1为静摩擦力试验机的立体示意图。

图2为测试部分的立体示意图。

图3为摩擦副中上样品和下样品的关系示意图。

图4为驱动部分的立体示意图。

其中1.支脚，2.驱动支板，3.绕圈架，4.绕圈，5.同步轮，6.同步带，7.电机，8.拉索，9.测量支板，10.导轨，11.样品座支板，12.加载杆，13.热电偶，14.样品座，15.杠杆座，16.第一配重，17.密封罩体，18.加热杆，19.平移台，20.导轨连接板，21.力传感器，22.杠杆，23.杠杆轴，24.绕圈轴，25.加载块；

31.上样品，32.下样品。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种静摩擦力试验机，包括样品座14和杠杆调载机构，该杠杆调载机构含有杠杆22和第一配重16，杠杆22的一端位于样品座14的上方，第一配重16设置于杠杆22的另一端，杠杆22的支点位于杠杆22的两端之间，第一配重16能够沿杠杆22的一端向该杠杆22的另一端往复移动，所述静摩擦力试验机还包括能够驱动(包括拉动和推动)样品座14沿水平方向移动的驱动机构，如图1和图2所示。

摩擦副的静摩擦力测量时一般使用上下设置的两个样品，样品座14用于固定下部的样品，杠杆22的一端能够将上部的样品固定于杠杆22的一端的下方。在测量摩擦副中的上下两个样品(上样品31和下样品32)之间的静摩擦力时，将下样品32固定于样品座14的上端，将上样品31固定于该杠杆22的一端的下部，使上样品31坐落于下样品32上，上样品31的下表面与下样品32的上表面相贴合(即完全接触)，如图3所示。设置于该杠杆22的另一端的第一配重16，用于平衡该杠杆22的一端的重量，即通过调整第一配重16在杠杆22上的位置从而可以调节上样品31对下样品32的压力大小，从而用该驱动机构驱动样品座14和下样品32相对于上样品31滑动时，可以精确的测量系统的固有摩擦力和摩擦副中的上下两个样品之间的静摩擦力。

在本实施例中，所述静摩擦力试验机还包括测量支板9，测量支板9为一个沿水平方向设置的平板，测量支板9上固定有两根相互平行的导轨10，导轨10与杠杆22平行(即导轨10与杠杆22的一端向该杠杆22的另一端的方向平行)，样品座14位于测量支板9的上方，样品座14与导轨10之间设有样品座支板11，样品座14与样品座支板11固定连接。样品座支板11与导轨10之间设有导轨连接板20，样品座支板11和导轨连接板20固定连接，样品座支板11和导轨连接板20上下层叠设置，导轨连接板20的下表面设有与导轨10相对应的凹槽，如图2所示。

具体的，测量支板9上有滑槽，导轨10位于该滑槽，导轨10的位置由该滑槽限制并用螺杆连接到测量支板9上。导轨连接板20用于连接导轨10和样品座支板11。样品座14固定在样品座支板11上，用于盛放摩擦副中的下样品32。样品座14的上部设有用于安装固定摩擦副样品的凹槽，凹槽的底部设有多个用于与下样品32插接固定的插接孔，样品座14上设有用于加热的下样品32和样品座14加热杆18，样品座14上还设有用于测量下样品32和样品座14的温度的热电偶13，即样品座14上有安装孔，用于安放热电偶13和加热杆18，样品座14为导热性较好的金属材料制成。样品座支板11的上表面设置用于安装固定样品座14的凹槽。

在本实施例中，该杠杆调载机构固定于测量支板9上，沿杠杆22的一端向该杠杆22的另一端的方向，该杠杆调载机构和该驱动机构分别位于样品座14的两侧，如图1所示，该驱动机构和该杠杆调载机构分别位于样品座14的左右两侧，所述静摩擦力试验机还包括密封罩体17，密封罩体17与测量支板9密封连接，密封罩体17与测量支板9形成密封空腔，导轨10、导轨连接板20、样品座支板11、样品座14、样品座支板11和该杠杆调载机构均设置在该密封空腔内。为了便于密封，测量支板9上的边缘有沟槽，用于与密封罩体17的下端便于密封连接，从而实现对图2所示的测试部分的密封，另外，该密封空腔内还可以充入不同气体(如氮气等)，模拟不同的气体环境。

在本实施例中，该杠杆调载机构还含有用于安装固定杠杆22的平移台19，平移台19被固定于测量支板9上，平移台19在测量支板9的位置能够调整，如图2所示，平移台19的下端为板状，平移台19内有两个线性滑台，试验开始前通过旋转滑台上的旋钮可调整两个摩擦副样品的相对位置，使得预想的接触区域接触。杠杆22的两端之间设有作为所述支点的两个杠杆轴23，杠杆轴23沿水平方向设置，杠杆轴23的轴线垂直于杠杆22的一端向该杠杆22的另一端的方向，平移台19的上端设有片状的两个杠杆座15，两个杠杆轴23对应插接于两个杠杆座15，杠杆22通过杠杆轴23和杠杆座15与平移台19连接，杠杆22能够以杠杆轴23为轴转动。

在本实施例中，杠杆22沿水平方向设置，该杠杆22的一端设有加载杆12，加载杆12沿竖直方向设置，加载杆12穿过该杠杆22，加载杆12的上端设有加载块25，加载块25用于对上样品31施加载荷，加载杆12的下端用于插接固定摩擦副中的上样品31，如图3所示。

该静摩擦力试验机包括测试部分和驱动部分，上面介绍的主要是测试部分，下面介绍驱动部分(即驱动机构)。在本实施例中，该驱动机构能够拉动样品座14沿水平方向滑动，所述静摩擦力试验机还包括能够测量该驱动机构对样品座14施加的拉力的力传感器21。该驱动机构包括筒形的绕圈4和用于驱动绕圈4转动的电机7，绕圈4安装于绕圈架3上，绕圈4上卷绕有拉索8，样品座14的下部固定有样品座支板11，力传感器21固定于样品座支板11，拉索8的一端与力传感器21连接，力传感器21能够测量拉索8对样品座14施加的拉力。

具体的，如图1和图4所示，该驱动机构由支脚1，驱动支板2，绕圈架3，绕圈4，同步轮5，同步带6，电机7和绕圈轴24等组成。绕圈架3和电机7都固定在驱动支板2上。绕圈4通过绕圈轴24连接到绕圈架3上。电机7通过同步轮5和同步带6将运动传递到绕圈轴24上。电机7为高精度的低速电机，具有良好的低速特性，能够很好的控制摩擦副间的滑动速度，捕捉摩擦副从静止到运动瞬间的特征，为精确地测量摩擦副间的静摩擦特性提供了前提。

下面介绍该静摩擦力试验机的使用方法，该静摩擦力试验机的主体部分都固定在驱动支板2和测量支板9上。摩擦副样品一个固定在样品座14中，一个固定在加载杆12上，即上样品31固定在样品座14的上端，下样品32固定在加载杆12的下端。样品(上样品31和下样品32)的温度可以由热电偶13和加热杆18控制，温度由程序预设。整个测试部分(图2中所示的)由密封罩体17密闭，即图2中除了测量支板9外其余各部件均设置在密封罩体17与测量支板9形成的密封空腔内，因此可以控制摩擦副所在的气体环境。试验开始前，通过调整平移台19的位置，调整两个摩擦副样品的相对位置，从而得预想的接触区域接触。调整第一配重16的位置，使得杠杆22两端达到平衡状态，摩擦副(上样品31和下样品32)之间处于零载荷状态，即上样品31对下样品32的压力为零。此时启动电机7，电机7通过同步轮5和同步带6带动绕圈轴24转动，进一步带动绕圈轴24上的绕圈4转动。绕圈4上缠绕有拉索8，拉索8拉动力传感器21及固定力传感器21的样品座支板11。由于样品座支板11、热电偶13、样品座14、加热杆18和导轨连接板20连接成一个整体，拉索8便带动该整体一起向左运动，如图1所示。由于摩擦副之间是零载荷，此时力传感器21测量的力即为系统的固有摩擦力。当加载运行时(向加载杆12的上端添加设定重量的加载块25)，所测定的力减去上述固有摩擦力即为摩擦副间的摩擦力。标定完成后，在加载杆12上施加需要的压力，调整电机7的转速，启动电机后记录力传感器21的读数，分析力的曲线即可得到最大静摩擦力。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种静摩擦力试验机，其特征在于，所述静摩擦力试验机包括样品座(14)和杠杆调载机构，该杠杆调载机构含有杠杆(22)和第一配重(16)，杠杆(22)的一端位于样品座(14)的上方，第一配重(16)设置于杠杆(22)的另一端，杠杆(22)的支点位于杠杆(22)的两端之间，第一配重(16)能够沿杠杆(22)的一端向该杠杆(22)的另一端往复移动，所述静摩擦力试验机还包括能够驱动样品座(14)沿水平方向移动的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的静摩擦力试验机，其特征在于，所述静摩擦力试验机还包括测量支板(9)，测量支板(9)上固定有多根相互平行的导轨(10)，导轨(10)与杠杆(22)平行，样品座(14)位于测量支板(9)的上方，样品座(14)与导轨(10)之间设有样品座支板(11)，样品座(14)与样品座支板(11)固定连接。

3.根据权利要求2所述的静摩擦力试验机，其特征在于，样品座支板(11)与导轨(10)之间设有导轨连接板(20)，样品座支板(11)和导轨连接板(20)固定连接，导轨连接板(20)的下表面设有与导轨(10)相对应的凹槽。

4.根据权利要求2所述的静摩擦力试验机，其特征在于，样品座(14)的上部设有用于安装固定摩擦副样品的凹槽，样品座(14)上设有用于加热的加热杆(18)和用于测温的热电偶(13)，样品座支板(11)的上表面设置用于安装固定样品座(14)的凹槽。

5.根据权利要求2所述的静摩擦力试验机，其特征在于，该杠杆调载机构固定于测量支板(9)上，沿杠杆(22)的一端向该杠杆(22)的另一端的方向，该杠杆调载机构和该驱动机构分别位于样品座(14)的两侧，所述静摩擦力试验机还包括密封罩体(17)，密封罩体(17)与测量支板(9)密封连接，密封罩体(17)与测量支板(9)形成密封空腔，样品座(14)、样品座支板(11)和该杠杆调载机构均设置在该密封空腔内。

6.根据权利要求5所述的静摩擦力试验机，其特征在于，该杠杆调载机构还含有用于安装固定杠杆(22)的平移台(19)，平移台(19)固定于测量支板(9)，平移台(19)在测量支板(9)上的位置能够调整。

7.根据权利要求6所述的静摩擦力试验机，其特征在于，杠杆(22)的两端之间设有作为所述支点的杠杆轴(23)，杠杆轴(23)沿水平方向设置，平移台(19)的上端设有杠杆座(15)，杠杆轴(23)插接于杠杆座(15)，杠杆(22)能够以杠杆轴(23)为轴转动。

8.根据权利要求1所述的静摩擦力试验机，其特征在于，杠杆(22)沿水平方向设置，该杠杆(22)的一端设有加载杆(12)，加载杆(12)沿竖直方向设置，加载杆(12)穿过该杠杆(22)，加载杆(12)的上端设有加载块(25)。

9.根据权利要求1所述的静摩擦力试验机，其特征在于，该驱动机构能够拉动样品座(14)沿水平方向移动，所述静摩擦力试验机还包括能够测量该驱动机构对样品座(14)施加的拉力的力传感器(21)。

10.根据权利要求9所述的静摩擦力试验机，其特征在于，该驱动机构包括绕圈(4)和用于驱动绕圈(4)转动的电机(7)，绕圈(4)安装于绕圈架(3)上，绕圈(4)上卷绕有拉索(8)，样品座(14)的下部固定有样品座支板(11)，力传感器(21)固定于样品座支板(11)，拉索(8)的一端与力传感器(21)连接。