CN106908379A - 一种磁敏橡胶的可控滑动摩擦系数检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁敏橡胶的可控滑动摩擦系数检测方法及装置。在滑动摩擦基座的基础上，非铁磁性对偶件在磁敏橡胶上做水平匀速往复运动，磁场发生器产生的可控磁场垂直穿过磁敏橡胶，使得磁敏橡胶的表面粗糙度、硬度、表面铁颗粒聚集程度等发生可逆性变化，进而能够调控磁敏橡胶的摩擦系数，其载荷和摩擦力分别由压力传感器和拉压力传感器测得。摩擦处理与显示模块根据摩擦系数的定义公式求得摩擦系数，进而绘制和显示经平滑滤波处理的摩擦系数‑时间曲线。该测试装置主要包括控制器、滑动摩擦基座、磁场发生器、摩擦副、压力传感器、拉压力传感器和摩擦处理与显示模块。本发明的提出，为检测磁敏橡胶的摩擦系数随磁场变化的规律提供了条件。

Description

一种磁敏橡胶的可控滑动摩擦系数检测方法及装置

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种磁敏橡胶滑动摩擦系数检测装置。

背景技术

据统计，全球约有超过一半的能源损耗源自于机器零部件的摩擦，约80％的机器零部件失效也是磨损引起的。因此，研究材料的摩擦磨损规律，对提高设备的耐磨性，节约能源，减少材料的消耗以及延长设备的寿命具有非常重要的意义。有研究表明，有机物-金属复合材料的摩擦磨损特性在外加磁场作用下发生显著的变化，如韩国仁和大学的Lee等人研究了Fe，Ni和Co粉末填充的磁敏橡胶材料，对磁场作用下的磁敏橡胶微观结构进行了显微观察，发现磁敏橡胶的铁磁颗粒会产生聚集，磁场作用导致磁敏橡胶的弹性模量、硬度和表面粗糙度发生可逆性变化，进而导致磁敏橡胶的滑动摩擦系数发生可逆性变化。此外，磁场的性质，如强度、频率等因素也会影响磁敏橡胶的摩擦系数。由于磁场具有良好的可控性，因而磁敏橡胶的滑动摩擦系数也具有良好的可控性。针对磁敏橡胶材料的滑动摩擦系数可控这一特性，磁敏橡胶已被设计用于摩擦可控部件，如仿生机器人脚掌、传送带等需要不同摩擦力的场合。但是，目前没有能够系统的检测磁敏橡胶滑动摩擦系数的装置，尤其是缺乏能够产生可控磁场的装置用于在线调控磁敏橡胶的滑动摩擦系数和实时显示摩擦系数-时间曲线的模块,以便观察磁敏橡胶滑动摩擦系数随磁场变化的趋势。

因此，若能发明一种适用于磁敏橡胶滑动摩擦系数的检测装置，该装置能够产生在线调控(强度和频率)的磁场和显示摩擦系数-时间曲线，将有助于深入分析磁场调控下磁敏橡胶的摩擦学，为工程化应用磁敏橡胶的摩擦可控特性提供技术支撑。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种磁敏橡胶滑动摩擦系数的检测方法及装置，用于检测磁敏橡胶的滑动摩擦系数。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种磁敏橡胶的可控摩擦系数检测装置，包括滑动摩擦基座、磁场发生器、非铁磁性摩擦副、磁敏橡胶、拉压力传感器和摩擦处理与显示模块。滑动摩擦基座是整个装置的动力源，为摩擦副的滑动提供速度可调的推/拉力。基于滑动摩擦基座的基础上，非铁磁性对偶件在磁敏橡胶上做水平匀速往复运动。磁场发生器在计算机的控制下产生可调控(强度和频率)的磁场，改变磁敏橡胶的弹性模量、硬度和表面粗糙度等参数，进而调控磁敏橡胶的滑动摩擦系数。由压力传感器和拉压力传感器分别测得法向载荷和滑动摩擦力，将测得的信号输入变送器，经模数转换处理后输入摩擦处理与显示模块。摩擦处理与显示模块根据摩擦系数的定义公式(摩擦力除以法向载荷)求得摩擦系数，进而绘制和显示经平滑滤波处理的摩擦系数-时间曲线。

此外，滑动摩擦基座能够提供一般摩擦试验机所具备的功能，如调节压力、更换对偶件、更换试样等，以便检测压力、对偶件、材料配比等因素对磁敏橡胶摩擦系数的影响。

本发明的有益效果是通过对磁场的调控，实现了对磁敏橡胶滑动摩擦系数的调控，摩擦处理与显示模块能够实时显示摩擦系数-时间曲线，进而研究磁场对磁敏橡胶滑动摩擦系数的作用机理。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明实施例结构示意图。

图2为滑动摩擦系数测量方法图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图所示，本实施例一种磁敏橡胶的可控滑动摩擦系数检测装置与设计方法，具体包括滑动摩擦基座、磁场发生器、拉压力传感器和摩擦系数处理与显示模块。

滑动摩擦基座包括步进电机1、驱动器7、联轴器2、模组5、传感器连接件4和底座19。步进电机1是滑动摩擦基座的动力源，其转速和转向由控制器20经驱动器7控制。步进电机7的转轴与模组5的丝杆6通过联轴器2连接。模组5的滑台3安装在丝杆6上，可将丝杆6的转动转换为水平滑动，拉压力传感器9通过传感器连接件固定在滑台3上，拉压力传感器9的测力端经连杆8与承重台11相连。基于以上结构，滑动摩擦基座可以带动拉压力传感器7进而推/拉非铁磁性对偶件12在磁敏橡胶13上做水平匀速往复运动，且能使非铁磁性对偶件12滑动的速度可调。磁场发生器的铁芯16固定在底座19上，压力传感器14固定在铁芯16和磁敏橡胶13之间，用于测量法向载荷的大小。磁敏橡胶13固定在压力传感器14上，非铁磁性对偶件12置于磁敏橡胶13的上表面，重物10通过承重台11压在非铁磁性对偶件12上面，调整重物10的大小可以改变压力的大小。

基于以上设计，本发明装置在具备了一般摩擦试验机具备的功能(如调速、调整压力、更换对偶件、更换试样)的基础上，新增了可产生可控磁场(强度和频率)的磁场发生器，以调控磁敏橡胶的摩擦系数。

工作时，磁力线垂直穿过磁敏橡胶，重构磁敏橡胶里面的铁颗粒分布形式，改变磁敏橡胶的表面粗糙度、硬度、弹性模量和表面铁颗粒聚集度等参数。在不同强度和频率的磁场下，磁敏橡胶的表面粗糙度、硬度、弹性模量和表面铁颗粒聚集度等参数会发生不同程度的变化，因而磁敏橡胶的滑动摩擦系数也会发生不同程度的变化。因此，可以通过对磁场的控制进而控制磁敏橡胶的滑动摩擦系数。其中，磁场的控制方式如下：控制器20产生幅值和频率可控的波形信号，信号放大器18对该信号进行放大后输入绕在铁芯16上的励磁线圈15，在铁芯的上下表面产生强度和频率可控的磁场。

进一步，基于非铁磁性对偶件12在磁敏橡胶13上做水平匀速往复运动，磁场改变磁敏橡胶13的表面粗糙度、硬度、弹性模量和表面铁颗粒聚集度等参数，进而可以在线调控磁敏橡胶13的滑动摩擦系数。由压力传感器14和拉压力传感器9分别测得法向载荷和滑动摩擦力，将测得的信号输入变送器16，经模数转换处理后输入摩擦处理与显示模块17。摩擦处理与显示17模块根据摩擦系数的定义公式(摩擦力除以法向载荷)求得摩擦系数，进而绘制和显示经平滑滤波处理的摩擦系数-时间曲线。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.本发明公开了一种磁敏橡胶的可控滑动摩擦系数检测方法及装置，属于测试技术领域。其特征在于：在滑动摩擦基座的基础上，非铁磁性对偶件在磁敏橡胶上做水平匀速往复运动，磁场发生器产生的可控磁场(强度和频率)垂直穿过磁敏橡胶，使得磁敏橡胶的表面粗糙度、硬度、表面铁颗粒聚集程度等参数发生可逆性变化，进而能够在线调控磁敏橡胶的滑动摩擦系数，其载荷和摩擦力分别由压力传感器和拉压力传感器测得。摩擦处理与显示模块根据摩擦系数的定义公式(摩擦力除以法向载荷)求得摩擦系数，进而绘制和显示经平滑滤波处理的摩擦系数-时间曲线。

2.根据权利要求1所述的一种磁敏橡胶的可控摩擦系数检测方法，其特征在于：所述磁场发生装置能够产生可控磁场(强度和频率)，调整磁敏橡胶的表面粗糙度、硬度、表面铁颗粒聚集程度等参数，进而调控磁敏橡胶的摩擦系数。

3.根据权利要求1所述的一种磁敏橡胶的可控摩擦系数检测方法，其特征在于：摩擦处理与显示模块根据摩擦系数的定义公式(摩擦力除以法向载荷)求得滑动摩擦系数，进而绘制和显示经平滑滤波处理的摩擦系数-时间曲线。

4.根据权利要求1所述的一种磁敏橡胶的可控摩擦系数检测装置，其特征在于：所述装置主要包括控制器、滑动摩擦基座、磁场发生器、摩擦副(非铁磁性对偶件-磁敏橡胶)、压力传感器、拉压力传感器和摩擦处理与显示模块。