CN110595994A - 一种基于电子万能试验机测量摩擦系数的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子万能试验机测量静摩擦与动摩擦系数的方法及其装置，涉及材料测量领域，目的是实现同时测量动摩擦系数和静摩擦系数；本发明将测量装置放置于电子万能试验机的上下压头中，并对测量装置施加预紧力并用锁紧螺栓固定，随后将测量装置顺时针翻转90°，使得导向杆与下压头中的导向孔配合，再次使用电子万能试验机对静摩擦与动摩擦系数测量装置缓慢施加载荷，直至控制系统监测到摩擦力出现最大值与趋近于平稳的两个力后停止加载，通过一定的计算与变换即可实现静摩擦与动摩擦系数的测量。本发明解决了静摩擦与动摩擦系数无法同时准确测量、操作困难等问题，具备响应频率快、测量精度高、装夹方便等优点。

Description

一种基于电子万能试验机测量摩擦系数的方法及其装置

技术领域

本发明涉及材料测量领域，具体为一种基于电子万能试验机测量静摩擦与动摩擦系数的方法及其装置。

背景技术

摩擦是工业制造过程中最普遍的现象，该现象引起机械零件变形不均匀、摩损、打滑等，对机械零件的工作性能与使用寿命造成巨大影响。随着对机械零件的使用要求不断提高，各项性能参数日益精准，静摩擦系数的测量成为测试表征的必然要求。

尽管当前测量静摩擦系数的装置种类繁多，但通过其测量原理可将其分为以下两大类：一类是斜面法，将被测物体放置于平板上，并缓慢增大平板的倾斜角度，当被测物体的下滑分力大于静摩擦力时，物体向下滑动，并利用平板角度的正切值求解出最大静摩擦系数。该测量方法操作简单，但其测量精度较低，无法满足静摩擦系数精密测量的要求。另一类则是平移法，将被测物体放置于平板上，并缓慢增加拉力或推力使被测物体发生相对移动，此时用相应的测力传感器已记录下被测物体移动时的最大推力或拉力，通过相应的分析与转换计算出被测物体的最大静摩擦系数。该测量方式易受操作人员熟练程度的影响，且效率比较低。

发明内容

本发明的目的是基于摩擦学第一定律，采用电子万能试验机对装夹在静摩擦与动摩擦系数测量装置上的被测物体进行匀速加载，电子万能试验机实时记录被测物体与测试钢板间静摩擦与动摩擦力，通过计算与转换实现静摩擦与动摩擦系数的测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于电子万能试验机测量摩擦系数装置,包括电子万能试验机和与之控制连接的控制系统,

电子万能试验机的上压头与下压头之间设置有可以改变受力方向的测量装置,所述上压头对测量装置施加压力；

所述测量装置包括上定位座和下定位座，所述上定位座和下定位座相对的面上分别固定设置有被测试件，两个被测试件夹紧在测试钢板的两侧，所述上定位座与下定位座之间通过锁紧螺栓固定连接。

在上述技术方案中，所述上定位座和下定位座上分别设置有若干定位块，在同一定位座上的不同定位块之间用于夹持定位试件。

在上述技术方案中，上定位座和下定位座上的试件位置相互对应。

在上述技术方案中，所述上定位座、下定位座与测试钢板之间设置有轴向的定位杆。

在上述技术方案中，所述定位杆是可以拆除的，当上定位座、测试钢板、下定位座被万能试验机压紧后拆除定位杆，并对整个测量装置进行转向。

在上述技术方案中，所述测试钢管的一个侧边上设置有导向杆，所述整个测量装置转向后所述导向杆与下压头上的导向孔匹配连接。

本发明还公开一种基于电子万能试验机摩擦系数测量方法，

首先将测量装置放在万能试验机上，由万能试验机施加一个预紧作用力F1到测量装置上；

接下来将测量装置翻转90°，由万能试验机施加一个载荷力F到测量装置上；

摩擦系数μ由公式可得：

在上述技术方案中，所述测量装置在F₁的预紧力作用下进行翻转后，被测试件与测试钢板之间发生位移，具体表达式为：

其中：S是被测试件的与测试钢板的接触面积，P为被测试件受到测试钢板的压强。

在上述技术方案中，测量装置在翻转90°后万能试验机施加的载荷力为：

F＝P×S×μ

其中：S是被测试件的与测试钢板的接触面积，P为被测试件受到测试钢板的压强。

在上述技术方案中，在电子万能试验机加载载荷力F的过程中的最大力值为F₂，平稳状态下的力为f₂，那么：

静摩擦系数：

动摩擦系数：

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的电子万能试验机可实时准确监控被测零件与测试钢板之间摩擦力的变化情况；

测得静摩擦与动摩擦系数的方法简单、易于操作，测量精度高，且可同时测试静摩擦与动摩擦两个系数；

静摩擦与动摩擦系数测量装置结构简单，降低了测试过程中的装夹要求，具有一定的可操作性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是测量静摩擦与动摩擦系数的的原理图；

图2是静摩擦与动摩擦系数测量装置的结构示意图；

图3是静摩擦与动摩擦系数测量装置的剖视图；

图4是试验机载荷加载曲线示意图；

其中：1是电子万能试验机；2是上压头；3是静摩擦与动摩擦系数测量装置；4是下压头；5是控制系统，301是上定位底座；302是定位杆；303是导向杆；304、309是被测试件；305是下定位底座；306是锁紧螺栓；307是四个定位块；308是测试钢板。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，整个试验系统包括电子万能试验机和一个控制系统，电子万能试验机具有直接精确施加作用力和读取受力值，相比传统的力测试可以做到精准测量。测量装置直接设置在电子万能试验机的上压头与下压头之间。

为了实现对被测试件的表面摩擦力进行测试，因此必须固定一个用于摩擦的钢板，为了实现对钢板的固定，本实施例采用夹紧的方式，利用两个相同的被测试件相对夹紧钢板的方式进行测试。

因此，本实施例如图2、图3所示，测量装置包括上定位座301、下定位座305、定位块307以及连接上下定位座的锁紧螺栓306。在上定位座301和下定位座305上分别固定连接两块定位块307，定位块可以通过螺钉锁紧的方式各自固定在定位座上，利用两块定位块之间的空间实现对被测试件304、309的夹紧，然后将测试钢板308设置在两个被测试件之间，从上之下叠加设置。

为了确保被测试件与测试钢板之间的固定接触，利用锁紧螺栓306将上定位座和下定位座相互进行锁紧，为了确保在轴向上被两个被测试件相对于测试钢板的位置不发生变化，因此设置多根定位杆302，定位杆302依次穿过上定位座301、测试钢板308和下定位座305，定位杆的作用是当受到预紧力后上定位底座301、测试钢板308与下定位底座305的轴向移动，然后锁紧螺栓306与上定位底座301、下定位底座305连接，随后将定位杆302全部移除，锁紧螺栓的作用是使被测零件304、309与测试钢板308间具有一定的预紧力。

在本实施例中，被测试件304和被测试件309的外形、材料、以及表面粗糙程度是一致的，被测试件被定位块夹住后位置是不能发生变化的，而且两个被测试件的上下相对位置是一致的，其水平投影是完全重合的。测试钢板的两个与被测试件接触的侧面的粗糙程度也是相同的。

本实施在实施过程中是需要对测量装置进行旋转90°，因此当旋转后的测量装置需要精确的定位，为了实现这一目的，本实施例在测试钢板的一侧设置有导向杆303，导向杆与万能试验机的下压头上的导向孔相匹配，确保万能试验机能定向的施加载荷到测试钢板上。

本实施例根据摩擦学第一定律，电子万能试验机对静摩擦与动摩擦系数测量装置进行预紧与翻转90°后的加载，被测零件与测试钢板发生相对移动，则两者之间的静摩擦与动摩擦系数为：

其中：μ为摩擦系数，F₁是电子万能试验机施加预紧的力值，S为被测零件的受力面积，P为被测零件所受到测试钢板的压强。

在上式中F为静摩擦与动摩擦系数测量装置翻转90°后电子万能试验机施加的载荷，测量装置翻转90°后测试钢板与被测试件之间存在摩擦位移，因此其被测件上的受力可以表达为：

F＝P×S×μ

而在测量装置没有翻转90°的时候，被测试件与测试钢板之间没有摩擦位移，因此其被测试件的受力可以表达为：

因为从测量装置施加预紧力到翻转90°后施加载荷到测试钢板上的过程中，钢板只与被测试件发生平行的摩擦，而不产生垂直的作用力，因此在整个过程中，被测试件与测试钢板之间的压强是不发生改变的，因此可以通过上述公式进行推导出摩擦系数。

本实施例的一个目的是要同时测量静摩擦与动摩擦系数，因此通过电子万能试验机读取在施加载荷到测试钢板上的作用力曲线，如图4所示，F₂为测量装置测试到施加的最大载荷力值，f₂为测量装置测试到施加的平稳力值，分别代入到上述公式就可以得到：

被测试件的静摩擦系数：动摩擦系数：

本实施例的测量方式可以快速简单的测量出各种材料的相对摩擦系数，准确精度高，非常具有实用性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种基于电子万能试验机测量摩擦系数装置,包括电子万能试验机和与之控制连接的控制系统,其特征在于:

电子万能试验机的上压头与下压头之间设置有可以改变受力方向的测量装置,所述上压头对测量装置施加压力；

所述测量装置包括上定位座和下定位座，所述上定位座和下定位座相对的面上分别固定设置有被测试件，两个被测试件夹紧在测试钢板的两侧，所述上定位座与下定位座之间通过锁紧螺栓固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子万能试验机测量摩擦系数装置,其特征在于所述上定位座和下定位座上分别设置有若干定位块，在同一定位座上的不同定位块之间用于夹持定位试件。

3.根据权利要求2所述的一种基于电子万能试验机测量摩擦系数装置,其特征在于上定位座和下定位座上的试件位置相互对应。

4.根据权利要求1所述的一种基于电子万能试验机测量摩擦系数装置,其特征在于所述上定位座、下定位座与测试钢板之间设置有轴向的定位杆。

5.根据权利要求4所述的一种基于电子万能试验机测量摩擦系数装置,其特征在于所述定位杆是可以拆除的，当上定位座、测试钢板、下定位座被万能试验机压紧后拆除定位杆，并对整个测量装置进行转向。

6.根据权利要求5所述的一种基于电子万能试验机测量摩擦系数装置,其特征在于所述测试钢管的一个侧边上设置有导向杆，所述整个测量装置转向后所述导向杆与下压头上的导向孔匹配连接。

7.一种基于电子万能试验机摩擦系数测量方法，其特征在于：

首先将测量装置放在万能试验机上，由万能试验机施加一个预紧作用力F1到测量装置上；

接下来将测量装置翻转90°，由万能试验机施加一个载荷力F到测量装置上；

摩擦系数μ由公式可得：

8.根据权利要求7所述的一种基于电子万能试验机摩擦系数测量方法，其特征在于所述测量装置在F1的预紧力作用下进行翻转后，被测试件与测试钢板之间发生位移，具体表达式为：

其中：S是被测试件的与测试钢板的接触面积，P为被测试件受到测试钢板的压强。

9.根据权利要求7所述的一种基于电子万能试验机摩擦系数测量方法，其特征在于测量装置在翻转90°后万能试验机施加的载荷力为：

F＝P×S×μ

其中：S是被测试件的与测试钢板的接触面积，P为被测试件受到测试钢板的压强。

10.根据权利要求7-9任一所述的一种基于电子万能试验机摩擦系数测量方法，其特征在于在电子万能试验机加载载荷力F的过程中的最大力值为F₂，平稳状态下的力为f₂，那么：

静摩擦系数：

动摩擦系数：