CN111141674A - 一种不同真空度下测量摩擦力的实验台装置 - Google Patents

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CN111141674A CN201911108805.7A CN201911108805A CN111141674A CN 111141674 A CN111141674 A CN 111141674A CN 201911108805 A CN201911108805 A CN 201911108805A CN 111141674 A CN111141674 A CN 111141674A
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毛飞宇
黄平
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Abstract

本发明公开了一种不同真空度下测量摩擦力的实验台装置，其包括丝杆传动机构、支架、动力结构、测力单元、真空表、待测单元、真空单元、阀门、半球和托板；丝杆传动机构包括丝杆和套设在丝杆上的螺母，丝杆一端穿过支架的侧壁与动力结构相连，另一端固定在支架的另一侧壁上，螺母与固定在支架两侧壁之间的导轨相连，螺母上固定测力单元；半球的截面向外延伸形成端部，半球穿过托板，且端部固定在托板上，待测单元与半球紧密接触形成摩擦副；待测单元上连接有真空表和阀门，且阀门与真空单元相连，测力单元和摩擦副处于同一水平面。该装置将旋转运动转化成直线运动，使得测量过程和更容易控制，所测摩擦力类型更容易把控，结构简单，可操作性高。

Description

一种不同真空度下测量摩擦力的实验台装置
技术领域
本发明应用于测量不同真空度下的摩擦力，是一种不同真空度下测量摩擦力的实验台装置，此属于真空摩擦学领域。
背景技术
摩擦学一直是人们研究的重要课题。为研究摩擦，人们得出了一些测量摩擦力的方法，传统测量摩擦力的方法有：利用弹簧测力计测量，此方法稳定性差；利用斜面测量其倾角来测量，该方法在研究真空摩擦学上并不实用。
随着航天航空技术的迅速发展，很多零部件的运行环境都在真空环境下，这开辟了真空摩擦学领域，使得人们对于真空摩擦学规律的需求日益增强，研究和把握真空摩擦学领域的规律对更好的使用真空环境下的零部件至关重要。
测量摩擦力对于研究摩擦学有重要意义，能在不同真空度在较准确的测量出摩擦力对于真空摩擦学领域的研究不可小视，目前，学者们对真空摩擦学领域的研究局限于对于特性材料的摩擦、磨损特性，而对于不同真空度环境下的摩擦学一般规律的研究甚少，考虑到大气压的巨大作用力，能较稳定、准确的测量出不同真空度下的摩擦力对于真空摩擦学的研究有重要意义。
发明内容
本发明提出一种在不同真空度下测量摩擦的实验装置台，具体是利用真空单元、阀门和真空表控制真空度，利用丝杆的旋转运动提供推力，比起传统的测量摩擦力的方法更加稳定。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种在不同真空度下测量摩擦的实验装置台，包括丝杆传动机构、支架、动力结构、测力单元、真空表、待测单元、真空单元、阀门、半球和托板；所述丝杆传动机构包括丝杆和套设在丝杆上的螺母，丝杆一端穿过支架的侧壁与动力结构相连，另一端固定在支架的另一侧壁上，螺母与固定在支架两侧壁之间的导轨相连，螺母上方固定测力单元；半球的截面处向外延伸形成端部，半球穿过托板，且半球的端部固定在托板上，待测单元与半球紧密接触形成摩擦副；待测单元上连接有真空表和阀门，且阀门与真空单元相连，测力单元和摩擦副处于同一水平面。
进一步的，所述测力单元为推拉力计。
进一步的，所述动力机构为摇杆。
进一步的，轴座代替支架，将丝杆和导轨分别固定在两端轴座上。
进一步的，丝杆旋转推动推拉力计运动，所测的摩擦力不易过大，过大会导致丝杆打滑，打滑会使得测量有很大的误差，基于此考虑，摩擦力的可测量范围：0-1KN。
进一步的，半球的截面面积，即密闭空间的截面积不易过大，以保证大气压对摩擦副的法向载荷要在可控范围，也不能太小，太小无法将阀门和真空表包含在里面，操作也不方便，面积范围控制在：80cm2-120cm2。
进一步的，所述半球的材质选自45号钢，也可用其他材料。
进一步的，半球也可换成能形成密闭空间的其他形状，如柱体，即柱体与待测单元接触形成密闭空间。
进一步的，齿轮齿条传动机构代替丝杆传动机构，齿轮齿条传动机构包括齿轮和与齿轮啮合的齿条，齿条上固定安装推拉力计，动力机构连接齿轮。具体的可利用凹形槽将测力单元固定在齿条的，即用螺丝和螺母将凹形槽固定在齿条两侧，用螺丝将测力单元固定在凹形槽上，齿条可利用螺丝定位在有螺纹的实验台上，限制其他不相关自由度，仅保留前进方向的自由度，动力机构连接齿轮使齿轮转动，动力机构可选用手动或自动，如摇杆，齿轮转动带动齿条及其上的测力单元做直线运动，直到测力单元触碰并让待测单元开始运动。
本装置的操作流程，先利用真空单元将半球中的空气抽出一部分，利用阀门调节到目标真空度，再将测力单元调到指定模式，这里以峰值（用于测量最大静摩擦力）模式为例，然后动力机构带动丝杆做旋转运动，进而使得测力单元向前运动，直到测力单元触碰到接触物体并使其开始运动为止，记下此时的测力单元读数，重复上面的操作，多次测量取平均值即为所测的指定真空度下的最大静摩擦力。丝杆继续转动，也可以测量其动摩擦力的大小。也可以反转丝杆，让测力单元拉动摩擦副物体运动，可根据测量的具体情况合理选择测量方案。
本发明在传统的测量方法上加入了丝杆传动机构，将旋转运动转变为直线运动，也可将丝杆传动机构替换为齿轮齿条传动机，巧妙的利用旋转运动提供测量摩擦力的推力，利用丝杆将旋转运动转化为直线运动，再将测力单元固定在丝杆上的螺母上，随着丝杆一起向前推进，当测力单元触碰到接触物体并使其运动时，其读数即为所测摩擦力的大小，并可根据接触物体的运动情况，判断所测摩擦力是静摩擦力或动摩擦力，比起传统的测量摩擦力的装置，测量过程较稳定，可操作、可控制性强，所测摩擦力类型更容易把控，结构简单。为真空环境下测量摩擦力提供了思路，解决了一定真空度环境下测量摩擦力不可控的问题，对研究真空摩擦学有重要意义。另外，测力单元可连接电脑，通过电脑可以反映出整个测量过程中的摩擦力变化，这无疑对研究摩擦学有重大意义。
附图说明
图1为不同真空度摩擦力测量实验台三维简化图；
图2为托板托住半球的示意图；
其中，丝杆1，测力单元2，真空表3，有机玻璃板4，砝码5，真空单元6，阀门7，半球8，托板9，动力机构10，机架11。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
如图1所示，该不同真空度下测量摩擦的实验台装置包括丝杆传动机构1、测力单元2、真空表3、待测单元4、砝码5、真空单元6、阀门7、半球8、托板9、支架11和动力机构 10，该实施例中动力机构10为摇杆，测力单元2为推拉力计；所述丝杆传动机构1包括丝杆和套设在丝杆上的螺母，丝杆一端穿过支架11的侧壁与摇杆相连，另一端固定在支架11的另一侧壁上，螺母与固定在支架两侧壁之间的导轨相连，螺母上方固定推拉力计(如图2所示)，摇杆作为动力源，带动丝杆旋转；有机玻璃板作为待测单元4，其上安装有真空表3和阀门7，半球8的截面处向外延伸形成端部，半球8穿过托板9，且半球8的端部固定在托板 9上，有机玻璃板与半球8紧密接触形成摩擦副，并构造出密闭空间，真空单元6通过气管与有机玻璃板上的阀门7连接，可利用真空单元6及气管将密闭空间内的空气抽出，通过阀门7的闭合程度形成不同的真空度，即通过真空单元6和阀门7控制密闭空间内的真空度，以构造不同真空度环境；利用砝码5将有机玻璃板4垫高以保证推拉力计和摩擦副基本处于同一水平面，减小转矩对于实验的影响；半球8的截面处向外延伸形成端部，托板9上有一个和半球截面积大小装配度合适的孔，半球8穿过托板9，并将半球8的端部固定在托板9 上，具体是在孔的两边有两个对称的螺纹孔，半球的端部上也有对应的螺纹孔，利用螺丝让托板9托住半球8，如图2所示，这样可保证其稳定性。
注意，真空所用的半球不宜过大，否则会使得大气对其法向载荷过大，从而，摩擦力过大，不易测量，同时也不宜过小，过小无法将阀门和真空表包含进去，且操作不便，建议半球的最大截面面积范围：80cm2—120cm2。
使用该装置进行检测摩擦力时，先估计测量范围以选择合适量程的推拉力计，并根据测量要求调节推拉力计的模式，该实施例中将推拉力计调到指定模式，这里以峰值（用于测量最大静摩擦力）模式为例，再使用打开真空泵6开始对半球8抽真空，利用阀门7调节使真空表3显示到目标真空度，准备工作结束后，开始转动摇杆，丝杆在摇杆的带动下旋转运动，由于丝杆穿设在螺母中，螺母上方固定推拉力计，所以丝杆的旋转运动带动推拉力计向前推进，直到触碰到摩擦副接触上表面，即有机玻璃板，继续推进，使得有机玻璃板开始运动，此时的读数即为所测的最大静摩擦力，重复上面的操作，多次测量取平均值即为所测的指定真空度下的最大静摩擦力。同理还可以测量其它类型的摩擦力大小，也可将推拉力计连接电脑，得出整个推进过程中的摩擦力变化趋势。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种在不同真空度环境下测量摩擦力的实验装置台，其特征在于，包括丝杆传动机构（1）、支架（11）、动力机构（10）、测力单元（2）、真空表（3）、待测单元（4）、真空单元（6）、阀门（7）、半球（8）和托板（9）；所述丝杆传动机构（1）包括丝杆和套设在丝杆上的螺母，丝杆一端穿过支架（11）的一侧壁与动力机构（10）相连，另一端固定在支架（11）的另一侧壁上，螺母与固定在支架两侧壁之间的导轨相连，螺母上方固定测力单元（2）；半球（8）的截面处向外延伸形成端部，半球（8）穿过托板（9），且半球（8）的端部固定在托板（9）上，待测单元（4）与半球（8）紧密接触形成摩擦副，且形成密闭空间；待测单元（4）上连接有真空表（3）和阀门（7），且阀门（7）与真空单元（6）相连，测力单元（2）和摩擦副处于同一水平面。
2.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，轴座代替支架（11），将丝杆和导轨分别固定在两端轴座上。
3.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，所述实验台装置测量摩擦力的范围为0-1kN。
4.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，所述半球（8）的截面面积为80cm2-120cm2。
5.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，所述半球（8）的材质选自45号钢。
6.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，所述半球（8）替换为柱体，柱体与待测单元接触形成密闭空间。
7.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，齿轮齿条传动机构代替丝杆传动机构，齿轮齿条传动机构包括齿轮和与齿轮啮合的齿条，齿条上固定安装推拉力计，动力机构连接齿轮。
8.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，所述动力机构（10）为摇杆。
9.根据权利要求1所述的实验台装置，其特征在于，所述测力单元（2）为推拉力计。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113418860A (zh) * 2021-06-08 2021-09-21 法士特伊顿(西安)动力传动系统有限责任公司 一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113418860A (zh) * 2021-06-08 2021-09-21 法士特伊顿(西安)动力传动系统有限责任公司 一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法
CN113418860B (zh) * 2021-06-08 2023-08-25 法士特伊顿(西安)动力传动系统有限责任公司 一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法

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