CN111610137A - 一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁粒研磨表面光整技术领域，尤其涉及一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法及装置。包括工作台、永磁极、磁极夹持机构、三轴移动机构、磨粒存储器、磁性磨粒及电子天平；所述三轴移动机构设于电子天平上且能沿X、Y、Z三轴移动，工作台固定在电子天平上，测量时磁极夹持机构将永磁极夹持固定在工作台上；磁性磨粒放置在磨粒存储器内，磨粒存储器固定在三轴移动机构上，磨粒存储器位于永磁极的上方，通过三轴移动机构调节磁性磨粒与永磁极间的间隙。实现了对微小粒径磁性磨粒磁场力的测量，为磁粒研磨光整加工技术中磁性磨粒磁场力的理论分析提供实验验证。

Description

一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法及装置
技术领域
本发明涉及磁粒研磨表面光整技术领域，尤其涉及一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法及装置。
背景技术
磁粒研磨是利用强磁场力控制磁性磨粒进行光整加工的一种新型加工技术，该技术适应性强，可实现任何几何形状表面的高质量、高效率光整加工，广泛应用于航空航天、汽车、模具、医疗器械及其他工业领域。
在磁力研磨中，磁性磨粒受到的磁场力决定了工件表面加工的质量和效率。因此测量磁场力不仅可以反映磁性磨粒与工件的相互作用，还可以预测加工表面的质量。同时，分析磁性磨粒在磁极不同位置受到的磁场力大小，建立磁性磨粒受到的磁力大小与磁性磨粒位置的函数关系，为研究磁粒研磨中磁性磨粒对工件的作用力模型提供理论支持。但是，由于单颗磁性磨粒质量太小，目前无法测量其磁场力。如何测量单颗磁性磨粒磁场力成为亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供了一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法及装置，可实现单颗磁性磨粒在不同磁场中所受磁场力大小的测量。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，包括工作台、永磁极、磁极夹持机构、三轴移动机构、磨粒存储器、磁性磨粒及电子天平；所述三轴移动机构设于电子天平上且能沿X、Y、Z三轴移动，工作台固定在电子天平上，测量时磁极夹持机构将永磁极夹持固定在工作台上；磁性磨粒放置在磨粒存储器内，磨粒存储器固定在三轴移动机构上，磨粒存储器位于永磁极的上方，通过三轴移动机构调节磁性磨粒与永磁极间的间隙。
所述工作台设有T型槽，磁极夹持机构安装在T型槽上，能够沿T型槽横向移动。
所述磁极夹持机构包括三角规与定向键，定向键与工作台的T型槽配合滑动连接，定向键与三角规通过螺栓连接，在测量时通过螺母与螺栓把三角规固定在工作台上。
所述三轴移动机构包括X轴滑台机构、Y轴滑台机构与Z轴滑台机构；X轴滑台机构安装在电子天平上，X轴滑台机构能沿X轴移动，Y轴滑台机构安装在X轴滑台机构上，Y轴滑台机构能沿Y轴移动，Z轴滑台机构安装在Y轴滑台机构上，Z轴滑台机构能沿Z轴移动。
所述X轴滑台机构包括X轴滑台千分尺、X轴滑台千分尺支座、X轴滑台底座、X轴滑台导轨、X轴滑台锁紧螺丝及中间连接板；中间连接板与X轴滑台底座之间通过X轴滑台导轨配合滑动连接，X轴滑台千分尺位于X轴滑台千分尺支座上并固定于X轴滑台底座的一侧，X轴滑台锁紧螺丝位于与X轴滑台千分尺所对应的X轴滑台底座另一侧。
所述Y轴滑台机构包括Y轴滑台千分尺、Y轴滑台千分尺支座、Y轴滑台工作台面、Y轴滑台导轨及Y轴滑台锁紧螺丝；Y轴滑台工作台面与中间连接板之间通过Y轴滑台导轨配合滑动连接，Y轴滑台千分尺位于Y轴滑台千分尺支座上并固定于中间连接板的一侧，Y轴滑台锁紧螺丝位于与Y轴滑台千分尺所对应的中间连接板另一侧。
所述Z轴滑台机构包括Z轴滑台千分尺、Z轴滑台千分尺支座、Z轴滑台底座、Z轴滑台工作台面、Z轴滑台导轨、Z轴滑台锁紧螺丝及Z轴滑台支架；Z轴滑台支架的底部通过螺栓固定在Y轴滑台工作台面上，Z轴滑台底座通过螺栓固定在Z轴滑台支架的上部，Z轴滑台工作台面与Z轴滑台底座之间通过Z轴滑台导轨配合滑动连接，Z轴滑台千分尺位于Z轴滑台千分尺支座上并固定于Z轴滑台底座的一侧，Z轴滑台锁紧螺丝位于与Z轴滑台千分尺所对应的Z轴滑台底座另一侧。
还包括连接杆与连接块；磨粒存储器与连接杆底部相连接，连接杆的顶部通过螺栓固定在连接块中间的凹槽内，连接块通过螺栓固定在三轴移动机构上。
所述磨粒存储器为球形，包括上壳体与下壳体，上壳体与下壳体通过螺纹连接，可拆卸。
所述电子天平采用精密电子天平，精确到0.001克。
所述永磁极为扁圆柱形。
一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法，具体包括如下步骤：
1)启动电子天平并置零；
2)将永磁极放在工作台上并通过磁极夹持机构进行固定，调整磨粒存储器的水平位置，使其位于永磁极的正上方10mm处，测得永磁极的质量m0；
3)将磁性磨粒填满磨粒存储器，当电子天平稳定后记下示数m1，则磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力为：
Fm1＝Δm·g＝(m0-m1)·g (1)
公式(1)中，g为重力加速度，单位：m/s2；
设单颗磁性磨粒的粒径为d1，球形磨粒存储器的直径为d2；
单颗磁性磨粒与球形磨粒存储器体积比为：
Figure BDA0002520015460000031
公式(2)中，d1为单颗磁性磨粒的粒径，d2为球形磨粒存储器的直径，单位：mm；
单颗磁性磨粒所受的磁场力为：
F1＝kFm1 (3)
公式(3)中，k为单颗磁性磨粒与球形磨粒存储器体积比例系数，Fm1为球形磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力，单位：N；
通过公式(3)计算出单颗磁性磨粒在磁场中所受的磁场力；
4)逆时针转动Z轴滑台千分尺一周，使得磨粒存储器与永磁极的间隙减少0.5mm，当电子天平稳定后记下示数m2，磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力为：
Fm2＝Δm·g＝(m0-m2)·g (4)
公式(4)中，g为重力加速度，单位：m/s2；
单颗磁性磨粒所受的磁场力为：
F2＝kFm2 (5)
公式(5)中，k为单颗磁性磨粒与球形磨粒存储器体积比例系数，Fm2为间隙9.5mm时磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力，单位：N；
依次调整磨粒存储器与永磁极间的间隙，每次Z轴滑台千分尺逆时针旋转一周，间隙距离减少0.5mm，直至调整到磨粒存储器与永磁极相接触，间隙为0，总计旋转20次，距离为10mm；
重复测量20次，得出20组磁性磨粒在Z轴方向上不同间隙的磁场力F1-F20，即可得到一条磁场力关于测量间隙变化的曲线，建立磁性磨粒受到的磁场力大小与磁性磨粒位置的函数关系。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过将一团磁性磨粒存入球形容器中，先测量球形容器中整体磨粒所受的磁场力，在乘以单颗磁性磨粒与球形容器的体积比，所得磁场力等效于单颗磁性磨粒所受磁场力，解决了因单颗磁性磨粒质量太小而无法测量其磁场力的问题。
实现了对微小粒径磁性磨粒磁场力的测量，为磁粒研磨光整加工技术中磁性磨粒磁场力的理论分析提供实验验证。
2)在磁粒研磨中，磁性磨粒受到的磁场力决定了工件表面加工的质量和效率。因此测量单颗磁性磨粒受到的磁场力不仅可以反映磁性磨粒与工件的相互作用，还可以预测加工表面的质量。
3)采用了三轴移动机构，球形磨粒存储器中的磁性磨粒可以在水平和竖直方向上移动，测量磁性磨粒在磁极不同位置时的磁场力，分析磁性磨粒在圆形磁极不同位置受到的磁场力大小，建立磁性磨粒受到的磁场力大小与磁性磨粒位置的函数关系，为研究磁粒研磨中磁性磨粒对工件的作用力模型提供理论支持。同时通过千分尺调节距离精度较高能达到0.5毫米。
4)采用了精密电子天平，测量精确度较高，可以精确到0.001克。
5)通过使用不同的永磁极，以及改变磨粒粒径的大小，可以测得对于不同磨粒在不同形状、大小的永磁极产生的磁场中，所受磁场力的大小。
6)装置结构简单，操作方便，节约成本，绿色环保。
附图说明
图1是本发明立体结构示意图；
图2是本发明结构示意左视图；
图3是本发明三轴移动机构结构示意右视图；
图4是本发明三轴移动机构立体结构示意图；
图5是本发明球形磨粒储存器主视图；
图6是本发明单颗磁性磨粒磁场力随间隙变化曲线图。
图中：1.工作台 2.圆形永磁极 3.磁极夹持机构 31.锁紧螺栓 32.锁紧螺母 33.三角规 34.定向键 4.三轴移动机构 410.Z轴滑台机构 411.Z轴滑台千分尺 412.Z轴滑台千分尺支座 413.Z轴滑台工作台面 414.Z轴滑台底座 415.Z轴滑台锁紧螺丝 416.Z轴滑台导轨 417.Z轴滑台支架 420.Y轴滑台机构 421.Y轴滑台千分尺 422.Y轴滑台千分尺支座 423.Y轴滑台工作台面 424.Y轴滑台锁紧螺丝 425.Y轴滑台导轨 430.X轴滑台机构431.X轴滑台千分尺 432.X轴滑台千分尺支座 433.X轴滑台底座 434.X轴滑台锁紧螺丝435.X轴滑台导轨 436.中间连接板 5.球形磨粒存储器 51.球形磨粒存储器上壳体 52.球形磨粒存储器下壳体 6.连接杆 7.连接块 8.精密电子天平 9.T型槽 10.磁性磨粒
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1-5所示，一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，包括工作台1、圆形永磁极2、磁极夹持机构3、三轴移动机构4、球形磨粒存储器5、连接杆6、连接块7、磁性磨粒10及精密电子天平8。精密电子天平8为现有产品，可精确到0.001克。圆形永磁极2为扁圆柱形。
工作台1的中间和两端设有T型槽9。磁极夹持机构3包括锁紧螺栓31、锁紧螺母32、三角规33、定向键34，定向键34与工作台1的T型槽9配合滑动连接，定向键34与三角规33的中间位置皆设有螺栓孔并用锁紧螺栓31连接起来，在测量时通过锁紧螺母32与锁紧螺栓31把三角规33固定在工作台1上。通过两组磁极夹持机构3，把圆形永磁极2夹持在中间位置。
三轴移动机构4包括X轴滑台机构430、Y轴滑台机构420与轴滑台机构410。X轴滑台机构430由X轴滑台千分尺431、X轴滑台千分尺支座432、X轴滑台底座433、X轴滑台锁紧螺丝434、X轴滑台导轨435及中间连接板436组成。中间连接板436与X轴滑台底座433之间通过X轴滑台导轨435配合滑动连接，X轴滑台千分尺431位于X轴滑台千分尺支座432上并固定于X轴滑台底座433的一侧。X轴滑台锁紧螺丝434位于与X轴滑台千分尺431所对应的X轴滑台底座433另一侧；中间连接板436沿X轴滑台导轨435滑动后，通过X轴滑台锁紧螺丝434锁紧定位。
Y轴滑台机构420由Y轴滑台千分尺421、Y轴滑台千分尺支座422、Y轴滑台工作台面423、Y轴滑台锁紧螺丝424、Y轴滑台导轨425组成。Y轴滑台工作台面423与中间连接板436之间通过Y轴滑台导轨425配合滑动连接，Y轴滑台千分尺位421于Y轴滑台千分尺支座422上并固定于中间连接板436的一侧，Y轴滑台锁紧螺丝424位于与Y轴滑台千分尺421所对应的中间连接板436另一侧。Y轴滑台工作台面423沿Y轴滑台导轨425滑动后，通过Y轴滑台锁紧螺丝424锁紧定位。
Z轴滑台机构410由Z轴滑台千分尺411、Z轴滑台千分尺支座412、Z轴滑台工作台面413、Z轴滑台底座414、Z轴滑台锁紧螺丝415、Z轴滑台导轨416及Z轴滑台支架417组成。Z轴滑台支架417的底部通过螺栓固定在Y轴滑台工作台面423上，Z轴滑台底座414通过螺栓固定在Z轴滑台支架417的上部，Z轴滑台工作台面413与Z轴滑台底座414之间通过Z轴滑台导轨416配合滑动连接，Z轴滑台千分尺411位于Z轴滑台千分尺支座412上并固定于Z轴滑台底座414的一侧。Z轴滑台锁紧螺丝415位于与Z轴滑台千分尺411所对应的Z轴滑台底座414另一侧，Z轴滑台工作台面413沿Z轴滑台导轨416滑动后，通过Z轴滑台锁紧螺丝415锁紧定位。
球形磨粒存储器5为球形，包含球形磨粒存储器上壳体51、球形磨粒存储器下壳体52，上、下壳体间通过螺纹副连接，可拆卸。球形磨粒存储器5中间填满磁性磨粒10并通过螺纹与连接杆6底部相连接，连接杆6的顶部通过螺栓固定在连接块7中间的圆形凹槽内，连接块7固定在Z轴滑台工作台面413上。
三轴移动机构4设于精密电子天平8上且能沿X、Y、Z三轴移动，磁极夹持机构3设于工作台1上并且能够沿T型槽9横向移动，测量时圆形永磁极2被两组磁极夹持机构3夹持在中间且固定在工作台1上；球形磨粒存储器5设于圆形永磁极2的上方位置，球形磨粒存储器5中存有磁性磨粒10并通过连接杆6和连接块7固定在Z轴滑台工作台面413上，通过Z轴滑台千分尺411能够调节磁性磨粒10与圆形永磁极2间的间隙。
一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法，包括以下步骤：
1)启动精密电子天平8并置零以排除磁极夹持机构3质量的影响。
2)将圆形永磁极2放在工作台1上并通过磁极夹持机构3进行固定，防止因磁力过大使得圆形永磁极2直接吸附到球形磨粒存储器5上，调整球形磨粒存储器5的水平位置，使其位于圆形永磁极2的正上方10mm处，测得圆形永磁极2的质量m0。
3)将磁性磨粒10填满球形磨粒存储器5，当精密电子天平8稳定后记下示数m1，则球形磨粒存储器5中所有磁性磨粒10所受的磁场力为：
Fm1＝Δm·g＝(m0-m1)·g (1)
公式(1)中，g为重力加速度，单位：m/s2。
设单颗磁性磨粒10的粒径为d1，球形磨粒存储器5的直径为d2。单颗磁性磨粒10与球形磨粒存储器5体积比为：
Figure BDA0002520015460000071
公式(2)中，d1为单颗磁性磨粒10的粒径，d2为球形磨粒存储器5的直径，单位：mm。
单颗磁性磨粒10所受的磁场力为：
F1＝kFm1 (3)
公式(3)中，k为单颗磁性磨粒10与球形磨粒存储器5体积比例系数，Fm1为球形磨粒存储器中所有磁性磨粒10所受的磁场力，单位：N。
通过公式(3)可算出单颗磁性磨粒10在磁场中所受的磁场力。
4)逆时针转动Z轴滑台千分尺411一周，使得球形磨粒存储器5与圆形永磁极2的间隙减少0.5mm，当精密电子天平8稳定后记下示数m2，球形磨粒存储器5中所有磁性磨粒10所受的磁场力为：
Fm2＝Δm·g＝(m0-m2)·g (4)
公式(4)中，g为重力加速度，单位：m/s2。
单颗磁性磨粒10所受的磁场力为：
F2＝kFm2 (5)
公式(5)中，k为单颗磁性磨粒10与球形磨粒存储器5体积比例系数，Fm2为间隙9.5mm时球形磨粒存储器5中所有磁性磨粒10所受的磁场力，单位：N。
依次调整球形磨粒存储器5与圆形永磁极2间的间隙，每次Z轴滑台千分尺411逆时针旋转一周，间隙距离减少0.5mm，直至调整到球形磨粒存储器5与圆形永磁极2相接触，间隙为0，总计旋转20次，距离为10mm。重复测量20次，得出20组磁性磨粒10在Z轴方向上不同间隙的磁场力F1-F20，即可得到一条磁场力关于测量间隙变化的曲线，建立磁性磨粒10受到的磁场力大小与磁性磨粒10位置的函数关系。
[实施例]
本实施例中，单颗磁性磨粒10的直径为d1＝0.18mm，球形磨粒存储器5内径为d2＝4mm，圆形永磁极2直径为d3＝20mm，高10mm。
如图1、图2所示，一种单颗磁性磨粒磁场力测量的装置包括工作台1、磁极夹持机构3、圆形永磁极2、三轴移动机构4、球形磨粒存储5、连接杆6、连接块7、磁性磨粒10及精密电子天平8。磁极夹持机构3为2组，夹持在圆形永磁,2的左右两侧，设于工作台1上并与工作台1的T型槽9滑动连接，三轴移动机构4位于精密电子天平8上。
磁极夹持结构3包括锁紧螺栓31、锁紧螺母32、三角规33、定向键34，定向键34与工作台1的T型槽9配合滑动连接，定向键34与三角规33的中间位置皆设有螺栓孔并用锁紧螺栓31连接起来，在测量时通过锁紧螺母32与锁紧螺栓31把三角规33固定在工作台1上。通过两组磁极夹持机构3，把圆形永磁极2夹持在中间位置。
球形磨粒存储器5通过螺纹副与连接杆6底部相连接，连接杆6的顶部通过螺栓固定在连接块7中间的圆形凹槽内，连接块7通过螺栓固定在Z轴滑台工作台面413上。
如图3、图4所示，三轴移动机构4包含X轴滑台机构430、Y轴滑台机构420、Z轴滑台机构410，X轴滑台机构430与Y轴滑台机构420通过共用一个中间连接板436来实现两者间的连接，中间连接板436既是X轴滑台机构430的台面又是Y轴滑台机构420的底座，Z轴滑台支架417的底部通过螺栓与Y轴滑台工作台面423相固定，顶部通过螺栓与Z轴滑台工作台底座414相固定。通过转动X轴滑台千分尺431可以实现Y轴滑台机构420与Z轴滑台机构410在X轴方向上的移动，通过转动Y轴滑台千分尺421可以实现Z轴滑台机构410在Y轴方向上的移动，通过转动Z轴滑台千分尺411可以通过连接块7和连接杆6实现磁性磨粒10在Z轴方向上的移动。
如图5所示，球形磨粒存储器5包含球形磨粒存储器上壳体51、球形磨粒存储器下壳体52，上下壳体间通过螺纹副连接，可拆卸。球形磨粒存储器5中间填满磁性磨粒10。磁性磨粒10与圆形永磁极2间的间隙，可以通过转动Z轴滑台千分尺411来调节。
一种单颗磁性磨粒磁场力测量方法包括以下步骤：
1)启动精密电子天平8并置零以排除工作台1上磁极夹持机构3质量的影响。
2)将圆形永磁极2放在工作台1上，通过左右两组磁极夹持机构3进行固定，防止因磁力过大而使得圆形永磁极2直接吸附到球形磨粒存储器5上。转动X轴滑台千分尺431使得球形磨粒存储器5移动到圆形永磁极2的X方向的中间位置，转动Y轴滑台千分尺421使得球形磨粒存储器5移动到圆形永磁极2的Y方向的中间位置，即球形磨粒存储器5位于圆形永磁极2的正上方。转动Z轴滑台千分尺411使得球形磨粒存储器5与圆形永磁极2的间隙调整到10mm，测得此时圆形永磁极2的质量m0。
3)将磁性磨粒10填满球形磨粒存储器5，当精密电子天平8稳定后记下示数m1，则球形磨粒存储器5中所有磁性磨粒10所受的磁场力为：
Fm1＝Δm·g＝(m0-m1)·g＝(2.561×10-2-2.317×10-2)×9.8＝0.0239 (1)
公式(1)中，g为重力加速度，单位：m/s2。
设单颗磁性磨粒10的粒径为d1，球形磨粒存储器5的直径为d2。单颗磁性磨粒10与球形磨粒存储器5体积比为：
Figure BDA0002520015460000091
公式(2)中，d1为单颗磁性磨粒10的粒径，d2为球形磨粒存储器5的直径，单位：mm。
单颗磁性磨粒10所受的磁场力为：
F1＝kFm1＝9.1125×10-5×0.0239＝2.178×10-6 (3)
公式(3)中，k为单颗磁性磨粒10与球形磨粒存储器5体积比例系数，Fm1为球形磨粒存储器5中所有磁性磨粒10所受的磁场力，单位：N。
4)逆时针转动Z轴滑台千分尺411一周，使得球形磨粒存储器5与圆形永磁极2的间隙减少0.5mm，当精密电子天平8稳定后记下示数m2，球形磨粒存储器5中所有磁性磨粒10所受的磁场力为：
Fm2＝Δm·g＝(m0-m2)·g＝(2.561×10-2-2.233×10-2)×9.8＝0.0321 (4)
公式(4)中，g为重力加速度，单位：m/s2。
单颗磁性磨粒10所受的磁场力为：
F2＝kFm2＝9.1125×10-5×0.0321＝2.925×10-6 (5)
公式(5)中，k为单颗磁性磨粒10与球形磨粒存储器5体积比例系数，Fm2为间隙9.5mm时球形磨粒存储器5中所有磁性磨粒10所受的磁场力，单位：N。
依次调整球形磨粒存储器5与圆形永磁极2间的间隙，每次Z轴滑台千分尺411逆时针旋转一周，间隙距离减少0.5mm，直至调整到球形磨粒存储器5与圆形永磁极2相接触，间隙为0，总计旋转20次，距离为10mm。重复测量20次，得出20组磁性磨粒10在Z轴方向上不同间隙的磁场力F1-F20，如表1所示。
表1数据参数
Figure BDA0002520015460000101
把这20组数据导入Origin数据分析软件中即可绘制出一条磁场力关于测量间隙变化的曲线，如图6所示。通过数据曲线拟合建立磁性磨粒10受到的磁场力大小与磁性磨粒10位置的函数关系：y＝2.325×10-5-2.05×10-6x，拟合度R2因子达0.98739，为研究磁粒研磨中磁性磨粒10对工件的作用力模型提供理论支持。
本发明通过将一团磁性磨粒存入球形容器中，先测量球形容器中整体磨粒所受的磁场力，在乘以单颗磁性磨粒与球形容器的体积比，所得磁场力等效于单颗磁性磨粒所受磁场力，解决了因单颗磁性磨粒质量太小而无法测量其磁场力的问题。实现了对微小粒径磁性磨粒磁场力的测量，为磁粒研磨光整加工技术中磁性磨粒磁场力的理论分析提供实验验证。
在磁粒研磨中，磁性磨粒受到的磁场力决定了工件表面加工的质量和效率。因此测量单颗磁性磨粒受到的磁场力不仅可以反映磁性磨粒与工件的相互作用，还可以预测加工表面的质量。
本发明采用了三轴移动机构4，球形磨粒存储器5中的磁性磨粒10可以在水平和竖直方向上移动，测量磁性磨粒10在磁极不同位置时的磁场力，分析磁性磨粒10在圆形永磁极2不同位置受到的磁场力大小，建立磁性磨粒10受到的磁场力大小与磁性磨粒位置的函数关系，为研究磁粒研磨中磁性磨粒对工件的作用力模型提供理论支持。同时通过千分尺调节距离精度较高能达到0.5毫米。
本发明采用了精密电子天平8，测量精确度较高，可以精确到0.001克。本发明通过使用不同的永磁极，以及改变磨粒粒径的大小，可以测得对于不同磨粒在不同形状、大小的永磁极产生的磁场中，所受磁场力的大小。本发明装置结构简单，操作方便，节约成本，绿色环保。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，包括工作台、永磁极、磁极夹持机构、三轴移动机构、磨粒存储器、磁性磨粒及电子天平；所述三轴移动机构设于电子天平上且能沿X、Y、Z三轴移动，工作台固定在电子天平上，测量时磁极夹持机构将永磁极夹持固定在工作台上；磁性磨粒放置在磨粒存储器内，磨粒存储器固定在三轴移动机构上，磨粒存储器位于永磁极的上方，通过三轴移动机构调节磁性磨粒与永磁极间的间隙。
2.根据权利要求1所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于：所述工作台设有T型槽，磁极夹持机构安装在T型槽上，能够沿T型槽横向移动。
3.根据权利要求1或2所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，所述磁极夹持机构包括三角规与定向键，定向键与工作台的T型槽配合滑动连接，定向键与三角规通过螺栓连接，在测量时通过螺母与螺栓把三角规固定在工作台上。
4.根据权利要求1所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，所述三轴移动机构包括X轴滑台机构、Y轴滑台机构与Z轴滑台机构；X轴滑台机构安装在电子天平上，X轴滑台机构能沿X轴移动，Y轴滑台机构安装在X轴滑台机构上，Y轴滑台机构能沿Y轴移动，Z轴滑台机构安装在Y轴滑台机构上，Z轴滑台机构能沿Z轴移动。
5.根据权利要求4所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，所述X轴滑台机构包括X轴滑台千分尺、X轴滑台千分尺支座、X轴滑台底座、X轴滑台导轨、X轴滑台锁紧螺丝及中间连接板；中间连接板与X轴滑台底座之间通过X轴滑台导轨配合滑动连接，X轴滑台千分尺位于X轴滑台千分尺支座上并固定于X轴滑台底座的一侧，X轴滑台锁紧螺丝位于与X轴滑台千分尺所对应的X轴滑台底座另一侧；
所述Y轴滑台机构包括Y轴滑台千分尺、Y轴滑台千分尺支座、Y轴滑台工作台面、Y轴滑台导轨及Y轴滑台锁紧螺丝；Y轴滑台工作台面与中间连接板之间通过Y轴滑台导轨配合滑动连接，Y轴滑台千分尺位于Y轴滑台千分尺支座上并固定于中间连接板的一侧，Y轴滑台锁紧螺丝位于与Y轴滑台千分尺所对应的中间连接板另一侧；
所述Z轴滑台机构包括Z轴滑台千分尺、Z轴滑台千分尺支座、Z轴滑台底座、Z轴滑台工作台面、Z轴滑台导轨、Z轴滑台锁紧螺丝及Z轴滑台支架；Z轴滑台支架的底部通过螺栓固定在Y轴滑台工作台面上，Z轴滑台底座通过螺栓固定在Z轴滑台支架的上部，Z轴滑台工作台面与Z轴滑台底座之间通过Z轴滑台导轨配合滑动连接，Z轴滑台千分尺位于Z轴滑台千分尺支座上并固定于Z轴滑台底座的一侧，Z轴滑台锁紧螺丝位于与Z轴滑台千分尺所对应的Z轴滑台底座另一侧。
6.根据权利要求1所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，还包括连接杆与连接块；磨粒存储器与连接杆底部相连接，连接杆的顶部通过螺栓固定在连接块中间的凹槽内，连接块通过螺栓固定在三轴移动机构上。
7.根据权利要求1所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，所述磨粒存储器为球形，包括上壳体与下壳体，上壳体与下壳体通过螺纹连接，可拆卸。
8.根据权利要求1所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，所述电子天平采用精密电子天平，精确到0.001克。
9.根据权利要求1所述的一种单颗磁性磨粒磁场力测量装置，其特征在于，所述永磁极为扁圆柱形。
10.一种基于权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述装置的单颗磁性磨粒磁场力测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)启动电子天平并置零；
2)将永磁极放在工作台上并通过磁极夹持机构进行固定，调整磨粒存储器的水平位置，使其位于永磁极的正上方10mm处，测得永磁极的质量m0；
3)将磁性磨粒填满磨粒存储器，当电子天平稳定后记下示数m1，则磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力为：
Fm1＝Δm·g＝(m0-m1)·g (1)
公式(1)中，g为重力加速度，单位：m/s2；
设单颗磁性磨粒的粒径为d1，球形磨粒存储器的直径为d2；
单颗磁性磨粒与球形磨粒存储器体积比为：
Figure FDA0002520015450000021
公式(2)中，d1为单颗磁性磨粒的粒径，d2为球形磨粒存储器的直径，单位：mm；
单颗磁性磨粒所受的磁场力为：
F1＝kFm1 (3)
公式(3)中，k为单颗磁性磨粒与球形磨粒存储器体积比例系数，Fm1为球形磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力，单位：N；
通过公式(3)计算出单颗磁性磨粒在磁场中所受的磁场力；
4)逆时针转动Z轴滑台千分尺一周，使得磨粒存储器与永磁极的间隙减少0.5mm，当电子天平稳定后记下示数m2，磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力为：
Fm2＝Δm·g＝(m0-m2)·g (4)
公式(4)中，g为重力加速度，单位：m/s2；
单颗磁性磨粒所受的磁场力为：
F2＝kFm2 (5)
公式(5)中，k为单颗磁性磨粒与球形磨粒存储器体积比例系数，Fm2为间隙9.5mm时磨粒存储器中所有磁性磨粒所受的磁场力，单位：N；
依次调整磨粒存储器与永磁极间的间隙，每次Z轴滑台千分尺逆时针旋转一周，间隙距离减少0.5mm，直至调整到磨粒存储器与永磁极相接触，间隙为0，总计旋转20次，距离为10mm；
重复测量20次，得出20组磁性磨粒在Z轴方向上不同间隙的磁场力F1-F20，即可得到一条磁场力关于测量间隙变化的曲线，建立磁性磨粒受到的磁场力大小与磁性磨粒位置的函数关系。
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