CN113092360B - 一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置，包括底座、第一支撑架、振动元件、第一推动元件、冲头、第二支撑架、第二推动元件。本发明还提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试方法，调整第一推动元件，使冲头水平移动，进而调整待测板材与冲头抵接的包绕角，将包绕角调整至试验所需角度，确保第二推动元件仅竖直方向受力；启动振动元件，对冲头施加轴向振动激励，启动第二推动元件，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值；第二推动元件到达试验设定距离后停止，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值。利用本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置及方法，能够揭示振动条件对弧形表面摩擦特性的影响。

Description

一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置及方法

技术领域

本发明涉及摩擦试验技术领域，特别是涉及一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置及方法。

背景技术

摩擦试验，就是通过针对物件或材料实际面对摩擦的部位进行加速的摩擦测试，以便在短时间内测试其耐摩擦能力。

现有摩擦试验装置及测试方法主要是针对平面接触条件下对相关摩擦学参数进行测量，而针对弧形表面接触条件下的相关摩擦学参数测量装置及方法较少，且均在静载条件下进行，经济成本高。目前，在振动条件下弧形表面摩擦力的测量尚未得到有效准确的试验方法。

因此，如何填补现有技术中，振动条件下弧形表面摩擦力测试这一技术空白，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现振动条件下弧形表面摩擦力测试，揭示振动条件对弧形表面摩擦特性的影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置，包括底座、第一支撑架、振动元件、第一推动元件、冲头、第二支撑架、第二推动元件，所述第一支撑架、所述第二支撑架均设置于所述底座上，所述第一支撑架可滑动地与所述底座相连，所述冲头与所述振动元件相连，所述振动元件固定于所述第一支撑架上，所述第一支撑架、所述底座的相对滑动方向与所述冲头的轴线方向相平行，所述第一推动元件固定于所述底座上，所述第一推动元件利用第一力传感器与所述第一支撑架相连，所述第一推动元件能够带动所述第一支撑架往复运动，所述第二推动元件固定于所述第二支撑架上，所述第二支撑架上还设置有滚轮，所述滚轮与所述第二支撑架的连接位置能够调整，所述滚轮与所述第二支撑架的相对位移方向平行于所述第二推动元件的运动方向，待测板材的一端绕过所述滚轮与所述第二推动元件相连，位于所述第二推动元件与所述滚轮之间的部分待测板材所在平面与水平面相垂直，待测板材与所述第二推动元件之间设置第二力传感器，待测板材的另一端绕过所述冲头连接有重物，所述第二推动元件垂直于所述第一推动元件设置，所述第二推动元件还连接有位移传感器。

优选地，所述底座上设置有滑轨，所述第一支撑架连接有滑块，所述滑块可滑动地设置于所述滑轨上，所述滑轨与所述底座可拆卸连接，所述滑块与所述第一支撑架可拆卸连接。

优选地，所述第一支撑架为L形，所述冲头穿过所述第一支撑架与所述振动元件相连。

优选地，所述振动元件为超声振动器，所述振动元件连接有变幅杆，所述冲头与所述变幅杆可拆卸连接，所述冲头与待测板材的抵接面为弧面。

优选地，所述底座上还设置有滑轮和滑轮支架，所述滑轮支架与所述底座可拆卸连接且连接位置能够调整，所述滑轮支架、所述底座的相对移动方向与所述第一支撑架、所述底座的相对移动方向相平行，所述滑轮可转动地与所述滑轮支架相连，所述滑轮、所述滑轮支架的相对转动轴线与所述第一支撑架、所述底座的相对滑动方向相垂直，所述冲头与所述滑轮抵接。

优选地，所述底座连接有端盖，所述端盖与所述底座可拆卸连接，所述第一推动元件的固定端与所述端盖相连。

优选地，所述第一推动元件与所述第一力传感器、所述第二推动元件与所述第二力传感器均采用套筒连接方式。

优选地，所述底座为U型槽状结构。

优选地，所述底座的底部设置有隔振平台。

本发明还提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试方法，利用上述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，包括如下步骤：

步骤一、调整第一推动元件，使冲头水平移动，进而调整待测板材与冲头抵接的包绕角，将包绕角调整至试验所需角度，确保第二推动元件仅竖直方向受力；

步骤二、启动振动元件，对冲头施加轴向振动激励；

步骤三、启动第二推动元件，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值；

步骤四、第二推动元件到达试验设定距离后停止，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值，关闭振动元件，第二推动元件复位。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，包括底座、第一支撑架、振动元件、第一推动元件、冲头、第二支撑架、第二推动元件，第一支撑架、第二支撑架均设置于底座上，第一支撑架可滑动地与底座相连，冲头与振动元件相连，振动元件固定于第一支撑架上，第一支撑架、底座的相对滑动方向与冲头的轴线方向相平行，第一推动元件固定于底座上，第一推动元件利用第一力传感器与第一支撑架相连，第一推动元件能够带动第一支撑架往复运动，第二推动元件固定于第二支撑架上，第二支撑架上还设置有滚轮，滚轮与第二支撑架的连接位置能够调整，滚轮与第二支撑架的相对位移方向平行于第二推动元件的运动方向，待测板材的一端绕过滚轮与第二推动元件相连，位于第二推动元件与滚轮之间的部分待测板材所在平面与水平面相垂直，待测板材与第二推动元件之间设置第二力传感器，待测板材的另一端绕过冲头连接有重物，第二推动元件垂直于第一推动元件设置，第二推动元件还连接有位移传感器。本发明还提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试方法，首先调整第一推动元件，使冲头水平移动，进而调整待测板材与冲头抵接的包绕角，将包绕角调整至试验所需角度，确保第二推动元件仅竖直方向受力；然后启动振动元件，对冲头施加轴向振动激励，启动第二推动元件，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值；第二推动元件到达试验设定距离后停止，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值，分析记录数值。本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，结构简单，操作方便，能够揭示振动条件对弧形表面摩擦特性的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置的结构示意图；

图2为本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置的底座的结构示意图；

图3为本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试方法的流程图；

其中，100为振动条件下弧形表面摩擦测试装置，1为底座，2为第一支撑架，3为振动元件，4为第一推动元件，5为冲头，6为第二支撑架，7为第二推动元件，8为第一力传感器，9为滚轮，10为第二力传感器，11为重物，12为位移传感器，13为滑轨，14为滑块，15为滑轮，16为滑轮支架，17为端盖，18为隔振平台，19为待测板材，α为包绕角。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现振动条件下弧形表面摩擦力测试，揭示振动条件对弧形表面摩擦特性的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置的结构示意图，图2为本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置的底座的结构示意图，图3为本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试方法的流程图。

本发明提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置100，包括底座1、第一支撑架2、振动元件3、第一推动元件4、冲头5、第二支撑架6、第二推动元件7，第一支撑架2、第二支撑架6均设置于底座1上，第一支撑架2可滑动地与底座1相连，冲头5与振动元件3相连，振动元件3固定于第一支撑架2上，第一支撑架2、底座1的相对滑动方向与冲头5的轴线方向相平行，第一推动元件4固定于底座1上，第一推动元件4利用第一力传感器8与第一支撑架2相连，第一推动元件4能够带动第一支撑架2往复运动，第二推动元件7固定于第二支撑架6上，第二支撑架6上还设置有滚轮9，滚轮9与第二支撑架6的连接位置能够调整，滚轮9与第二支撑架6的相对位移方向平行于第二推动元件7的运动方向，待测板材19的一端绕过滚轮9与第二推动元件7相连，位于第二推动元件7与滚轮9之间的部分待测板材19所在平面与水平面相垂直，待测板材19与第二推动元件7之间设置第二力传感器10，待测板材19的另一端绕过冲头5连接有重物11，第二推动元件7垂直于第一推动元件4设置，第二推动元件7还连接有位移传感器12。

利用本发明的振动条件下弧形表面摩擦测试装置100进行试验时，待测板材19的一端与第二推动元件7相连，待测板材19的另一端绕过滚轮9和冲头5，待测板材19的底部与重物11连接，在重物11的重力作用下，冲头5底部的部分待测板材19处于竖直状态，第二推动元件7与滚轮9相配合，令第二驱动元件与滚轮9之间的部分待测板材19同样属于竖直状态，改变第一支撑架2与底座1的相对位置，能够起到调节冲头5的目的，冲头5运动以及调整滚轮9的竖直安装位置，二者相配合能够改变待测板材19与冲头5抵接的包绕角，滚轮9可采用H型槽轮，避免待测板材19错位。实际操作中，可根据试验需求更换冲头5形状，设置不同的振动振幅和振动频率，以方便地进行不同振动参数下的不同材料、不同包角和不同弧形表面的摩擦性能测试。同时，也可以测试非振动条件下弧形表面摩擦力，通过与振动条件下弧形表面摩擦特性进行对比，从而揭示振动条件对弧形表面摩擦特性的影响。

其中，底座1上设置有滑轨13，第一支撑架2连接有滑块14，滑块14可滑动地设置于滑轨13上，利用滑轨13和滑块14带动第一支撑架2往复运动，同时保证滑动顺畅，提高试验效率，滑轨13与底座1可拆卸连接，滑块14与第一支撑架2可拆卸连接，便于拆装。

另外，第一支撑架2为L形，第一支撑架2包括底板和侧板，侧板位于振动元件3靠近冲头5的一端，冲头5穿过第一支撑架2与振动元件3相连，提高了装置的稳定性。

在本具体实施方式中，振动元件3为超声振动器，振动元件3连接有变幅杆，冲头5与变幅杆螺纹连接，保证轴向振动有效的传递至冲头5与待测板材19抵接的端面，利用连接盘压住变幅杆上的连接法兰，从而将带有振动元件3的冲头5固定于第一支撑架2上，且在法兰的左右表面设置有橡胶垫以保证冲头5承载后振动依然有效传递，通过第一力传感器8测得振动轴向分量；冲头5与待测板材19的抵接面为弧面，以满足试验需求。

具体地，底座1上还设置有滑轮15和滑轮支架16，滑轮支架16与底座1可拆卸连接且连接位置能够调整，滑轮支架16、底座1的相对移动方向与第一支撑架2、底座1的相对移动方向相平行，滑轮15可转动地与滑轮支架16相连，滑轮15、滑轮支架16的相对转动轴线与第一支撑架2、底座1的相对滑动方向相垂直，冲头5与滑轮15抵接，滑轮15与滑轮支架16相配合能够支撑冲头5，一方面能够防止冲头5承载后产生过大弯矩，另一方面能够减少冲头5轴向振动时的摩擦和磨损，延长冲头5使用寿命。滑轮支架16与底座1的安装位置能够调整，以便适应各种试验需求，提高装置的适应性和可靠性。

还需说明的是，底座1连接有端盖17，端盖17与底座1可拆卸连接，第一推动元件4的固定端与端盖17相连，第一推动元件4与端盖17间隙配合，提高装置稳定性。

更具体地，第一推动元件4与第一力传感器8、第二推动元件7与第二力传感器10均采用套筒连接方式，连接稳定可靠，操作便捷，第一推动元件4和第二推动元件7可选择电动推杆或液压缸、气缸，动作稳定可靠，控制方便。

在本具体实施方式中，底座1为U型槽状结构，配合端盖17，提高装置整体性。在底座1的底部设置有隔振平台18，隔振平台18能够避免振动元件3继续向下传递振动，提高装置所在工作台的稳定性。

进一步地，本发明还提供一种振动条件下弧形表面摩擦测试方法，利用上述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置100，包括如下步骤：

步骤一、调整第一推动元件4，使冲头5水平移动，进而调整待测板材19与冲头5抵接的包绕角，将包绕角调整至试验所需角度，确保第二推动元件7仅竖直方向受力；

步骤二、启动振动元件3，对冲头5施加轴向振动激励；

步骤三、启动第二推动元件7，记录第一力传感器8、第二力传感器10和位移传感器12的数值；

步骤四、第二推动元件7到达试验设定距离后停止，记录第一力传感器8、第二力传感器10和位移传感器12的数值，关闭振动元件3，第二推动元件7复位。

试验时，待测板材19的一端与重物11连接，待测板材19的另一端包绕冲头5的顶端且绕过滚轮9与第二力传感器10一端连接，滚轮9的设置一方面可使待测板材19和第二力传感器10垂直连接，确保第二推动元件7仅垂直受力，另一方面可通过调节滚轮9的垂直位移和冲头5的水平位移，来调整待测板材19与冲头5顶端的包角大小，第二力传感器10的另一端与第二推动元件7的一端套筒连接，第二推动元件7的另一端与位移传感器12连接，当第二推动元件7启动时，待测板材19的张力可通过第二力传感器10测得，第二推动元件7的位移可通过位移传感器12测得。将由第一力传感器8获得的振动轴向分量、待测板材19的张力和第二推动元件7的位移输入到数据采集系统，并由计算机分析不同的超声振动参数对弧形表面摩擦特性的影响。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：包括底座、第一支撑架、振动元件、第一推动元件、冲头、第二支撑架、第二推动元件，所述第一支撑架、所述第二支撑架均设置于所述底座上，所述第一支撑架可滑动地与所述底座相连，所述冲头与所述振动元件相连，所述振动元件固定于所述第一支撑架上，所述第一支撑架、所述底座的相对滑动方向与所述冲头的轴线方向相平行，所述第一推动元件固定于所述底座上，所述第一推动元件利用第一力传感器与所述第一支撑架相连，所述第一推动元件能够带动所述第一支撑架往复运动，所述第二推动元件固定于所述第二支撑架上，所述第二支撑架上还设置有滚轮，所述滚轮与所述第二支撑架的连接位置能够调整，所述滚轮与所述第二支撑架的相对位移方向平行于所述第二推动元件的运动方向，待测板材的一端绕过所述滚轮与所述第二推动元件相连，位于所述第二推动元件与所述滚轮之间的部分待测板材所在平面与水平面相垂直，待测板材与所述第二推动元件之间设置第二力传感器，待测板材的另一端绕过所述冲头连接有重物，所述第二推动元件垂直于所述第一推动元件设置，所述第二推动元件还连接有位移传感器。

2.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述底座上设置有滑轨，所述第一支撑架连接有滑块，所述滑块可滑动地设置于所述滑轨上，所述滑轨与所述底座可拆卸连接，所述滑块与所述第一支撑架可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述第一支撑架为L形，所述冲头穿过所述第一支撑架与所述振动元件相连。

4.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述振动元件为超声振动器，所述振动元件连接有变幅杆，所述冲头与所述变幅杆可拆卸连接，所述冲头与待测板材的抵接面为弧面。

5.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述底座上还设置有滑轮和滑轮支架，所述滑轮支架与所述底座可拆卸连接且连接位置能够调整，所述滑轮支架、所述底座的相对移动方向与所述第一支撑架、所述底座的相对移动方向相平行，所述滑轮可转动地与所述滑轮支架相连，所述滑轮、所述滑轮支架的相对转动轴线与所述第一支撑架、所述底座的相对滑动方向相垂直，所述冲头与所述滑轮抵接。

6.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述底座连接有端盖，所述端盖与所述底座可拆卸连接，所述第一推动元件的固定端与所述端盖相连。

7.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述第一推动元件与所述第一力传感器、所述第二推动元件与所述第二力传感器均采用套筒连接方式。

8.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述底座为U型槽状结构。

9.根据权利要求1所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于：所述底座的底部设置有隔振平台。

10.一种振动条件下弧形表面摩擦测试方法，利用权利要求1-9任一项所述的振动条件下弧形表面摩擦测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、调整第一推动元件，使冲头水平移动，进而调整待测板材与冲头抵接的包绕角，将包绕角调整至试验所需角度，确保第二推动元件仅竖直方向受力；

步骤二、启动振动元件，对冲头施加轴向振动激励；

步骤三、启动第二推动元件，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值；

步骤四、第二推动元件到达试验设定距离后停止，记录第一力传感器、第二力传感器和位移传感器的数值，关闭振动元件，第二推动元件复位。

Images