CN113092362B

CN113092362B - 一种动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置及方法

Info

Publication number: CN113092362B
Application number: CN202110397285.7A
Authority: CN
Inventors: 林玉亮; 祁子真; 张玉武; 陈荣; 梁民族; 彭永; 李翔宇; 卢芳云
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2041-04-14
Also published as: CN113092362A

Abstract

本发明公开了一种动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置及方法，目的是获得准确的摩擦系数。本发明装置由撞击杆、第一摩擦副、上第二摩擦副、下第二摩擦副、左支板、右支板、动态力传感器组成，三个摩擦副左支板、右支板、动态力传感器同轴安装。测试方法是通过撞击杆撞击第一摩擦副的左端面，第一摩擦副与上第二摩擦副、下第二摩擦副产生相对运动产生摩擦力；摩擦力传递给左支板，再由动态力传感器转化为电压信号测得，结合上第二摩擦副、下第二摩擦副上的压力，计算得到摩擦系数。本发明装置结构简单、布设方便、可重复使用，测试方法简单，准确度高，解决了动态冲击下难以定量测试环形表面摩擦系数的技术难题。

Description

一种动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置及方法

技术领域

本发明属于测量检测领域，具体涉及一种动态冲击下环形表面动摩擦系数测试的装置和方法，是一种利用动态力传感器受动态冲击加载对动摩擦系数进行测试的装置和方法。

背景技术

接触行为中，物体之间总要有相对的移动，所以必然伴随有摩擦行为。摩擦是接触中的重要行为之一，摩擦力是接触中的重要外力之一，对接触过程影响显著。摩擦学是一个系统科学，摩擦磨损现象十分复杂，影响因素很多，比如摩擦副的接触面积，试验时的湿度、温度，荷载的大小，滑动速度的大小，加载方式以及加载时间。摩擦力作为一种外荷载，它不仅影响物体受力的大小和能量耗散，还对其它方面具有显著影响，例如零件的使用寿命、零件成形过程中的材料流动和成形极限等。因此研究摩擦和润滑有着重要的实用意义。

摩擦是一种普遍存在于生产实践的现象，在相当长时间里仅依赖经验而没有正确的解析式，后来在两个刚体的接触摩擦研究中产生了一些摩擦理论，如库仑定律、剪切摩擦理论等，但刚性体与塑性体的摩擦问题仍没有得到很好的解决，只是参照刚性摩擦理论进行近似求解，没有一个真正适合刚性体和塑性体边界的正确解析式。近些年来，很多科学研究中采用有限元法(FEM)和有限差分法(FDM)来展开分析(例如金属成形研究中)，由于物体在相互作用过程中界面问题比较复杂，这些方法的接触边界条件、摩擦边界条件的可知性是有限的，为此其计算的精度受到一定的限制。如果不能提供准确的摩擦信息，就失去了模拟的真实性，与实际过程不相符，因此得到的模拟结果也不能令人信服，这样就要求正确的测试变形过程中的摩擦系数。国内外一些专家学者开发了多种摩擦试验装置，模拟不同接触情况下不同区域的摩擦特点。已有的测试手段各有优缺点，有的甚至与实际成形过程中的应用应变状态存在差异。由此可见，对于摩擦系数的确定，仅靠简单的理论推测是不行的，必须进行大量的试验分析。经典摩擦学定律都是建立在试验的基础上的。为了探索和验证机械工程中摩擦磨损问题的机理以及有关影响因素，在摩擦学研究中开展摩擦磨损测试技术和数据分析研究具有非常重要的作用。

自1910年第一台磨料磨损试验机问世以来，针对各种各样复杂的摩擦磨损研究衍生了大量的实验设备和方法。同时随着计算机数据处理、自动化控制等技术不断发展，尤其是大量高精度新型传感器的研制，摩擦学研究的不断拓宽和深入，摩擦学设备也有了很大的发展。通过查阅国内外文献资料，可以发现摩擦磨损试验机种类非常之多，但是基本没有用于测试动态冲击下摩擦力的试验机。目前关于摩擦力测试的试验机的测试原理有以下几类：一类是利用逐步增加推力、拉力或者扭矩，直至上下物体发生相对位移，用相应的传感器记录下此时的力或者扭矩，再通过一定的分析和计算，得出摩擦力和摩擦系数。第二类就是利用斜面原理来测试静摩擦系数，即把待测上试样放在一个可以绕一端转动的平板上，另一待测下试样固定在该平板上，通过逐步增大平板与地面的角度，直到上、下试样开始相对滑动，此时平板与地面的角度的正切值就是该摩擦对的最大静摩擦系数(因为摩擦是两个表面之间的特性，上试样和下试样采用了两者不同的表面处理方式(例如钢的表面和铝的表面相接触)，因此两者间的摩擦系数有多种值。而若采用平板与上试样直接接触，使用范围减小，只能被限定在平板表面与其它表面接触的范围内，因此采用上试样和下试样，而不是采用上试样直接与平板接触算摩擦系数。基于摩擦学第一定律的传统的斜面式摩擦力试验机仍在规范生产和使用；这种装置经过改进，通过电子系统逐步增大斜面与地面角度，通过人为观察试样移动情况确定临界摩擦角，虽然方便实用，但是测试出的最大静摩擦系数精度较低。此外还有基于光电二极管位移测试的摩擦测试设备，该设备的优点是采用非接触法，测试过程对摩擦副之间相互作用没有任何干涉；但是这种方法也存在不足，若摩擦滑动的临界点发生在两个光电二极管之间的话，测试就可能受到干扰，精度会降低。此外在高接触压力状态下摩擦系数的测定方法主要有夹钳-轧制法和圆环墩粗法，这两种方法都是针对金属材料发生体积变形的工况，故采用这两种方法测定摩擦系数相当不便，而且重复性差，偶然因素多。

目前的摩擦力计算中，从相关设计手册或技术资料中选取的摩擦系数值，都是采用常规静摩擦系数测试方法获得。而大量应用研究表明，在动态冲击下物体间的摩擦系数受接触表面粗糙度、接触面相对运动速度以及表面温度等因素的影响很大。因此，采用查表取值或用常规测试方法测得的摩擦系数值，均较难准确反映物体在动态载荷下的真实摩擦状态，将在动态冲击下两个圆环形曲面接触并相对滑移时两个圆形曲面间的摩擦系数称为动态冲击下环形表面动摩擦系数。

因此研究一种与实际动态冲击下时刻状态一致的摩擦系数的测试装置与方法，获得准确的摩擦系数，可为动态下摩擦力的计算提供可靠依据。

目前还没有公开文献涉及动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置和方法的公开报导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于动态力传感器测力的在动态冲击下摩擦副之间摩擦系数的测试装置及方法，解决目前测试装置和方法要么只能测试最大静摩擦系数，要么测试精度低，不能测试动态冲击下环形表面动摩擦系数的问题，可用于不同摩擦副在不同压力、不同冲击速度下摩擦系数的测试，为动态冲击下摩擦系数的测试提供一种新的参考选择。

本发明利用动态力传感器将电磁加压装置施加在摩擦副上的压力定量转化为力传感器测得的摩擦力，摩擦副之间的接触面积已知，从而实现在动态冲击下摩擦副之间摩擦系数的准确测试。

本发明基于动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置由撞击杆、第一摩擦副、2块第二摩擦副(令为上第二摩擦副、下第二摩擦副)、2块支板(令为左支板、右支板)、动态力传感器组成。定义本发明靠近右支板的一端为右端，定义本发明远离右支板的一端为左端。第一摩擦副位于上第二摩擦副、下第二摩擦副之间(当第一摩擦副为圆柱形、上第二摩擦副、下第二摩擦副为半圆环形时被第一摩擦副被上第二摩擦副、下第二摩擦副包裹)，且上第二摩擦副、下第二摩擦副在电磁加压装置的压力作用下挤压第一摩擦副；上第二摩擦副、下第二摩擦副与左支板在水平方向稳定接触，保证上第二摩擦副、下第二摩擦副与左支板在水平方向上力的稳定传递；动态力传感器处于左支板、右支板之间，动态力传感器左端面通过胶结剂与左支板的右侧面固结，动态力传感器右端面通过胶结剂与右支板的左侧面固结，左支板、右支板间的力通过动态力传感器连续稳定传递。第一摩擦副、上第二摩擦副、下第二摩擦副、左支板、右支板、动态力传感器同轴安装。

撞击杆为圆柱型，直径D₁满足0.01m<D₁<0.5m，长度L₁满足0.01m<L₁<2m；撞击杆在测试开始时以速度v自左向右水平运动，速度v满足0m/s<v<1500m/s，对第一摩擦副施加动态撞击载荷。撞击杆采用金属材料或者尼龙等硬质材料制成，要求材料满足：屈服强度σ₁>200MPa，密度ρ₁>1g/cm³，基本原则是撞击杆在撞击第一摩擦副时不产生塑性变形。

第一摩擦副为圆柱型，用于承受外部冲击载荷并与上第二摩擦副、下第二摩擦副相互滑动产生动态撞击下的摩擦力。第一摩擦副的长度为L₂，满足0.001m<L₂<0.5m直径为D₂，满足D₁<D₂<0.5m；第一摩擦副与上第二摩擦副、下第二摩擦副之间的总接触面积为π×D₂×L₂，三者接触面之间的接触力即为电磁加压装置施加在上第二摩擦副、下第二摩擦副上的力。第一摩擦副为待测物体之一，其材料即为待测材料，外表面处理方法与要模拟工况(即待测工况)处理方法的完全一致。材料满足第一摩擦副在撞击杆的冲击作用下不产生塑性变形为原则，要求材料满足：屈服强度σ₂>100MPa，密度ρ₂>1.0g/cm³。测试完毕后，更换具有其它体积、其它材料及其它表面处理方式的第一摩擦副，实现测试装置的再次利用。

上第二摩擦副、下第二摩擦副形状完全相同。上第二摩擦副为半圆环形板(圆筒的一半)，长度为L₃，满足1.3L₂<L₃<10L₂；半圆环形板内径为d₃，满足d₃＝D₂；外径为D₃，满足d₃<D₃<1.0m；壁厚为t₃，满足t₃＝(D₃-d₃)/2；使用时，电磁加压装置在上第二摩擦副、下第二摩擦副外表面上的力为F；上第二摩擦副、下第二摩擦副为待测物体之一，其材料为待测材料，内表面处理方法与模拟工况完全一致。要求上第二摩擦副、下第二摩擦副在电磁加压装置所施加的力的作用下不产生塑性变形，上第二摩擦副、下第二摩擦副材料满足：屈服强度σ₃>200MPa，密度ρ₃>2.0g/cm³。测试完毕后，更换具有其它材料及其它表面处理方式的上第二摩擦副、下第二摩擦副，或改变电磁加压装置施加在上第二摩擦副、下第二摩擦副上的压力，实现测试装置的再次利用。

左支板、右支板形状完全相同。左支板为圆形薄板，左支板的厚度为L₄，满足0.003m<L₄<0.05m；直径为D₄，满足1.1(D₂+2D₃)<D₄<2(D₂+2D₃)；左支板两端面平行且外侧面光滑。左支板、右支板中间夹有动态力传感器，左支板、右支板与动态力传感器之间采用胶结剂固结，保证力的稳定传递；右支板的右端面通过螺丝与其它固定物连接，从而固定整体测试装置，使测试装置本身在测试过程中不产生位移。左支板、右支板采用合金材料制成，在整个测试过程中不产生塑性变形，要求材料满足：屈服强度σ₄>200MPa，密度ρ₄>2.0g/cm³。

动态力传感器为圆柱形，动态力传感器的直径为D₅，满足0.3D₄<D₅<D₄；厚度为L₅，满足0.005m<L₅<0.05m；动态力传感器采用商用的压电式或压阻式力传感器，要求其量程为1kg-500kg，灵敏度<2pC/N，固有频率大于等于20KHz，线性度<1％F.S；由动态力传感器输出的压力信号静放大器放大后输出到示波器上，经过数据处理后即可得到动态力传感器所测得压力F₁。动态力传感器左端面通过胶结剂与左支板的右侧面固结，动态力传感器右端面通过胶结剂与右支板的左侧面固结，保证力的稳定传递；动态力传感器采用合金材料制成，其在整个测试过程中不产生塑性变形，要求材料满足：屈服强度σ₅>200MPa，密度ρ₅>5.0g/cm³。

采用本发明基于动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行摩擦系数测试的方法是：

第一步，动态冲击下摩擦系数测试准备，方法是：

1.1将动态力传感器5与左支板41、右支板42稳定连接，将上第二摩擦副31、下第二摩擦副32与左支板41稳定接触，三者间无晃动，并确保上第二摩擦副31、下第二摩擦副32、左支板41、右支板42和动态力传感器5同轴；

1.2确保第一摩擦副2与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32同轴，第一摩擦副2处于上第二摩擦副31、下第二摩擦副32之间，第一摩擦副2的外表面与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32的内表面紧密接触；

1.3检查电磁加压装置在上第二摩擦副31、下第二摩擦副32外表面上施加力的情况，确保电磁加压装置在上第二摩擦副31、下第二摩擦副32外表面上均匀施加压力。

1.4将右支板42通过活动螺栓牢固固定在固支物上，使得基于动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置整体固定在固支物上，并尽量保证基于动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置的第一摩擦副2左端面正对撞击杆1过来的方向，固支物形状不限，在固支物上钻螺丝孔，通过与活动螺栓的连接来固定测试装置；固支物的材料采用强度比较大的合金钢，固支物形状和大小依据具体实验条件确定。

1.5查看电磁加压装置作用在上第二摩擦副31、下第二摩擦副32上的作用力F，并进行记录。

第二步，摩擦系数测试，方法是：

2.1撞击杆1以速度v到达(撞击杆1的速度可通过红外测速仪、高速摄影等设备测试)，撞击杆1撞击第一摩擦副2的左端面，第一摩擦副2获得向右的速度。

2.2第一摩擦副2承受外部冲击载荷向右运动，在此过程中第一摩擦副2与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32产生相对运动，并产生摩擦力。

2.3第一摩擦副2在摩擦力的作用下逐渐减速，最终停止运动。

2.4第一摩擦副2与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32之间的摩擦力由上第二摩擦副31、下第二摩擦副32传递给左支板41，接着由动态力传感器5转化为电压信号测得并记录；判读动态力传感器5测得的电压信号，判读时应确保左支板41与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32、动态力传感器5间紧密接触无松动。

2.5动态力传感器5测得的电压信号经信号放大器及示波器后导出数据，并进行数据处理后得到所测得摩擦力F₁。

2.6计算动态冲击下的摩擦系数f，f＝F₁/2F，从而实现动态冲击下环形表面动摩擦系数的快速定量测试。测试结束后，更换新的第一摩擦副2和上第二摩擦副31、下第二摩擦副32，从而实现传感器的再次利用。

本发明采用动态力传感器来测试摩擦副在动态冲击下受到的摩擦力，具有原理简单、操纵容易、精度高、数值稳定及可重复的优点，并且本发明可更换不同的摩擦副及对其采用不同的表面处理方法，同时可调整测试时电磁加压装置施加的压力、撞击杆的加载速度，有效地扩大了测试范围，模拟摩擦副之间的实际接触状态，准确测试摩擦副表面间的真实摩擦系数。本发明具有测试范围广、结果可靠、结构简单和测试方便的特点，可模拟多种不同的实际应用场景。

采用本发明可以达到以下技术效果：

1.本发明方法通过判读电磁加压装置施加的力F及测试动态冲击下的摩擦力F₁可知动态冲击下环形表面动摩擦系数f的数值，实现动态冲击下环形表面动摩擦系数f的定量测试，此方法简单准确。

2.本发明的第一摩擦副2和上第二摩擦副31、下第二摩擦副32可以采用不同材料、不同表面处理方式，电磁加压装置施加不同的压力以及不同的撞击杆的入射速度等，使得测试装置可以形成较为丰富的规格，可以实现对不同工况下的环形表面动摩擦系数的测试均有比较高的响应灵敏度，从而能够适用于不同类型的动态冲击下环形表面动摩擦系数的测试。

3.本发明装置具有结构简单，布设使用方便，结果简单直观，使用成本低，且可重复使用等特点。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图。

图2是本发明受动态冲击加载前的轴向剖视图。

图3是本发明受动态冲击加载后的轴向剖视图。

图4是撞击杆1的三维示意图。

图5是第一摩擦副2的三维示意图。

图6是上第二摩擦副31、下第二摩擦副32的三维示意图。

图7是左支板41的三维示意图。

图8是动态力传感器5的三维示意图。附图标记说明：

1.撞击杆，2.第一摩擦副，31.上第二摩擦副，32.下第二摩擦副，41.左支板，42.右支板，5.动态力传感器。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明测试装置总体结构示意图。如图1所示，本发明测试装置由撞击杆1、第一摩擦副2、2块第二摩擦副3(令为上第二摩擦副31、下第二摩擦副32)、两块支板(令为左支板41、右支板42)、动态力传感器5组成。左支板41、右支板42处于测试装置同一端。定义本发明靠近右支板42的一端为右端，定义本发明远离右支板42的一端为左端。第一摩擦副2位于上第二摩擦副31、下第二摩擦副32之间(当第一摩擦副2为圆柱形、上第二摩擦副31、下第二摩擦副32为半圆环形时第一摩擦副2被上第二摩擦副31、下第二摩擦副32包裹)，且上第二摩擦副31、下第二摩擦副32在电磁加压装置的压力作用下挤压第一摩擦副2；上第二摩擦副31、下第二摩擦副32与左支板41在水平方向上稳定接触，以保证上第二摩擦副31、下第二摩擦副32与左支板41在水平方向上力的稳定传递；动态力传感器5处于左支板41、右支板42之间，动态力传感器5左端面通过胶结剂与左支板41的右侧面固结，动态力传感器5右端面通过胶结剂与右支板42的左侧面固结，左支板41、右支板42间的力通过动态力传感器5连续稳定传递。第一摩擦副2、上第二摩擦副31、下第二摩擦副32、左支板41、右支板42、动态力传感器5同轴安装。

图2是本发明受动态冲击前的轴向剖视图，图4是撞击杆1的三维示意图。如图4所示，撞击杆1为圆柱型，直径D₁满足0.01m<D₁<0.5m，长度L₁满足0.01m<L₁<2m。如图2所示，撞击杆1在测试开始时以速度v自左向右水平运动，对第一摩擦副2施加动态撞击载荷，速度v满足0m/s<v<1500m/s。撞击杆1采用金属材料或者尼龙等硬质材料制成，要求材料满足：屈服强度σ₁>200MPa，密度ρ₁>1g/cm³，基本原则是撞击杆1在撞击第一摩擦副2时不产生塑性变形。

图5是第一摩擦副2的三维示意图。如图5所示，第一摩擦副2为圆柱型，用于承受外部冲击载荷并与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32相互滑动产生动态撞击下的摩擦力。第一摩擦副2的长度为L₂，满足0.001m<L₂<0.5m，直径为D₂，满足D₁<D₂<0.5m；第一摩擦副2与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32之间的总接触面积为π×D₂×L₂，三者接触面之间的接触力即为电磁加压装置施加在上第二摩擦副31、下第二摩擦副32上的力。第一摩擦副2为待测物体之一，其材料即为待测材料，外表面处理方法与要模拟工况(即待测工况)处理方法的完全一致。材料满足第一摩擦副2在撞击杆1的冲击作用下不产生塑性变形为原则，要求材料满足：屈服强度σ₂>100MPa，密度ρ₂>1.0g/cm³。测试完毕后，更换具有其它体积、其它材料及其它表面处理方式的第一摩擦副2，实现测试装置的再次利用。

如图6所示，上第二摩擦副31、下第二摩擦副32形状完全相同。上第二摩擦副31为半圆环形板(圆筒的一半)，长度为L₃，满足1.3L₂<L₃<10L₂；内径为d₃，满足d₃＝D₂；外径为D₃，满足d₃<D₃<1.0m；壁厚为t₃，满足t₃＝(D₃-d₃)/2；使用时，电磁加压装置施加在上第二摩擦副31、下第二摩擦副32外表面上的力均为F；上第二摩擦副31、下第二摩擦副32为待测物体之一，其材料为金属材料，内表面处理方法与要模拟工况完全一致。要求上第二摩擦副31、下第二摩擦副32在电磁加压装置所施加的力的作用下不产生塑性变形，上第二摩擦副31、下第二摩擦副32材料满足：屈服强度σ₃>200MPa，密度ρ₃>2.0g/cm³。测试完毕后，更换具有其它材料及其它表面处理方式的上第二摩擦副31、下第二摩擦副32，或改变电磁加压装置施加在上第二摩擦副31、下第二摩擦副32上的压力，实现测试装置的再次利用。

左支板41、右支板42形状完全相同。图7是左支板41的三维示意图。如图7所示，左支板41为圆形薄板，左支板41的厚度为L₄，满足0.003m<L₄<0.05m，直径为D₄，满足1.1(D₂+2D₃)<D₄<2(D₂+2D₃)；左支板41两端面平行且外侧面光滑。如图1所示，左支板41、右支板42中间夹有动态力传感器5，左支板41、右支板42与动态力传感器5之间采用胶结剂固结，保证力的稳定传递；右支板42的右端面通过螺丝与其它固定物连接，从而固定整体测试装置，使测试装置本身在测试过程中不产生位移。左支板41、右支板42采用合金材料制成，在整个测试过程中不产生塑性变形，要求材料满足：屈服强度σ₄>200MPa，密度ρ₄>2.0g/cm³。

图8是动态力传感器5的三维示意图。如图8所示，动态力传感器5为圆柱形，动态力传感器5的直径为D₅，满足0.3D₄<D₅<D₄；厚度为L₅，满足0.005m<L₅<0.05m；动态力传感器5采用商用的压电式或压阻式力传感器，要求其量程为1kg-500kg，灵敏度<2pC/N，固有频率大于等于20KHz，线性度<1％F.S；由动态力传感器输出的压力信号静放大器放大后输出到示波器上，经过数据处理后得到动态力传感器5所测得压力F₁。动态力传感器5左端面通过胶结剂与左支板41的右侧面固结，动态力传感器5右端面通过胶结剂与右支板42的左侧面固结，保证力的稳定传递；动态力传感器5采用合金材料制成，其在整个测试过程中不产生塑性变形，要求材料满足：屈服强度σ₅>200MPa，密度ρ₅>5.0g/cm³。

图3是本发明受动态冲击加载后的轴向剖视图。如图3所示，动态冲击加载后，第一摩擦副2的位置右移，撞击杆1的速度降为零，通过处理动态力传感器5测得的电压信号即可得到动态传感器5受到的压力F₁；由于力的相互作用，第一摩擦副2受到的摩擦阻力与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32受到的摩擦力之和相同，上第二摩擦副31、下第二摩擦副32受到的摩擦力在水平方向稳定传递给左支板41，左支板41挤压动态力传感器5，因此上第二摩擦副31、下第二摩擦副32受到的摩擦力之和等于动态传感器5受到的压力；即第一摩擦副2与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32之间的摩擦力F₁。

以上实施范例仅为本发明的一种实施方式。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整(例如将第一摩擦副2与上第二摩擦副31、下第二摩擦副32均调整为长方体型板(左支板、右支板也可调整为矩形板)，以此测试动态冲击下平面接触的摩擦系数，矩形尺寸采用与圆形尺寸同比变化的原则确定)。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。

Claims

1.一种采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置由撞击杆(1)、第一摩擦副(2)、上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)、左支板(41)、右支板(42)、动态力传感器(5)组成；定义动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置左端为远离右支板(42)的一端，右端为靠近右支板(42)的一端；

第一摩擦副(2)位于上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)之间，且上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)在电磁加压装置的压力作用下挤压第一摩擦副(2)；上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)与左支板(41)在水平方向上稳定接触，以保证上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)与左支板(41)在水平方向上力的稳定传递；动态力传感器(5)处于左支板(41)、右支板(42)之间；第一摩擦副(2)、上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)、左支板(41)、右支板(42)、动态力传感器(5)同轴安装；

撞击杆(1)为圆柱型，直径为D₁，长度为L₁；撞击杆(1)在测试开始时以速度v自左向右水平运动，对第一摩擦副(2)施加动态撞击载荷；撞击杆(1)采用硬质材料制成；

第一摩擦副(2)为圆柱型，长度为L₂，厚度为D₂，第一摩擦副(2)的材料即为待测摩擦系数的材料，外表面处理方法与待测工况处理方法的完全相同；第一摩擦副(2)用于承受外部冲击载荷并与上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)相互滑动产生动态撞击下的摩擦力；第一摩擦副(2)的材料要求满足第一摩擦副(2)在撞击杆(1)的冲击作用下不产生塑性变形；

上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)形状完全相同；上第二摩擦副(31)为半圆环形板，长度为L₃，内径为d₃，外径为D₃，壁厚为t₃，使用时，电磁加压装置施加在上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)外表面上的力均为F；上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)的材料为待测材料，内表面处理方法与待测工况处理方法完全相同，要求上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)在电磁加压装置所施加的力的作用下不产生塑性变形；

左支板(41)、右支板(42)形状完全相同；左支板(41)为圆形薄板，厚度为L₄，直径为D₄，采用合金材料制成，左支板(41)在整个测试过程中不产生塑性变形；左支板(41)两端面平行且外侧面光滑；右支板(42)的右端面通过螺丝与其它固定物连接，从而固定整体测试装置，使测试装置本身在测试过程中不产生位移；

动态力传感器(5)为圆柱形，直径为D₅，厚度为L₅，材料为硬质合金，要求动态力传感器(5)在测试过程中不产生塑性变形；动态力传感器(5)处于左支板(41)、右支板(42)之间，动态力传感器(5)左端面通过胶结剂与左支板(41)的右侧面固结，动态力传感器(5)右端面通过胶结剂与右支板(42)的左侧面固结，左支板(41)、右支板(42)间的力通过动态力传感器(5)连续稳定传递；

所述动摩擦系数测试的方法包括以下步骤：

第一步，动态冲击下摩擦系数测试准备，方法是：

1.1将动态力传感器(5)与左支板(41)、右支板(42)稳定连接，上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)与左支板(41)稳定接触，三者间无晃动，并确保上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)、左支板(41)、右支板(42)和动态力传感器(5)同轴；

1.2确保第一摩擦副(2)与上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)同轴，第一摩擦副(2)处于上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)之间，第一摩擦副(2)的外表面与上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)的内表面紧密接触；

1.3检查电磁加压装置在上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)外表面上施加力的情况，确保电磁加压装置在上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)外表面上均匀施加压力；

1.4将右支板(42)通过活动螺栓固定在固支物上，使得基于动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置整体固定在固支物上，并保证基于动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置的第一摩擦副(2)左端面正对撞击杆(1)过来的方向，固支物形状不限，在固支物上钻螺丝孔，通过与活动螺栓的连接来固定测试装置；

1.5查看电磁加压装置作用在上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)上的作用力F，并进行记录；

第二步，摩擦系数测试，方法是：

2.1撞击杆(1)以速度v到达，撞击杆(1)撞击第一摩擦副(2)的左端面，第一摩擦副(2)获得向右的速度；

2.2第一摩擦副(2)承受外部冲击载荷向右运动，第一摩擦副(2)与上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)产生相对运动，并产生摩擦力；

2.3第一摩擦副(2)在摩擦力的作用下逐渐减速，最终停止运动；

2.4第一摩擦副(2)与上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)之间的摩擦力由上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)传递给左支板(4)，接着由动态力传感器(5)转化为电压信号测得并记录；判读动态力传感器(5)测得的电压信号，判读时确保左支板(41)与上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)、动态力传感器(5)间紧密接触无松动；

2.5动态力传感器(5)测得的电压信号经信号放大器及示波器后导出数据，并进行数据处理后得到所测得摩擦力F₁；

2.6计算动态冲击下的摩擦系数f，f＝F₁/2F，测试结束后，更换新的第一摩擦副(2)和上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)，实现测试装置的再次利用。

2.如权利要求1所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于所述撞击杆(1)直径D₁满足0.01m<D₁<0.5m，长度L₁满足0.01m<L₁<2m；撞击杆(1)的采用金属材料或者尼龙，要求满足屈服强度σ₁>200MPa，密度ρ₁>1g/cm³。

3.如权利要求1所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于所述第一摩擦副(2)长度L₂满足0.001m<L₂<0.5m，直径D₂满足D₁<D₂<0.5m，第一摩擦副(2)与上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)之间的总接触面积为π×D₂×L₂；第一摩擦副(2)的材料要求屈服强度σ₂>100MPa，密度ρ₂>1.0g/cm³。

4.如权利要求1所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于所述上第二摩擦副(31)长度L₃满足1.3L₂<L₃<10L₂，内径d₃满足d₃＝D₂，外径D₃满足d₃<D₃<1.0m，壁厚t₃满足t₃＝(D₃-d₃)/2；上第二摩擦副(31)、下第二摩擦副(32)的材料满足：屈服强度σ₃>200MPa，密度ρ₃>2.0g/cm³。

5.如权利要求1所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于所述左支板(41)厚度L₄满足0.003m<L₄<0.05m，直径D₄满足1.1(D₂+2D₃)<D₄<2(D₂+2D₃)；左支板(41)、右支板(42)的材料要求满足：屈服强度σ₄>200MPa，密度ρ₄>2.0g/cm³。

6.如权利要求1所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于所述动态力传感器(5)直径为D₅满足0.3mD₄<D₅<D₄，厚度L₅满足0.005m<L₅<0.05m；动态力传感器(5)的材料要求满足：屈服强度σ₅>200MPa，密度ρ₅>5.0g/cm³。

7.如权利要求6所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于所述动态力传感器(5)采用压电式或压阻式力传感器，要求其量程为1kg-500kg，灵敏度<2pC/N，固有频率大于等于20KHz，线性度<1％F.S。

8.如权利要求1所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于1.4步所述固支物的材料采用合金钢。

9.如权利要求1所述的采用动态冲击下环形表面动摩擦系数测试装置进行动摩擦系数测试的方法，其特征在于2.1步所述撞击杆(1)的初始速度v满足0m/s<v<1500m/s。