CN113418860B - 一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法 - Google Patents

一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法，解决了在调整离合器检测产品性能是否符合要求时，可以测量两处非常规结构摩擦副的摩擦力/摩擦系数问题。该机构包括压紧力单元、旋转单元、推力单元、被测量件固定工装和力传感器，所述压紧力单元用于压紧固定被测量件固定工装，所述推力单元通过推力杆与旋转单元连接，用于向旋转单元施加推力；所述被测量件对偶件或工装卡接在旋转单元下方；所述被测量件安装在被测量件固定工装上；所述旋转单元与推力单元之间设有力传感器，用于测量推力单元推动旋转单元旋转的最大作用力。

Description

一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法
技术领域
本发明涉及测量摩擦力/摩擦系数装置，具体涉及一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法。
背景技术
对于汽车传动来说，离合器是连接发动机和变速器的一个关键传动总成，自调整离合器是其中的一种，其自调整功能的实现过程涉及两处摩擦副的摩擦力，但这两处摩擦副的结构均不是常见外形，一处为在圆周方向分布的旋转斜坡，另外一处为蝶形零件表面。为检测产品性能是否符合要求，需测量这两处摩擦副处的摩擦力(摩擦系数)，然而现有技术设备中无成熟的工装、机构或设备满足测量摩擦力要求，或需要花费不菲的人力物力资源，并且对测量技术有着严格的要求。因此，提供一种操作简单、安全可靠、方便快捷的能够测量不同外形结构摩擦副的摩擦力/摩擦系数的测量机构和测量方法是必要的。
发明内容
本发明的目的是解决在检测自调整离合器产品性能是否符合要求时，需要测量两处非常规结构摩擦副的摩擦力/摩擦系数，现有技术无成熟的机构满足同时测量摩擦力/摩擦系数的问题，提供了一种测量摩擦力/摩擦系数的机构及其测量方法。
为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种测量摩擦力/摩擦系数的机构，其特殊之处在于：包括压紧力单元、旋转单元、推力单元、被测量件4、被测量件固定工装5和力传感器9；
所述被测量件固定工装5固定安装在测量平台上；
所述被测量件4安装在被测量件固定工装5上；
所述推力单元与旋转单元连接，用于向旋转单元施加推力；
所述旋转单元与推力单元之间设有力传感器9，用于测量推力单元推动旋转单元旋转的最大作用力；
所述压紧力单元设置在轴承座1与被测量件固定工装5两端，用于压紧被测量件固定工装5，防止在测量过程中被测量件4发生位移；
所述旋转单元包括轴承座1、轴承2、旋转工装14和被测量件对偶件或对偶工装3；
所述轴承2设置于旋转工装14的中心轴上，所述轴承2上方安装有轴承座1；
所述被测量件对偶件或对偶工装3卡接在旋转工装14下方，所述被测量件对偶件或对偶工装3与被测量件4耦合。
进一步地，所述旋转工装14上表面设有环形凹槽，下表面设有卡接凸台，用于与不同的被测量件对偶件或对偶工装3卡接。
进一步地，所述被测量件4上设置有引伸计12，所述引伸计12的磁力座固定在测量平台上，引伸计12的测头压在被测量件4上，用于监控被测量件4的位移。
进一步地，所述推力单元包括螺杆6、转动手柄7、螺杆底座8和旋转推杆13；
所述旋转推杆13的一端安装在旋转工装14的上，旋转推杆13与旋转工装14螺纹连接；
所述旋转推杆13的另一端与螺杆6一端连接，旋转推杆13与螺杆6之间设有力传感器9；所述螺杆6另一端穿过螺杆底座8上的螺纹孔与转动手柄7相连；
所述螺杆底座8固定在测量平台上。
进一步地，所述力传感器9和引伸计12分别连接有力传感器显示器10和引伸计显示器11。
进一步地，所述被测量件4表面结构为旋转斜坡结构表面或蝶形零件表面。
进一步地，所述压紧力单元采用万能拉(压)力试验机。
本发明还公开了一种测量摩擦力/摩擦系数机构的测量方法，具体包括：
步骤1、安装；
步骤1.1、将被测量件固定工装5放置在万能拉(压)力试验机上；
步骤1.2、将被测量件4安装在被测量件固定工装5上；
步骤1.3、根据被测量件4表面结构，选择对应的被测量件对偶件或对偶工装3卡接在旋转工装14；
当被测量件4为旋转斜坡结构表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装3的斜坡一侧朝下；当被测量件4为蝶形零件表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装3的圆环支撑一侧朝下；
步骤1.4、安装轴承座1、轴承2和旋转推杆13；
步骤1.5、下降万能拉(压)力试验机的压板，压紧固定轴承座1和被测量件固定工装5；
步骤1.6、按合适距离将螺杆底座8通过螺栓连接安装于万能拉(压)力试验机工作平台，将螺杆6穿过螺杆底座8上的螺纹孔与转动手柄7相连；在螺杆6与旋转推杆13连接处安装力传感器9；
引伸计12的磁力座安装于万能拉(压)力试验机工作平台，引伸计12的测量头压在被测量件4之上；
步骤2、测量及计算；
步骤2.1、将万能拉(压)力试验机、引伸计及力传感器清零；
步骤2.2、下降万能拉(压)力试验机压力头，压在轴承座1上，直到力值N到达预计值；
步骤2.2、向转动手柄7施加旋转力，螺杆6和旋转推杆13带动旋转工装14及被测量件对偶件或对偶工装3旋转；
步骤2.3、转动手柄7的转动过程，观察力传感器显示器10和引伸计显示器11的变化；力传感器显示器10的数值不断增加，引伸计显示器11起初无数值；
步骤2.4、当引伸计显示器11出现数值变化，即被测量件4被带动旋转，此时停止转动转动手柄7，读取并记录力传感器显示器10的最大力值，此数值即为克服静摩擦力所需推力F1；
步骤2.5、测量可得到螺杆6推动旋转推杆13的接触点距离旋转轴心的距离及被测量件与对偶件或对偶工装3的接触位置(摩擦副处)半径，两者比值为杠杠比R；
步骤2.6、通过杠杆比可计算出被测量件4旋转时接触位置(摩擦副处)所需推力F2；
当被测量件4为旋转斜坡结构表面时，通过斜面受力分析可计算出摩擦力大小；当被测量件4为蝶形零件表面时，此力值F2即为被测量件4的摩擦力大小；
步骤2.7、当被测量件4为旋转斜坡结构表面时，通过斜面受力分析，可算出接触位置的摩擦系数μ；
当被测量件4为蝶形零件表面时，由已知的万能拉(压)力试验机的压紧力，可直接算出接触位置的摩擦系数μ。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、该测量机构可以测量旋转斜坡结构表面和蝶形零件表面线接触摩擦力/摩擦系数，将两种测量功能集成到一套机构上，结构简单、操作安全可靠、方便快捷；
2、测量过程涉及到的工装转动处，与压紧力机构采用滚动轴承连接，消除工装与压紧力机构之间摩擦力对测量结果的影响，滚动轴承的安装，也保证了测量转动过程中，工装绕轴心旋转，避免偏移；
3、用引伸计监控被测量件位移，准确抓取被测量件真实移动瞬间，避免因装配间隙造成的工装自身移动带来的测量干扰；
4、设计简易的推力机构，实现手动推力加载推动测量工装，无需复杂的机械或自动机构提供动力加载。测量的推力采集使用可记录最大力值的力传感器，配合引伸计读数，记录的最大力值即为克服静摩擦力推动零件移动瞬间的推力数值。
附图说明
图1为测量摩擦力/摩擦系数的机构的示意图；
图2为旋转工装14上表面(a)卡接方式示意图；
图3为旋转工装14下表面(b)卡接方式示意图；
附图标记：
1-轴承座，2-轴承，3-被测量件对偶件或对偶工装，4-被测量件，5-被测量件固定工装，6-螺杆，7-转动手柄，8-螺杆底座，9-力传感器，10-力传感器显示器，11-引伸计显示器，12-引伸计，13-旋转推杆，14-旋转工装。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
一种测量摩擦力/摩擦系数的机构，如图1所示包括压紧力单元、旋转单元、推力单元、被测量件固定工装5和力传感器9。
压紧力单元采用万能拉(压)力试验机，被测量件固定工装5固定安装在万能拉(压)力试验机平台上，即测量时将测量机构放置在万能拉(压)力试验机中间，万能拉(压)力试验机的压力头下压旋转单元，到压力值达到一定的测量被测量件4摩擦力的预计值(如20KN)，同时也可以防止在旋转及测量过程中被测量件4发生位移。
所述旋转单元包括轴承座1、轴承2、旋转工装14和被测量件对偶件或对偶工装3，轴承2设置于旋转工装14的中心轴上，轴承2上方安装有轴承座1，被测量件对偶件或对偶工装3卡接在旋转工装14下方，被测量件4安装在被测量件固定工装5上，被测量件4与被测量件对偶件或对偶工装3耦合，方便测量。旋转单元与压紧力单元之间采用滚动轴承连接，可以消除旋转单元与压紧力单元之间摩擦力对测量结果的影响，滚动轴承的安装也保证了测量转动过程中，旋转单元绕轴心旋转，避免偏移。
所述推力单元通过推力杆与旋转单元连接，用于向旋转单元施加推力，推力单元包括螺杆6、转动手柄7、螺杆底座8和旋转推杆13；旋转推杆13的一端安装在旋转工装14的上表面，旋转推杆13与旋转工装14螺纹连接，旋转推杆13的另一端与螺杆6一端连接，旋转推杆13与螺杆6之间设有力传感器9，螺杆6另一端穿过螺杆底座8上的螺纹孔与转动手柄7相连，所述螺杆底座8固定在万能拉(压)力试验机平台上。
所述旋转推杆13与螺杆6之间设有力传感器9，用于测量推力单元推动旋转单元旋转的最大作用力。测量摩擦力/摩擦系数的机构还设有引伸计12，用于监控被测量件4的位移，引伸计12的测头压在被测量件4上，引伸计12的磁力座固定在万能拉(压)力试验机平台上。
本实施例中的被测量件4表面结构为旋转斜坡结构表面或蝶形零件表面两种非常规结构，为了能够实现同一机构能够测量两种测量件的表面摩擦力/摩擦系数，故所述旋转工装14的两面可以卡接不同的被测量件对偶件或对偶工装3。如图3所示，旋转工装14下表面(b)设有卡接凸台，可与被测量件对偶件或对偶工装3上的卡接凸台卡接，旋转工装14上表面(a)设有环形凹槽，也可卡接被测量件对偶件或对偶工装3。
本发明还提供利用上述测量摩擦力/摩擦系数机构的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、安装；
步骤1.1、将被测量件固定工装5放置在万能拉(压)力试验机上；
步骤1.2、将被测量件4安装在被测量件固定工装5上；
步骤1.3、根据被测量件4表面结构，选择对应的被测量件对偶件或对偶工装3卡接在旋转工装14；
当被测量件4为旋转斜坡结构表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装3的斜坡一侧朝下；当被测量件4为蝶形零件表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装3的圆环支撑一侧朝下；
步骤1.4、安装轴承座1、轴承2和旋转推杆13；
步骤1.5、下降万能拉(压)力试验机的压板，压紧固定轴承座1和被测量件固定工装5；
步骤1.6、按合适距离将螺杆底座8通过螺栓连接安装于万能拉(压)力试验机工作平台，将螺杆6穿过螺杆底座8上的螺纹孔与转动手柄7相连；在螺杆6与旋转推杆13连接处安装力传感器9；
引伸计12的磁力座安装于万能拉(压)力试验机工作平台，引伸计12的测量头压在被测量件4之上；
步骤2、测量及计算；
步骤2.1、将万能拉(压)力试验机、引伸计及力传感器清零；
步骤2.2、下降万能拉(压)力试验机压力头，压在轴承座1上，直到力值N到达预计值；
步骤2.2、向转动手柄7施加旋转力，螺杆6和旋转推杆13带动旋转工装14及被测量件对偶件或对偶工装3旋转；
步骤2.3、转动手柄7的转动过程，观察力传感器显示器10和引伸计显示器11的变化；力传感器显示器10的数值不断增加，引伸计显示器11起初无数值；
步骤2.4、当引伸计显示器11出现数值变化，即被测量件4被带动旋转，此时停止转动转动手柄7，读取并记录力传感器显示器10的最大力值，此数值即为克服静摩擦力所需推力F1；
步骤2.5、测量可得到螺杆6推动旋转推杆13的接触点距离旋转轴心的距离及被测量件与对偶件或对偶工装3的接触位置(摩擦副处)半径，两者比值为杠杠比R；
步骤2.6、通过杠杆比可计算出被测量件4旋转时接触位置(摩擦副处)所需推力F2；
当被测量件4为旋转斜坡结构表面时，通过斜面受力分析可计算出摩擦力大小；当被测量件4为蝶形零件表面时，此力值F2即为被测量件4的摩擦力大小；
步骤2.7、当被测量件4为旋转斜坡结构表面时，通过斜面受力分析，可算出接触位置的摩擦系数μ；
当被测量件4为蝶形零件表面时，由已知的万能拉(压)力试验机的压紧力，可直接算出接触位置的摩擦系数μ。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种测量摩擦力/摩擦系数的机构，其特征在于：
包括压紧力单元、旋转单元、推力单元、被测量件（4）、被测量件固定工装（5）和力传感器（9）；
所述被测量件固定工装（5）固定安装在测量平台上；
所述被测量件（4）安装在被测量件固定工装（5）上；
所述推力单元与旋转单元连接，用于向旋转单元施加推力；
所述旋转单元与推力单元之间设有力传感器（9），用于测量推力单元推动旋转单元旋转的最大作用力；
所述压紧力单元设置在轴承座（1）与被测量件固定工装（5）两端，用于压紧被测量件固定工装（5），防止在测量过程中被测量件（4）发生位移；
所述旋转单元包括轴承座（1）、轴承（2）、旋转工装（14）和被测量件对偶件或对偶工装（3）；
所述轴承（2）设置于旋转工装（14）的中心轴上，所述轴承（2）上方安装有轴承座（1）；
所述被测量件对偶件或对偶工装（3）卡接在旋转工装（14）下方，所述被测量件对偶件或对偶工装（3）与被测量件（4）耦合；所述旋转工装（14）的两面用于卡接不同的被测量件对偶件或对偶工装（3）；
所述推力单元包括螺杆（6）、转动手柄（7）、螺杆底座（8）和旋转推杆（13）；
所述旋转推杆（13）的一端安装在旋转工装（14）的上表面，旋转推杆（13）与旋转工装（14）螺纹连接；
所述旋转推杆（13）的另一端与螺杆（6）一端连接，旋转推杆（13）与螺杆（6）之间设有力传感器（9）；所述螺杆（6）另一端穿过螺杆底座（8）上的螺纹孔与转动手柄（7）相连；
所述螺杆底座（8）固定在测量平台上；
所述被测量件（4）表面结构为旋转斜坡结构表面或蝶形零件表面；当被测量件（4）为旋转斜坡结构表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装（3）的斜坡一侧朝下；当被测量件（4）为蝶形零件表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装（3）的圆环支撑一侧朝下。
2.根据权利要求1所述的测量摩擦力/摩擦系数的机构，其特征在于：
所述旋转工装（14）上表面设有环形凹槽，下表面设有卡接凸台，用于与不同的被测量件对偶件或对偶工装（3）卡接。
3.根据权利要求2所述的测量摩擦力/摩擦系数的机构，其特征在于：
所述被测量件（4）上设置有引伸计（12），所述引伸计（12）的磁力座固定在测量平台上，引伸计（12）的测头压在被测量件（4）上，用于监控被测量件（4）的位移。
4.根据权利要求3所述的测量摩擦力/摩擦系数的机构，其特征在于：
所述力传感器（9）和引伸计（12）分别连接有力传感器显示器（10）和引伸计显示器（11）。
5.根据权利要求4所述的测量摩擦力/摩擦系数的机构，其特征在于：
所述压紧力单元采用万能拉压力试验机。
6.一种权利要求5所述测量摩擦力/摩擦系数机构的测量方法，其特征在于：
步骤1、安装；
步骤1.1、将被测量件固定工装（5）放置在万能拉压力试验机上；
步骤1.2、将被测量件（4）安装在被测量件固定工装（5）上；
步骤1.3、根据被测量件（4）表面结构，选择对应的被测量件对偶件或对偶工装（3）卡接在旋转工装（14）；当被测量件（4）为旋转斜坡结构表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装（3）的斜坡一侧朝下；当被测量件（4）为蝶形零件表面时，对应的被测量件对偶件或对偶工装（3）的圆环支撑一侧朝下；
步骤1.4、安装轴承座（1）、轴承（2）和旋转推杆（13）；
步骤1.5、下降万能拉压力试验机的压板，压紧固定轴承座（1）和被测量件固定工装（5）；
步骤1.6、按合适距离将螺杆底座（8）通过螺栓连接安装于万能拉压力试验机工作平台，将螺杆（6）穿过螺杆底座（8）上的螺纹孔与转动手柄（7）相连；在螺杆（6）与旋转推杆（13）连接处安装力传感器（9）；
引伸计（12）的磁力座安装于万能拉压力试验机工作平台，引伸计（12）的测量头压在被测量件（4）之上；
步骤2、测量及计算；
步骤2.1、将万能拉压力试验机、引伸计及力传感器清零；
步骤2.2、下降万能拉压力试验机压力头，压在轴承座（1）上，直到力值N到达预计值；
步骤2.3、向转动手柄（7）施加旋转力，螺杆（6）和旋转推杆（13）带动旋转工装（14）及被测量件对偶件或对偶工装（3）旋转；
步骤2.4、转动手柄（7）的转动过程，观察力传感器显示器（10）和引伸计显示器（11）的变化；力传感器显示器（10）的数值不断增加，引伸计显示器（11）起初无数值；
步骤2.5、当引伸计显示器（11）出现数值变化，即被测量件（4）被带动旋转，此时停止转动转动手柄（7），读取并记录力传感器显示器（10）的最大力值，此数值即为克服静摩擦力所需推力F1；
步骤2.6、测量可得到螺杆（6）推动旋转推杆（13）的接触点距离旋转轴心的距离及被测量件与被测量件对偶件或对偶工装（3）的接触位置半径，两者比值为杠杆比R；
步骤2.7、通过杠杆比可计算出被测量件（4）旋转时接触位置所需推力F2；
当被测量件（4）为旋转斜坡结构表面时，通过斜面受力分析可计算出摩擦力大小；当被测量件（4）为蝶形零件表面时，此力值F2即为被测量件（4）的摩擦力大小；
步骤2.8、当被测量件（4）为旋转斜坡结构表面时，通过斜面受力分析，可算出接触位置的摩擦系数μ；
当被测量件（4）为蝶形零件表面时，由已知的万能拉压力试验机的压紧力，可直接算出接触位置的摩擦系数μ。
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