CN1325024A - 动摩擦系数测量装置 - Google Patents

Abstract

一种动摩擦系数的测量装置包括摩擦测量部件,所述摩擦测量部件具有盘形件,在盘形件上固定有摩擦测量橡胶元件,驱动盘可转动地与盘形件同轴设置,动力计使盘形件和驱动盘相互连接。转速计测量在摩擦测量部件转动期间橡胶元件的转动速度。X－Y记录器在直角坐标系中记录摩擦测量部件和转速计的两个电输出。

Description

动摩擦系数测量装置

本发明涉及动摩擦系数测量装置，其用于根据不同速度，连续测量和自动记录在两个不同物体之间的动摩擦力。

迄今为止，本专业的技术人员通常采用摆动式测量装置，测量公路表面和车辆轮胎之间的动摩擦力。但是，只有当相对于公路表面的速度在相当慢的范围内时，才能使这种摆动式测量装置用于测量摩擦力。但是，对于以不同的速度行驶中的车辆来说，公路表面的摩擦系数大不相同。一般，速度越高，摩擦系数就越低。此外，当行驶速度高达40公里/小时或者更高时，摩擦系数变为非常重要的问题。因此，为了正确测量摩擦系数，测量时的速度必须与实际速度相同，而且，测量时采用的压力也与实际作用在轮胎和地面接触表面之间的压力相同。

为了满意地达到上述要求，本发明人已经提出了一种摩擦系数测量装置，参见日本专利公开JP-57-23212，其中包括摩擦测量部件，在摩擦测量部件中包括盘状体，在盘状体上设有测量公路表面摩擦力的橡胶元件，一个能够围绕盘状体轴线作为转动体转动的盘形件，通过第一弹簧元件使盘状体和盘形件互锁，笔的支撑件能够沿着盘形件的径向方向移动，笔的支撑件通过一第二弹簧元件连接到盘形件上；在摩擦测量部件的转动过程中，在测量摩擦系数的橡胶元件的速度和笔的支撑件沿径向方向的位移量之间的关系，以及在盘形件相对于盘状体的扭转角度和摩擦系数之间的关系事先以刻度表示出，因此自动记录在摩擦系数和速度之间的关系。

但是，由于笔的支撑件沿径向方向的滑动摩擦，以及笔和记录纸之间的滑动摩擦限制了这种摩擦系数测量装置的测量精度。此外，在盘状体和盘形件开始转动期间，笔的支撑件移动，因此形成不需要的记录，由此为阅读数据造成困难。另外，固定和拆卸笔的操作和固定记录纸的操作相当麻烦，因此工作效率不高。

为此，本发明的目的是提供一种动摩擦系数测量装置，其能够自动记录速度和摩擦系数之间的关系，获得高的测量精度，并且容易阅读数据，容易进行搬运。

本发明的另一个目的是提供一种动摩擦系数测量装置，其中一旦将测量装置安置在公路表面上，即可连续自动记录速度和摩擦系数之间的关系，获得高的测量精度，容易阅读数据，并且容易搬运。

本发明的装置包括摩擦测量部件，摩擦测量部件具有一盘形件，在盘形件上设有测量摩擦力的橡胶元件，一驱动盘与盘形件同轴转动，由动力计使盘形件和驱动盘相互连接；测量在摩擦测量部件转动期间橡胶元件的速度的一个转速计，一个X-Y记录器在直角坐标系中记录摩擦测量部件和转速计的两个电输出。在这种结构中，当借助驱动装置，例如电动机或类似物驱动盘形件和驱动盘转动，并且固定在盘形件上的橡胶元件与被测量物体表面接触时，由于摩擦力的作用使盘形件的转动速度降低，并且导致在盘形件和驱动盘之间产生扭转，由动力计测量盘形件和驱动盘之间的扭转量，以便确定摩擦力，与此同时，由转速计测量橡胶元件的速度，然后将测量的这些数据作为电输出输送到X-Y记录器，所述X-Y记录器在直角坐标系中记录速度和摩擦系数。因此，由于测量的摩擦力和速度的数值以电输出的形式输出，测量的精确度得到改善，由于X-Y记录器采用直角坐标系进行记录，不存在没必要的记录，比较容易阅读数据，并且使搬运操作简单化。在摆动式测量装置中，摩擦力的测量被限制在相对于公路表面的速度为常量，而且限制汽车的速度不变。但是，根据汽车行驶的不同速度，公路表面的摩擦系数大不相同，一般速度越高，摩擦系数越低。为了在高速度条件下测量摩擦系数，通常采用公路表面摩擦力的测量车。但是，这种测量车通过真实的测量轮胎测量摩擦系数，与此同时在预定的测量速度条件下运行，以便在不同的速度条件下，测量出在一定的公路表面上的摩擦系数，这必须使测量车以不同的速度，反复在公路表面上行驶，因此在繁忙的街道上进行测量非常困难。

为了达到本发明的上述目的，按照本发明提供一种动摩擦系数测量装置，其包括摩擦测量部件，摩擦测量部件具有一盘形件，通过传动带或类似物驱动摩擦测量轮胎转动，一个驱动轮与盘形件同轴转动，由动力计使盘形件和驱动轮相互连接；由一转速计测量测试轮胎的周边速度；X-Y记录器在直角坐标系中记录摩擦测量部件和转速计输出的两个电量。

在这种结构中，当由驱动装置，例如电动机或类似物，使驱动轮转动时，通过动力计与驱动轮连接盘形件转动，以便通过传动带和类似物带动使连接盘形件的轮胎转动。当测试轮胎与被测量物体的表面相接触时，由于摩擦力作用，使轮胎的转动速度降低，与轮胎互锁的盘形件的转动速度也降低。此时，由动力计测量轮胎的摩擦力，所述动力计使盘形件和驱动轮相互连接，由转速计测量轮胎的周边速度，即相对于被测量物体表面的速度。将这些测量的数据作为电输出传递到X-Y记录器，由此在直角坐标系中记录速度和摩擦系数。因此，由于摩擦力和速度的测量值作为电输出输出，获得高的测量精度，由于采用X-Y记录器在直角坐标系进行记录，因此容易阅读数据。而且，由于在所有速度，即，从高速度到停止速度条件下，测量摩擦系数，能够在一次测量中完成记录，这样能够在实际测量地容易有效地进行测量。

在本发明的实践中，动力计最好由一个弹簧平衡器和一个位移计组成，所述弹簧平衡器使盘形件和驱动轮相互连接，位移计将弹簧平衡器的位移量转换为电输出量，所述弹簧平衡器的位移由盘形件和驱动轮之间的扭转产生。而且，转速计最好包括一个电路，其中当驱动轮和轮胎由磁型电动机开始转动时，切断电动机的开关，以便进行测量，由驱动轮的转动力带动互锁的电动机转动，与此同时，测量由磁型电动机转动产生的电动力。

在本发明的实践中，动力计最好由弹簧平衡器和一个位移计组成，所述弹簧平衡器使盘形件和驱动盘相互连接，位移计将弹簧平衡器的位移量转换为电输出量，所述弹簧平衡器的位移由盘形件和驱动盘之间的扭转产生。

而且，转速计最好包括一电路，其中当驱动盘和盘形件由磁型电动机开始转动时，然后切断电动机的开关，以便进行测量，由盘形件的转动力带动互锁的电动机转动，与此同时，测量由磁型电动机转动产生的电动力。

下面参照附图描述本发明的实施例。

图1是本发明一个实施例的俯视图。

图2是本发明实施例的剖视的主视图。

图3是局部放大俯视图，其表示弹簧平衡器和位移计的安装状态。

图4是沿着图3中Ⅳ-Ⅳ剖面线所示的局部剖视图。

图5是沿着图3中Ⅴ-Ⅴ剖面线所示的局部剖视图。

图6是所示实施例的电路示意图。

图7是所述实施例中反应X-Y记录器的示意图。

图8是本发明的另一个实施例的俯视图。

图9是图8所示装置的主视图。

图10是图8所示装置的侧视图。

图11是具有局部剖视的俯视图，其表示图8所示实施例中摩擦测量部件的详细构造。

图12是图11中所示摩擦测量部件的主视图，其中局部被剖视。

图13是沿着图12中X-X剖面线所示的局部剖视图。

如图1和2所示，本发明的动摩擦系数测量装置具有摩擦测量部件1，该摩擦测量部件1由驱动部件2驱动而转动。由固定在支架4上的支撑件3支撑驱动部件2，借助杠杆5的上下移动，可使驱动部件2与摩擦测量部件1沿竖直方向一起移动。在支架4的下侧的四个角落，分别固定安装有橡胶材料的支座6，以便整个装置被稳定支撑在被测量物体的表面，例如被支撑在公路表面。摩擦测量部件1具有大惯量的驱动盘8，所述驱动盘8被固定到驱动轴7上，滑动环9被固定在驱动盘8的上表面。而且，在驱动盘8的下方，小惯量的盘形件10可转动地安装在驱动轴7上。在盘形件10的下表面固定有三个摩擦系数测量橡胶元件11，所述橡胶元件11以驱动轴7为中心分布。

下面参照图3～5，驱动盘8和盘形件10通过弹簧平衡器12相互连接，因此借助弹簧平衡器12可以允许盘形件10与驱动盘8一同转动。在驱动盘8和盘形件10之间，安装有位移计13，以便当负载施加在盘形件10上时，测量弹簧平衡器12的位移量，并且将位移量转变为电量。还有，在驱动盘8的下表面安装有辊轮14，以便向橡胶元件11施加竖直方向的负载，所述橡胶元件11被固定在盘形件10上。

驱动部件2具有磁型电动机15，由此，通过联接器16使驱动轴7转动。通过电动机的支撑杆17将磁型电动机15支撑在驱动部件2的箱体中，由轴承18支撑着驱动轴7，所述轴承18被固定在驱动部件2的箱体的下表面。借助驱动轴7可以使驱动部件2和摩擦测量部件1沿竖直方向整体移动。

在摩擦测量部件1转动期间，位移计13的电输出量通过电刷19从滑动环9向外输出。电刷19被固定到电刷支撑件20上，通过支撑柱21，将电刷支撑件20固定到驱动部件2的箱体的下表面。

在图6中，描绘了这种动摩擦系数测量装置的电路图。磁型电动机15通过位置转换开关22和电源开关23连接到电源终端24上，所述电源提供直流(DC)12V电压。而且，速度输出终端25连接位置转换开关22，当位置转换开关22从图中所示的位置转换开关位置时，速度输出终端25与磁型电动机15相连。电源终端24的电源供电线通过连接点A和B连接稳压装置27，稳压装置27还连接摩擦测量部件1的输入终端C和D。而且，摩擦测量部件1的输出终端E和D通过衰减器26连接摩擦系数输出终端28。位移计13通过输入终端C和D、电刷19和滑动环9接收来自稳压装置27的稳定电压，并且通过滑动环9、电刷19、输出终端E和D，以及衰减器26，向摩擦系数输出终端28输送与弹簧平衡器12的位移量成正比的输出电压。可以预先调整衰减器26，以便当施加在橡胶元件11上的竖直方向的载荷W与摩擦力F相互相等时，设定输出量为“1”。因此，施加在摩擦系数输出终端28的输出量表示摩擦系数μ，在摩擦系数的公式中μ=F/W，其中，μ是摩擦系数。在这种情况下，由于竖直方向的负载W是摩擦测量部件1的重量加驱动部件2的重量，因此这是一个常量，这足以对衰减器26进行调整。而且，如图7所示，速度输出终端25可以连接X-Y记录器29的X终端，摩擦系数输出终端28可以连接X-Y记录器29的Y终端。

在上面所述的结构中，以下面所述的方法进行测量操作。首先，将此测量装置放置在需要被测量的物体表面，例如放置在公路表面。在这种状态下，带动杠杆5向下运动，使摩擦测量部件1和驱动部件2悬浮在公路表面上方。然后，使位置转换开关22进入图6所示的位置，然后接通电源开关23，使电流从电源终端24流到磁型电动机15，然后允许驱动轴7和摩擦测量部件1转动。当转动速度高于测量速度时，使位置转换开关22从图6所示的状态转换到相对一侧，与此同时，缓慢地释放杠杆5。一旦橡胶元件11接触公路表面，摩擦力的作用试图使盘形件10停止转动，但是，驱动盘8借助其惯性，试图使盘形件10继续转动，以致在驱动盘8和盘形件10之间产生扭转。这种扭转力使弹簧平衡器12产生位移，并且由位移计13测量其位移量。特别是，来自电源终端24的电压通过稳压装置27供给位移计13，由位移计13，将与弹簧平衡器12的位移量成正比的输出电压，通过衰减器26，输送到摩擦系数输出终端28。其结果是，这个输出电压作为X-Y记录器的Y分量被记录。在另一方面，施加到橡胶元件11的摩擦力通过弹簧平衡器12被传递到驱动盘8上，以致驱动盘8逐渐减速，并且最终停止。在此期间，电动机15与驱动轴7一同转动，以致由此产生电动作用力，该作用力被传递到速度输出终端25，并且由X-Y记录器29作为X分量被记录。在这种情况下，转动轴7的转动速度越高，电动机15的电动作用力就越大，因此，X分量表示速度。以这种方式，在X-Y记录器的直角坐标系中，记录了速度和摩擦系数之间的关系，因此，在一次测量操作中，就可以得知在各种速度条件下的摩擦系数。

图8～12表示本发明另一个实施例。在图8～10中，动摩擦测量装置具有摩擦测量部件，采用标号31表示摩擦测量部件整体，还具有由标号32表示驱动部件的整体，由驱动部件32驱动摩擦测量部件31转动。通过定时传动带37将摩擦测量部件31的转动传递到小尺寸的真实的轮胎35上，由定时传动带37使带轮34和36相互连接，所述带轮34固定在盘形件33上，带轮36固定在轮胎35上。摩擦测量部件31、驱动部件32、轮胎35固定在同一支架38上。支架38的一端由支架支座39支撑，因此支架38可以围绕支座39的轴线转动。将驱动部件32的磁型电动机40的转动传递到驱动轴42上，由轴承41支撑驱动轴42，所述轴承41安装在支架38的两侧。摩擦测量部件31具有固定在驱动轴42上的大转动惯量驱动轮43，小转动惯量的盘形件33可转动地安装在驱动轴42上，所述盘形件33与驱动轮43同轴设置并且相互平行。参照图11～13，滑动环44固定在驱动轮43的轮毂上。驱动轮43和盘形件33通过弹簧平衡器45相互连接，因此借助弹簧平衡器45，盘形件33可以和驱动轮43一同转动。而且，在驱动轮43和盘形件33之间安装有位移计46，以便测量弹簧平衡器45的位移量，并且将这个位移量转变成为电量。在摩擦测量部件31转动期间，从滑动环44通过电刷47将位移计46的电输出量送出。电刷47被固定在电刷支撑件48上，所述电刷支撑件48被固定在支架38上。如图10所示，借助支撑杆50和千斤顶51，支撑支架38一端的支架支座39，在压力作用下牢固地固定到公路表面，所述支撑杆50和千斤顶51固定在支架49上，所述支架49安装在轻型运载车或类似物的后车架上。支架49安装有绞盘提升机52，以便在驱动轮43和轮胎35开始转动期间，使轮胎在公路表面上方悬浮。

在此实施例中，可以采用图6所示的电路图。

下面详细描述上述构造的测量操作步骤。首先，将测量装置放置在要被测量物体的表面上，例如放置在公路表面上，借助千斤顶51在压力的作用下，将支架支座39牢固地固定到公路表面。然后，通过绞盘提升机52，使轮胎35悬浮，离开公路表面大约2厘米。在这种状态下，使位置转换开关22转换到图6所示的位置状态，并且，接通电源开关23，以便电流从电源终端24流动到磁型电动机15，由此引导驱动轴42转动。因此，随着定时传动带37转动，定时传动带37带动摩擦测量部件31和轮胎35转动。当转动速度大于测量速度时，位置转换开关22从图6所示位置状态转换到相对一侧，同时缓慢释放绞盘提升机52的张力。一旦轮胎接触公路表面，摩擦作用力试图使轮胎35停止转动，但是在惯性力作用下，与轮胎35互锁的驱动轮43试图使轮胎继续转动，以致在驱动轮43和盘形件33之间产生扭转。此扭转力使弹簧平衡器45产生位移，并且由位移计46测量弹簧平衡器45的位移量。特别是，电源终端24的电压通过稳压装置27供给位移计46，与弹簧平衡器45的位移成比例的输出电压，从位移计46，通过衰减器26传递到摩擦系数输出终端28。因此，如图7所示，由X-Y记录器29记录输出量的Y分量。在另一方面，通过弹簧平衡器45，将施加到轮胎35的摩擦力传递到驱动轮43，导致驱动轮43逐渐减速，最终停止转动。在此期间，磁型电动机15与驱动轴42一同转动，此时上述装置起发动机的作用，产生与转动速度呈比例的电动作用力。这种电动作用力被传递到速度输出终端25，并且由X-Y记录器29记录为X分量。以这种方式，速度和摩擦系数之间的关系被记录在X-Y记录器的直角坐标系中，因此在一次测量操作中，测量人员可以得知在各种速度条件下的摩擦系数。

本发明的动摩擦系数测量装置不仅可用于测量公路表面和轮胎之间的摩擦系数，而且还可以用于其他物品的测量，例如测量鞋底与地面之间的摩擦系数。在这种情况下，不言而喻，根据被测量物体的材料，改变橡胶元件11。

按照本发明，正如前面所述，由于摩擦系数和速度被转变为电量，并且由X-Y记录器自动记录，因此改善了测量精度，使测量操作变得容易，而且测量的精度不受测量者技术的影响。此外，由于测量结果被表示在直角坐标系中，很容易阅读速度和摩擦系数的数据。而且，由于这种装置形成整体，其结构紧凑，便于搬运，因此适于实际应用。

而且，按照本发明，采用真实的轮胎，在固定的条件下，在要被测量的公路表面上，能够测量从高速到停止的各种速度条件下的摩擦系数。此外，因为摩擦系数和速度被转化为电量，并且由X-Y记录器自动记录，测量精度高，测量操作容易，并且测量装置容易搬运。因此，具有突出的应用效果。

Claims (11)

1．一种动摩擦系数测量装置，其连续测量和自动记录动摩擦力，其中包括：

(A)一个支架；

(B)一个驱动装置，其包括永磁型直流(DC)电动机，以便以被驱动方式施加驱动力，并且以不作用方式产生电动作用力，所述电动作用力被表示为在不作用方式作用下的电动机速度；

(C)在所述支架上支撑着驱动装置的支撑件；

(D)在所述支架上的摩擦测量装置，包括一个第一盘形件，该摩擦测量装置具有设置在盘形件上的摩擦测量橡胶元件；

一个驱动盘连接到电动机上，以便接收驱动力，并且，驱动盘与第一盘形件同轴转动；

动力计响应于所述第一盘形件和驱动盘之间的同轴的位移，以便产生第一电信号，所述第一电信号表示位移量；

(E)转速计接收由电动机以不作用方式产生的电动作用力，由此产生第二电信号，所述第二电信号表示橡胶元件的周边速度；

(F)一个X-Y记录器以直角坐标系，同时记录所述第一和第二电信号。

2．按照权利要求1所述的装置，其特征是：所述动力计包括一个弹簧平衡器和位移计，所述位移计测量弹簧平衡器的位移量，并且因此产生所述第一电信号。

3．按照权利要求1所述的装置，其特征是：所述第一盘形件通过传动装置驱动被测试摩擦力的轮胎。

4．按照权利要求3所述的装置，其特征是：所述动力计包括一个弹簧平衡器和位移计，所述位移计测量弹簧平衡器的位移量，并且由此产生第一电信号。

5．一种动摩擦系数的测量方法，其步骤包括：

将永磁型直流电动机设置在被测量的摩擦表面，连通电动机，以预定的速度转动；

在测量速度条件下，以不作用方式，使电动机带动测量的摩擦表面自由运动；

引导上述转动的运动表面与被测量表面相接触；

随着摩擦表面减速直到停止，由电动机产生的电动作用力表示运动摩擦表面的的速度；

与此同时，随着摩擦表面停止运动，记录在所述摩擦表面上的速度和扭距。

6．按照权利要求5所述的方法，其特征是：所述预定速度超过测量速度。

7．按照权利要求6所述的方法，其特征是还包括下列步骤：设置位置转换开关以便控制电动机，两个同轴的盘形件具有弹簧平衡器和位移计、用来测量盘形件之间的扭矩，其中，一旦达到预定的速度，所述位置转换开关转到使电动机不作用的位置，以便产生电动作用力，所述电动作用力表示摩擦测量表面的即时速度，所述弹簧和位移计提供的电动作用力表示在两个盘形件之间产生的扭力。

8．一种动摩擦系数测量装置，其根据速度条件，连续测量和自动记录摩擦产生元件和被测量物体表面之间的动摩擦力，其包括：

(A)将测量装置支撑在被测量物体表面的支架；

(B)在所述支架上的摩擦测量装置包括：

(ⅰ)第一盘形件，其位于被测量物体表面的上方，第一盘形件具有固定在盘形件上产生摩擦的元件；

(ⅱ)第二盘形件，其与第一盘形件同轴转动，第二盘形件相对于第一盘形件对准一定角度，或者相对于第一盘形件有一定的角位移；

(ⅲ)在所述盘形件转动的同时，位移计测量在第一盘形件和第二盘形件之间的角位移；

(ⅳ)将所述角位移转换为第一电信号的装置，所述第一电信号表示当摩擦元件在被测量表面上滑动时，在摩擦元件和被测量表面之间的摩擦力；

(C)驱动第二盘形件转动的装置，该装置包括永磁型直流电动机，以便以通电方式驱动第二盘形件转动，并且以断电的方式，产生电动作用力，所述电动作用力表示为断电方式下电动机的速度；

(D)使所述电动机通电和断电的装置；

(E)使第一盘形件在所述测量表面上升高或降低的装置，因此，产生摩擦的元件能够与被测量表面滑动接触，并且由此减慢第一盘形件和第二盘形件的转动速度；

(F)在断电方式，接收由电动机产生的电动作用力的装置，并且将所述电动作用力转换为第二电信号，所述第二电信号表示产生摩擦的元件的周边速度；

(G)用于同时在直角坐标系中记录第一和第二电信号的X-Y记录器，由此表示在一定速度条件下的摩擦力。

9．按照权利要求8所述的装置，其特征是：所述测量位移的装置包括弹簧平衡器和位移计，以便测量弹簧平衡器的位移量，并且由此产生第一电信号。

10．按照权利要求8所述的装置，其特征是：所述第一盘形件通过传动装置驱动测量摩擦的轮胎。

11．按照权利要求10所述的装置，其特征是：所述测量位移的装置包括弹簧平衡器和位移计，以便测量弹簧平衡器的位移量，并且由此产生第一电信号。

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