CN203083912U - 一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及滑动摩擦系数测量领域，公开了一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，包括：采用四立柱刚架结构的主架、竖向加载系统、水平加载系统、计算机控制采集系统。本实用新型采用双接触面滑移的方式，水平加载系统提供试样接触面法向压力，竖向加载系统施加滑移载荷，计算机控制采集系统控制加载和采集试验数据；通过记录滑移前的最大静荷载和滑动后的滑动荷载，接合施加的接触面法向压力，可以求得静滑动摩擦系数和动滑动摩擦系数。因接触面法向压力通过加载装置施加，因此接触面法向压力的大小可以根据需要进行调节，从而实现不同压强下材料静滑动摩擦系数和动滑动摩擦系数的测量。

Description

一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置

技术领域

本实用新型涉及滑动摩擦系数测量领域，特别一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置。

背景技术

近代摩擦理论认为，产生干摩擦的主要物理原因是：接合面间的啮合作用和分子间的凝聚力作用。当接触面比较粗糙时，两物体表面上较大的凸凹不平互相交错啮合，形成对滑动的阻碍。啮合是弹塑性的，啮合的程度取决于接触面的压强。接触面的压强越大，啮合的越好，阻碍滑动的作用也就越大，对大多数工程来讲，这是产生摩擦的主要原因。因此，接触面的压强影响着滑动摩擦的大小，测定不同压强下材料的滑动摩擦系数具有重要实际工程意义。

滑动摩擦分为静滑动摩擦力和动滑动摩擦力。物体处于将要滑动而尚未滑动的临界平衡状态，摩擦力达到最大值，称为最大静滑动摩擦力，最大静滑动摩擦力与接触物间正压力的比例系数为静滑动摩擦系数。物体滑动后，阻碍物体滑动的摩擦力称为动滑动摩擦力，动滑动摩擦力与接触物间正压力的比例系数为动滑动摩擦系数。动滑动摩擦系数跟相对滑动速度有关，当相对滑动速度不大时，可近似认为动滑动摩擦系数为常数。通常动滑动摩擦系数比静滑动摩擦系数略小。

对静动滑动摩擦系数的测量通常做法是：将试样放置在某一斜面上，通过改变斜面角度找到滑动的临界角度来测定。但通常做法存在缺陷：在试块形状尺寸确定的情况下，很难测定不同压强下的静、动滑动摩擦系数，尤其是较大压强下的静、动滑动摩擦系数。

发明内容

本实用新型的目的是：为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，能够在不同压强下测定材料的静、动滑动摩擦系数。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，包括：采用四立柱刚架结构的主架、竖向加载系统、水平加载系统、计算机控制采集系统1；

所述主架包括：主架顶板3、主架立柱7、主架底座13、移动板8；主架立柱7通过滑动板8的预留孔一端与主架顶板3的下端刚性连接，另一端与主架底座13上端刚性连接，移动板8可以沿着主架立柱7在上下滑动；     

所述竖向加载系统包括：竖向加载螺杆4、电动加载模块Ⅰ2、竖向力传感器5、竖向加载杆6、竖向压头10；电动加载模块Ⅰ2固定在主架顶板3上端，竖向加载螺杆4与电动加载模块Ⅰ2、主架顶板3螺纹连接，竖向加载螺杆4与竖向力传感器5采用球形铰接，竖向力传感器5、竖向加载杆6、移动板8依次固定连接，竖向压头10对应竖向加载杆6固定在移动板8的下方；电动加载模块Ⅰ2可以驱动竖向加载螺杆4旋转，从而推动竖向力传感器5、竖向加载杆6、移动板8和竖向压头10上下运动；

所述水平加载系统包括：水平加载螺杆15、电动加载模块Ⅱ16、水平加载杆20、水平力传感器14、固定板19、活动夹板12、固定夹板11；固定夹板11设置于竖向压头10下方的主架底座13上；水平加载螺杆15与电动加载模块Ⅱ16、固定板19螺纹连接，水平加载螺杆15与水平力传感器14采用球形铰接，水平力传感器14、水平加载杆20、活动夹板12依次固定连接；连接后将固定板19固定于主架底座13上，活动夹板12与固定夹板11对应且下端不与主架底座13接触；电动加载模块Ⅱ16驱动水平加载螺杆15旋转，从而推动水平力传感器14、水平加载杆20、活动夹板12在水平方向运动；夹紧试样，可以对试样施加大小不同的压力，利用螺纹自锁保持压力。

所述计算机采集控制系统1位于主架顶板3上端，可以通过第一数据线21、第四数据线23分别控制电动加载模块Ⅰ2、电动加载模块Ⅱ16运行，通过第二数据线22、第三数据通讯线14与竖向力传感器5、水平力传感器14连接；计算机采集控制系统1可以采集竖向力传感器5、水平力传感器14与时间的关系曲线、以及采集竖向力传感器5与水平力传感器14之间的关系曲线。

其中，所述活动夹板12和固定夹板11均为L型，且对称放置。

其中，所述测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置采用双接触面摩擦的方式，试验要求三块试样，滑动摩擦过程是两个接触面同时滑动。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用双接触面滑移的方式，水平加载系统提供试样接触面法向压力，竖向加载系统施加滑移载荷，计算机控制采集系统控制加载和采集试验数据；通过记录滑移前的最大静荷载和滑动后的滑动荷载，接合施加的接触面法向压力，可以求得静滑动摩擦系数和动滑动摩擦系数。因接触面法向压力通过加载装置施加，因此接触面法向压力的大小可以根据需要进行调节，从而实现不同压强下材料静滑动摩擦系数和动滑动摩擦系数的测量。本实用新型对滑移面的接触压强能够灵活调节，测量准确度高，可以按照实际工程的接触压强进行试验。

附图说明

图1为本实用新型一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置的结构图。

图2为本实用新型工作时的试样安装示意图。 

附图标识：1-计算机采集控制系统，2-电动加载模块Ⅰ，3-主架顶板，4-竖向加载螺杆，5-竖向力传感器，6-竖向加载杆，7-主架立柱，8-移动板，9-第三数据线，10-竖向压头，11-固定夹板，12-活动夹板，13-主架底座，14-水平力传感器，15-水平加载螺杆，16-电动加载模块Ⅱ，17-试样A，18-试样B，19-固定板，20-水平加载杆，21-第一数据线，22-第二数据线，23-第四数据线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1，本实用新型一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，包括：采用四立柱刚架结构的主架、竖向加载系统、水平加载系统、计算机控制采集系统1；

所述主架包括：主架顶板3、主架立柱7、主架底座13、移动板8；主架立柱7通过滑动板8的预留孔一端与主架顶板3的下端刚性连接，另一端与主架底座13上端刚性连接，移动板8可以沿着主架立柱7在上下滑动；     

所述竖向加载系统包括：竖向加载螺杆4、电动加载模块Ⅰ2、竖向传感器5、竖向加载杆6、竖向压头10；电动加载模块Ⅰ2固定在主架顶板3上端，竖向加载螺杆4与电动加载模块Ⅰ2、主架顶板3螺纹连接，竖向加载螺杆4与竖向力传感器5采用球形铰接，竖向力传感器5、竖向加载杆6、移动板8依次固定连接，竖向压头10对应竖向加载杆6固定在移动板8的下方；电动加载模块Ⅰ2可以驱动竖向加载螺杆4旋转，从而推动竖向力传感器5、竖向加载杆6、移动板8和竖向压头10上下运动；

所述水平加载系统包括：水平加载螺杆15、电动加载模块Ⅱ16、水平加载杆20、水平力传感器14、固定板19、活动夹板12、固定夹板11；固定夹板11设置于竖向压头10下方的主架底座13上；水平加载螺杆15与电动加载模块Ⅱ16、固定板19螺纹连接，水平加载螺杆15与水平力传感器14采用球形铰接，水平力传感器14、水平加载杆20、活动夹板12依次固定连接；连接后将固定板19固定于主架底座13上，活动夹板12与固定夹板11对应且下端不与主架底座13接触；电动加载模块Ⅱ16驱动水平加载螺杆15旋转，从而推动水平力传感器14、水平加载杆20、活动夹板12在水平方向运动；夹紧试样，可以对试样施加大小不同的压力，利用螺纹自锁保持压力。

所述计算机采集控制系统1位于主架顶板3上端，可以通过第一数据线21、第四数据线23分别控制电动加载模块Ⅰ2、电动加载模块Ⅱ16运行，通过第二数据线22、第三数据通讯线14与竖向力传感器5、水平力传感器14连接；计算机采集控制系统1可以采集竖向力传感器5、水平力传感器14与时间的关系曲线、以及采集竖向力传感器5与水平力传感器14之间的关系曲线。

其中，所述活动夹板12和固定夹板11均为L型，且对称放置。

其中，所述测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置采用双接触面摩擦的方式，试验要求三块试样，滑动摩擦过程是两个接触面同时滑动。

参照图2，采用了双接触面滑动摩擦方式，进行试验时需要三块试样。试样B18为两块，尺寸相同，分别紧靠在固定夹板11和活动夹板12上。试样A17为一块，其上下两端要探出试样B18一定距离，这样可以确保整个试验滑移过程两接触面的接触面积保持恒定。试验过程，竖向压头10给试样A17上端面一个向下的作用，推动试样A17与试样B18在两接触面位置滑动。

水平力传感器14显示试样A17与试样B18接触面的法向压力N，当竖向力传感器5的值增大到某一值F时，试样A17与试样B18的接触面开始滑动，通过计算机采集控制系统1记录最大静止载荷和滑动载荷，就可以计算出静滑动摩擦系数和动滑动摩擦系数。

本实用新型的具体实施过程如下：

具体实施流程。

第一步：打开仪器电源开关，启动计算机采集控制系统1，对竖向力传感器5和水平力传感器14调零。

第二步：安装试样。试样安装时，要注意试样A17的上下两端探出试样B18一定距离。同时要确保试样A17上端面与竖向压头10下端面平行。

第三步：施加接触面法向压力。启动电动加载模块II16，驱动水平加载螺杆15旋转，对试样施加接触面法向压力。当接触面法向压力施加到预定值N时，停止旋转。由于螺纹的自锁，N将保持一恒定值。

第四步：启动电动加载模块Ⅰ2，开始加载，同时利用计算机采集控制系统1开始采集数据。记录接触面法向压力N与时间t关系曲线、竖向力F对时间t关系曲线、法向接触力N与竖向力F关系曲线。试样的两接触面滑动一定距离后停止试验。保存试验数据。

第五步：分析试验数据，将接触面法向压力N与时间t关系曲线、竖向力F对时间t关系曲线、水平力N与竖向力F关系曲线进行分析，得到最大静摩擦力F _max、动滑动摩擦力F和接触面法向压力N，计算得出静滑动摩擦系数f _s和动滑动摩擦系数f，计算公式如下：

f _s=F _max÷（2N）

f=F÷（2N）。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，其特征在于，所述一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置包括：采用四立柱刚架结构的主架、竖向加载系统、水平加载系统、计算机控制采集系统（1）；

所述主架包括：主架顶板（3）、主架立柱（7）、主架底座（13）、移动板（8）；主架立柱（7）通过滑动板（8）的预留孔一端与主架顶板（3）的下端刚性连接，另一端与主架底座（13）上端刚性连接，移动板（8）沿着主架立柱（7）在上下滑动；    

所述竖向加载系统包括：竖向加载螺杆（4）、电动加载模块Ⅰ（2）、竖向传感器（5）、竖向加载杆（6）、竖向压头（10）；电动加载模块Ⅰ（2）固定在主架顶板（3）上端，竖向加载螺杆（4）与电动加载模块Ⅰ（2）、主架顶板（3）螺纹连接，竖向加载螺杆（4）与竖向力传感器（5）采用球形铰接，竖向力传感器（5）、竖向加载杆（6）、移动板（8）依次固定连接，竖向压头（10）对应竖向加载杆（6）固定在移动板（8）的下方；电动加载模块Ⅰ（2）驱动竖向加载螺杆（4）旋转，从而推动竖向力传感器（5）、竖向加载杆（6）、移动板（8）和竖向压头（10）上下运动；

所述水平加载系统包括：水平加载螺杆（15）、电动加载模块Ⅱ（16）、水平加载杆（20）、水平力传感器（14）、固定板（19）、活动夹板（12）、固定夹板（11）；固定夹板（11）设置于竖向压头（10）下方的主架底座（13）上；水平加载螺杆（15）与电动加载模块Ⅱ（16）、固定板（19）螺纹连接，水平加载螺杆（15）与水平力传感器（14）采用球形铰接，水平力传感器（14）、水平加载杆（20）、活动夹板（12）依次固定连接；连接后将固定板（19）固定于主架底座（13）上，活动夹板（12）与固定夹板（11）对应且下端不与主架底座（13）接触；电动加载模块Ⅱ（16）驱动水平加载螺杆（15）旋转，从而推动水平力传感器（14）、水平加载杆（20）、活动夹板（12）在水平方向运动； 

所述计算机采集控制系统（1）位于主架顶板（3）上端，通过第一数据线（21）、第四数据线（23）分别控制电动加载模块Ⅰ（2）、电动加载模块Ⅱ（16）运行，通过第二数据线（22）、第三数据通讯线（14）与竖向力传感器（5）、水平力传感器（14）连接。

2.根据权利要求1所述的一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，其特征在于，所述活动夹板（12）和固定夹板（11）均为L型，且对称放置。

3.根据权利要求1所述的一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置，其特征在于，采用双接触面摩擦的方式，试验要求三块试样，滑动摩擦过程是两个接触面同时滑动。

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