CN205192925U - 一种动静摩擦系数测定仪器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种动静摩擦系数测定仪器，属于摩擦领域。本装置用于测定不同材料间的静摩擦系数和动摩擦系数，包括测试平台、提升装置、调整张力大小的瓦特调速器及机架；测试平台包括同步传送齿皮带、同步传送板和重物块，提升装置提升测试平台测试静摩擦系数，测试平台主要包括可粘帖柔性材料的同步传送带和刚性材料的同步传送板和粘帖另一种材料的重物块及判断重物块移动的红外线检测装置。绳子连接测试平台和瓦特调速器，绳子上有张力传感器测试绳子的张力。瓦特离心调速器与连接绳子的套筒组成稳定加载的装置。通过此平台实现对任意两种材料（包括：两种刚性材料、一种刚性材料和柔性材料以及两种柔性材料）之间的动静摩擦系数的测定。
Description
技术领域
本实用新型属于摩擦系数测定仪器领域，尤其涉及动静柔性材料与刚性材料摩擦系数的测定。
背景技术
在工业生产过程中，摩擦是工业生产的关键因素之一，摩擦会引起产品变形不均匀、磨损、打滑等，这将对产品性能和寿命都有很大的影响，因此摩擦问题是工程应用中亟待解决的课题之一。动静摩擦系数测定仪器是对不同材料之间的动静摩擦系数测试的重要试验之一。
动静摩擦系数测定仪器是用来测试两材料之间的动摩擦系数和静摩擦系数的仪器，通过测得使材料之间发生临界滑动和稳定相对运动时的拉力并分别计算其两者之间的静摩擦系数和动摩擦系数。目前所公开的测量摩擦系数的仪器一般都较单一地测量静摩擦系数，动摩擦系数虽然与静摩擦系数相差不太大，但还是有差别，有的工况下需要静摩擦系数，有的则需要动摩擦系数。而且他们都有较强的针对性，即使用范围局限在一类材料间的摩擦系数测定，不适用于其他材料。如中国专利号为201410269464.2公开一种连续测量弹性纤维间摩擦系数的装置，通过缠绕纤维并测得纤维的摩擦力来测得弹性纤维间的动态摩擦系数，然而此装置只局限于柔性材料间的摩擦系数，不能测得刚性材料间的摩擦系数，也不能测得刚性材料与柔性材料间的摩擦系数。
再如中国专利号为ZL201310285410.0公开一种塑料与金属模具间摩擦系数的测量装置及方法，其利用温度控制系统得到合适的温度，通过测力计拉动负载块获得最大峰值，并通过公式f=F/G进行计算，但是测力计拉动负载块时，测力计拉动不会平稳，可能会产生加速度a，最后结果会是f’=(F+Ga/g)/G，所测的f’﹥f，得到的测试结果精度不够。
再如，中国专利号ZL200720071521.1公开一种滑动摩擦系数的测量装置，其放置滑动试样于待测板上，测试下滑的加速度a=2S/t2，滑动摩擦系数：f=m(gsinθ-a)/(mgcosθ)，滑行的时间较短，所测加速度的误差会比较大，且不能测得静摩擦系数。
现已公开的摩擦系数测量方法各有各的优点，但是都存在以下几个问题：1、测定的范围较狭窄；2、测量时，可能出现加速度这个相对较难控制的因素；3测量较单一，不能同时获得动摩擦系数和静摩擦系数。
上述内容仅用以辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种动静摩擦系数测定试验仪器，旨在不仅可以获得静摩擦系数还可以获得动摩擦系数，而且结果精确。
为实现上述目的，本实用新型提供的动摩擦系数测定仪器包括：用于粘贴测试材料的测试平台，用于提升测试平台的提升装置，用于测量绳子拉力的张力传感器，用于逐渐增加力的瓦特离心调速装置，用于设置所述测试平台、提升装置和瓦特离心调速装置的机架；
所述测试平台与所述提升装置固定连接，所述测试平台与所述机架固定连接，所述测试平台与所述张力传感器连接，所述张力传感器与所述瓦特离心调速装置连接，所述提升装置与所述机架固定连接，所述瓦特离心调速装置与所述机架的连接。
优选地，所述测试平台包括用于贴柔性测试材料A1的柔性单面带齿的同步传送带，用于粘贴刚性测试材料A2的刚性单面带齿的同步传送板，用于粘贴测试材料B的重物块，用于使所述同步传送带和所述同步传送板运动的主动轮和从动轮，用于提供主动轮动力的电机a，用于设置电机a的电机架；
所述主动轮和从动轮传动设置与所述机架上，所述同步传送带与所述主动轮和从动轮传动，所述主动轮与所述电机a连接，所述同步传送板与所述主动轮和从动轮传动，所述从动轮与所述所述提升装置连接，同步传送带与所述重物块接触，所述同步传送板与所述重物接触。
优选地，所述测试平台包括用于连接的绳子，用调节所述绳子连接点高度的移动块，用于固定所述移动块的移动块固定螺母；
所述移动块与所述重物块连接，所述移动块与所述移动块固定螺母连接，所述移动块与所述绳子连接。
优选地，所述测试平台包括用于判定所述重物块是否移动的红外线装置，为瓦特离心调速装置提供动力的电机b。
所述红外线装置与所述电机b连接，电机b与所述机架的固定连接。
优选地，所述测试平台包括所述移动块的柄杆上测量所述绳子与水平所成角度的刻度盘。
优选地，还包括：改变所述绳子方向的定滑轮a，改变所述绳子方向的定滑轮b，设置所述定滑轮a的轴杆a，设置所述定滑轮b的轴杆b；
所述定滑轮a与所述轴杆a固定连接，所述定滑轮b与所述轴杆b固定连接。
优选地，所述提升装置包括用于提升所述从动轮的套筒a，用于固定所述测试平台的螺母a和螺母b，
所述套筒a与所述从动轮轴承连接，所述套筒a与所述螺母a和螺母b螺纹连接，所述轴杆a与所述螺母a和螺母b螺纹连接。
优选地，还包括：用于固定所述轴杆a位置的螺母c和螺母d，用于连接所述套筒a和轴杆a的连杆；
所述轴杆a与所述螺母c和螺母d的螺纹连接，所述套筒a与所述连杆连接，所述轴杆a与所述连杆连接。
优选地，所述离心调速装置包括改变所述绳子张力的套筒b，所述改变张力大小的离心调速器，所述离心调速器下端套筒c，所述瓦特离心调速器的中间轴杆c；
所述套筒b与所述套筒c连接，所述套筒b与所述轴杆c连接，所述套筒b与所述绳子连接。
优选地，所述机架包括移动槽a和移动槽b；
所述套筒a在所述移动槽a中可移动，所述轴杆a可在所述移动槽b中可移动。
本实用新型提出的动静摩擦系数测定仪器，通过将一种材料粘贴在重物块上，另一种材料，若是柔性材料，则粘贴在同步传送带上，若是刚性材料，则粘贴在同步传送板上。测静摩擦系数时，抬高测试平台一端，逐渐增加绳子拉力，直至重物块欲动挡住红外线，瓦特离心调速器停止增加力的大小，通过计算获得静摩擦系数；当测动摩擦系数时，测试平台平放，驱动同步传送板或同步传送带使示数达到稳定，从而获得动摩擦系数。相比同类试验机，本测试仪器不仅可以测试不同材料之间的摩擦系数，而且可以同时获得动摩擦系数和静摩擦系数。本测试仪器测试静摩擦系数时，力是缓慢增加且能及时止动，可以获得精确的数据，测试动摩擦系数时，优点不仅体现在示数稳定可靠，而且可以根据要求测得不同相对速度下的动摩擦系数。本测试仪器更加精确可靠，而且用途更广。
附图说明
图1为本实用新型动静摩擦系数测定仪器的结构示意图；
图2为图1中测试平台的放大结构示意图；
图3为图1中提升设置的放大结构示意图；
图4为图1瓦特离心调速装置的放大结构示意图；
图5为图1的测试平台放置同步传送板的示意图；
图6为图2部分结构的爆炸结构示意图；
图7为图4结构的爆炸结构示意图;
图8为测定静摩擦系数的力学简图。
图中：1.同步传送板，2.张力传感器，3.重物块，4.同步传送齿皮带，5.主动轮，6.电机a，7.电机架，8机架，9.红外线发射装置，10.套筒a，11.轴承座，12.轴杆b，13.定滑轮b，14.套筒b，15.离心调速器，16.电机b，17.连杆，18.螺母c，19.定滑轮a，20.轴杆a，21.移动块固定螺母，22.红外线发射装置固定螺母，23.红外线，24.红外线接收装置，25.红外线接收装置固定螺母，26.移动块，27.绳子，28.螺母d，29.螺母a，30.螺母b，31.从动轮，32.离心调速器下端套筒c，33.轴杆c，34.移动槽a，35.移动槽b。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用以限定本实用新型。
本实用新型提供一种动静摩擦系数测定仪器，参照图1、图2、图3和图4，图1为本实用新型动静摩擦系数测定仪器的结构示意图；图2为图1中测试平台的放大结构示意图；图3为图1中提升设置的放大结构示意图；图4为图1瓦特离心调速装置的放大结构示意图。
在本实用新型的实施例中，该动静摩擦系数测定仪器包括：用于粘贴测试材料的测试平台，用于提升测试平台的提升装置，用于测量绳子拉力的张力传感器，用于逐渐增加力的瓦特离心调速器，用于设置所述测试平台、提升装置和瓦特离心调速器的机架，测试平台与提升装置固定连接，测试平台与机架固定连接，测试平台与张力传感器连接，张力传感器与瓦特离心调速器连接，提升装置与机架固定连接，瓦特离心调速器与机架的连接。
具体地，当测试动摩擦系数时：
如图1所示，若两个测试材料都为柔性材料（设为A1和B）或者一个为柔性材料A1和另一个为刚性材料B，测试平台放置同步传送带4，重量为G的重物块3下端可粘贴测试材料B，而重物块3放在可粘贴测试材料A1的同步传送带3上。若两个测试材料都为刚性材料分别设为刚性材料A2和刚性材料B，测试平台放置同步传送板1，重量为G的重物块3下端可粘贴测试材料B，而重物块3放在可粘贴测试材料A2的同步传送板1上。测试平台平放。
进一步地，绳子27通过移动块26连接重物块3，如图3，移动块26与重物块3镶嵌，而移动块固定螺母21可以固定移动块26的位置，即固定绳子27的连接点位置，通过此结构可以调节不同的连接点高度a，其另一个重要作用，可以根据具体的不同测试要求，更换不同重量的重物块3。移动块柄26在连接绳子27的连接处有一个测量绳子27角度的刻度，可测量绳子27拉力的角度α，绳子27上连接张力传感器2，以此测量绳子27间的张力从而得到绳子的拉力，张力传感器2连接数据处理器和显示器，显示器将张力传感器2测得的数据处理绘制成曲线。绳子27通过两个定滑轮13和20改变绳子27的方向，绳子27另一端连接瓦特离心调速器15，当测试动摩擦系数时，瓦特离心调速器15不工作。启动电机a（6）使主动轮5运转，带动同步传送带4或同步传送板1运行，使得张力传感器2的示数达到稳定为F。
其动摩擦系数计算如下：
μ动=Fcosα/(G-Fsinα)
具体地，当测试静摩擦系数时：
测试平台通过提升设置抬高测试平台的从动轮31。测试平台如图2，拧松套筒a（10）上和轴杆a（20）上的螺母29、30、18和28，将整个从动轮抬高，使测试平台倾斜一个角度α，倾斜一个角度的目的：因静摩擦系数与动摩擦系数相差不太大，倾斜一个角度，绳子27的拉力增大，张力传感器2的示数会增大，即对力更加敏感，从而可以获得更精确的数据，但若测动摩擦系数时倾斜一定的角度，容易引起打滑，反而对测试精度不利。
如图1所示，若两个测试材料都为柔性材料（设为A1和B）或者一个为柔性材料A1和另一个为刚性材料B，测试平台放置同步传送带4，重量为G的重物块3（高为h，宽为b）下端可粘贴测试材料B，而重物块3放在可粘贴测试材料A1的同步传送带4上。若两个测试材料都为刚性材料分别设为刚性材料A2和刚性材料B，测试平台放置同步传送板1，重量为G的重物块3下端可粘贴测试材料B，而重物块3放在可粘贴测试材料A2的同步传送板1上。
进一步地，绳子27通过两个定滑轮13和19改变绳子的方向，绳子27另一端连接瓦特离心调速器15，不断增加绳子27的拉力，通过调频器调节电机b（16）改变瓦特离心调速器15的速度变化快慢进而改变拉力变化速度。设置两个定滑轮13和19的目的不仅是便于连接，还在于稳定绳子27，防止因瓦特离心调速器15振动而引起张力测试器2的误差。而红外线发射装置9和红外线接收装置24组成红外线监测装置，当瓦特离心调速器15逐渐增加绳子27拉力使之达到重物块3稍微移动，当重物块3一旦移动就会挡住红外线23，红外线检测装置就使得瓦特离心调速器15停止工作不再增加绳子27的拉力，通过显示器记录整个过程绳子的张力曲线。
进一步地，绳子27通过移动块26连接重物块3，如图3，移动块27与重物块3镶嵌，而移动块固定螺母21可以固定移动块26的位置，即固定绳子27的连接点位置，通过此结构可以调节不同的连接点高度a，其另一个重要作用，可以根据具体的不同测试要求，更换不同重量的重物块3。移动块柄26在连接绳子27的连接处有一个测量绳子27角度的刻度，如此可以测量绳子27拉力的角度β，红外线发射装置9和红外线接收装置24都有相应的螺母22和25，利用其可以调节红外线监测装置位置。
从连接张力穿感器2的显示器读出此次测试的最大值F。
测定静摩擦系数的力学简图如图8所示：
在此种状况下，重物块会发生四种情况：下滑，逆时针翻倒，上滑，以及顺时针翻倒。因测试时斜面的倾斜角小于摩擦角且有绳子拉着，故不会出现下滑和逆时针翻倒。现在只考虑上滑和顺时针翻倒，需要确定好系数，使得上滑时的临界拉力要小于顺时针翻倒的临界拉力，如此才能保证张力传感器测到的是重物块临界上滑的绳子张力，即绳子对重物块的拉力F。
其静摩擦系数计算如下：
μ静=(Fcosβ-Gsinα)/(Gcosα-Fsinβ)
对数据进行理论分析，当各项参数设置如下时：平台倾斜角α为15°，绳子倾斜角β为35°，重物块高度h和宽度b均为0.1m，重物块重量G为2000N，节点到底端高度a为0.08m；则上滑时的临界拉力要小于顺时针翻倒的临界拉力较大的值，符合要求，且测量精确，可以通过查表中的临界力F得到对应的静摩擦系数μ。如下表所示：
| 摩擦系数μ | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.06 | 0.07 | 0.08 | 0.09 | 0.1 |
| 上滑的临 界力F（N） | 650.9 | 669.7 | 688.2 | 706.5 | 724.5 | 742.2 | 759.8 | 777.1 | 794.1 | 811.0 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.11 | 0.12 | 0.13 | 0.14 | 0.15 | 0.16 | 0.17 | 0.18 | 0.19 | 0.2 |
| 上滑的临 界力F（N） | 827.6 | 844.0 | 860.2 | 876.2 | 892.0 | 907.6 | 923.0 | 938.2 | 953.2 | 968.0 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 9373.0 |
| 摩擦系数μ | 0.21 | 0.22 | 0.23 | 0.24 | 0.25 | 0.26 | 0.27 | 0.28 | 0.29 | 0.3 |
| 上滑的临 界力F（N） | 982.7 | 997.2 | 1011.4 | 1025.6 | 1039.5 | 1053.3 | 1067.0 | 1080.4 | 1093.7 | 1106.9 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.31 | 0.32 | 0.33 | 0.34 | 0.35 | 0.36 | 0.37 | 0.38 | 0.39 | 0.4 |
| 上滑的临 界力F（N） | 1119.9 | 1132.8 | 1145.5 | 1158.1 | 1170.5 | 1182.8 | 1194.9 | 1207.0 | 1218.8 | 1230.6 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.41 | 0.42 | 0.43 | 0.44 | 0.45 | 0.46 | 0.47 | 0.48 | 0.49 | 0.5 |
| 上滑的临 界力F（N） | 1242.2 | 1253.7 | 1265.1 | 1276.4 | 1287.5 | 1298.5 | 1309.4 | 1320.2 | 1330.9 | 1341.5 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.51 | 0.52 | 0.53 | 0.54 | 0.55 | 0.56 | 0.57 | 0.58 | 0.59 | 0.6 |
| 上滑的临 界力F（N） | 1351.9 | 1362.3 | 1372.5 | 1382.6 | 1392.7 | 1402.6 | 1412.4 | 1422.2 | 1431.8 | 1441.4 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.61 | 0.62 | 0.63 | 0.64 | 0.65 | 0.66 | 0.67 | 0.68 | 0.69 | 0.7 |
| 上滑的临 界力F（N） | 1450.8 | 1460.2 | 1469.5 | 1478.6 | 1487.7 | 1496.7 | 1505.7 | 1514.5 | 1523.2 | 1531.9 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.71 | 0.72 | 0.73 | 0.74 | 0.75 | 0.76 | 0.77 | 0.78 | 0.79 | 0.8 |
| 上滑的临 界力F（N） | 1540.5 | 1549.0 | 1557.4 | 1565.8 | 1574.1 | 1582.3 | 1590.4 | 1598.4 | 1606.4 | 1614.3 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.81 | 0.82 | 0.83 | 0.84 | 0.85 | 0.86 | 0.87 | 0.88 | 0.89 | 0.9 |
| 上滑的临 界力F（N） | 1622.2 | 1629.9 | 1637.6 | 1645.2 | 1652.8 | 1660.3 | 1667.7 | 1675.1 | 1682.4 | 1689.6 |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
| 摩擦系数μ | 0.91 | 0.92 | 0.93 | 0.94 | 0.95 | 0.96 | 0.97 | 0.98 | 0.99 | |
| 上滑的临 界力F（N） | 1696.8 | 1703.9 | 1711.0 | 1718.0 | 1724.9 | 1731.8 | 1738.6 | 1745.4 | 1752.1 | |
| 顺时针翻倒 临界力F'(N) | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 | 1868.9 |
Claims (10)
1.一种动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，包括：用于粘贴测试材料的测试平台，用于提升测试平台的提升装置，用于测量绳子拉力的张力传感器，用于逐渐增加力的瓦特离心调速装置，用于设置所述测试平台、提升装置和瓦特离心调速装置的机架；
所述测试平台与所述提升装置固定连接，所述测试平台与所述机架固定连接，所述测试平台与所述张力传感器连接，所述张力传感器与所述瓦特离心调速装置连接，所述提升装置与所述机架固定连接，所述瓦特离心调速装置与所述机架连接。
2.根据权利要求1所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述测试平台包括用于贴柔性测试材料A1的柔性单面带齿的同步传送带，用于粘贴刚性测试材料A2的刚性单面带齿的同步传送板，用于粘贴测试材料B的重物块，用于使所述同步传送带和所述同步传送板运动的主动轮和从动轮，用于提供主动轮动力的电机a，用于设置电机a的电机架；
所述主动轮和从动轮设置在所述机架上，所述从动轮与所述提升装置连接，所述同步传送带与所述主动轮和从动轮传动连接，所述主动轮与所述电机a连接，所述同步传送板与所述主动轮和从动轮传动连接，所述同步传送带与所述重物块接触，所述同步传送板与所述重物接触。
3.根据权利要求2所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述测试平台包括用于连接的绳子，用调节所述绳子连接点高度的移动块，用于固定所述移动块的移动块固定螺母；
所述移动块与所述重物块连接，所述移动块与所述移动块固定螺母连接，所述移动块与所述绳子连接。
4.根据权利要求2所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述测试平台包括用于判定所述重物块是否移动的红外线装置，为所述瓦特离心调速装置提供动力的电机b；
所述红外线装置与所述电机b连接，电机b与所述机架的固定连接。
5.根据权利要求3所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述测试平台包括所述移动块的柄杆上测量所述绳子与水平所成角度的刻度盘。
6.根据权利要求2所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述提升装置包括改变所述绳子方向的定滑轮a，改变所述绳子方向的定滑轮b，设置所述定滑轮a的轴杆a，设置所述定滑轮b的轴杆b；
所述定滑轮a与所述轴杆a固定连接，所述定滑轮b与所述轴杆b固定连接。
7.根据权利要求6所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述提升装置包括用于提升所述从动轮的套筒a，用于固定所述测试平台的螺母a和螺母b；
所述套筒a与所述从动轮轴承连接，所述套筒a与所述螺母a和螺母b螺纹连接，所述轴杆a与所述螺母a和螺母b螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述提升装置包括用于固定所述轴杆a位置的螺母c和螺母d，用于连接所述套筒a和轴杆a的连杆；
所述轴杆a与所述螺母c和螺母d的螺纹连接，所述套筒a与所述连杆连接，所述轴杆a与所述连杆连接。
9.根据权利要求1所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述瓦特离心调速装置包括改变所述绳子张力的套筒b，改变张力大小的离心调速器，所述离心调速器下端套筒c，所述瓦特离心调速器的中间轴杆c；
所述套筒b与所述套筒c连接，所述套筒b与所述轴杆c连接，所述套筒b与所述绳子连接。
10.根据权利要求8所述的动静摩擦系数测定仪器，其特征在于，所述机架上的移动槽a，所述机架上的移动槽b；
所述套筒a在所述移动槽a中可移动，所述轴杆a可在所述移动槽b中可移动。
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