CN206906222U - 一种测定摩擦系数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及测量仪器技术领域，更具体地，涉及一种测定摩擦系数的装置，所述装置包括底座、滑道、标准样品、待测样品、直线步进电机，底座与滑道的一端铰接，标准样品固定在滑道上，直线步进电机连接滑道，直线步进电机控制滑道的倾斜角度，测定摩擦系数的装置还包括第一光电传感器、第二光电传感器、位移传感器、控制系统，第一光电传感器、第二光电传感器固定在滑道上，第一光电传感器位于标准样品远离底座与滑道铰接处的一端，第二光电传感器位于标准样品另一端，位移传感器固定在底座上，与底座与滑道铰接处距离L，能够测量底座与滑道的垂直距离h，该装置结构简单、精度高、易操作。

Description

一种测定摩擦系数的装置

技术领域

本实用新型涉及测量仪器技术领域，更具体地，涉及一种测定摩擦系数的装置。

背景技术

摩擦系数是一个重要的物性参数，目前测量摩擦系数的方法各式各样，但普遍存在结构复杂、精度低等问题，而市面上绝大多数测量摩擦系数的设备价格昂贵，且测定材料单一。已公开的中国专利201611123323.5虽能同时测定滑动摩擦系数和静摩擦系数，但仍存在成本高、结构复杂、弹簧老化影响精度等问题。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种测定摩擦系数的装置，结构简单、精度高、易操作。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：一种测定摩擦系数的装置，包括底座、滑道、标准样品、待测样品、直线步进电机，所述的底座与滑道的一端铰接，所述的标准样品固定在滑道上，所述的直线步进电机连接滑道，所述的直线步进电机控制滑道的倾斜角度，所述的测定摩擦系数的装置还包括第一光电传感器、第二光电传感器、位移传感器、控制系统，所述的第一光电传感器、第二光电传感器固定在滑道上，所述的第一光电传感器位于标准样品远离底座与滑道铰接处的一端，所述的第二光电传感器位于标准样品另一端，所述的位移传感器固定在底座上，与底座与滑道铰接处距离L，能够测量底座与滑道的垂直距离h，所述的待测样品放置在滑道上第一光电传感器处，所述的控制系统控制直线步进电机的运转，并记录第一光电传感器、第二光电传感器、位移传感器的感应信号。该装置可以一次性检测最大静摩擦系数和滑动摩擦系数。

进一步地，还包括活动滑块、轴承，所述的直线步进电机包括丝杠，所述的丝杠连接轴承，所述的轴承活动连接滑块，所述的滑块与滑道滑动连接。提高装置的精度，方便对滑道的倾斜角度的控制。

进一步地，所述的滑道的上部设置有标准样品槽，所述的标准样品固定在标准样品槽内。使得标准样品固定更稳固，也方便更换。

进一步地，所述的滑道的下部设置有滑槽，所述的滑块设置在滑槽内，能够沿着滑槽滑动。方便滑块的滑动。

进一步地，所述的待测样品底部为待测材料，顶部为不锈钢块，待测材料与不锈钢块可拆卸连接。提高待测样品活动的稳定性(特别是质量较轻的样品)，同时方便更换待测材料。

进一步地，所述的控制系统为单片机控制系统。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型标准样品槽结构示意图。

图3是本实用新型滑槽结构示意图。

图4是本实用新型待测样品结构及受力示意图。

图5是测量摩擦系数的方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1-5所示，由牛顿定律可得：

F_S＝μmgcosθ (公式1)；

F＝mgsinθ (公式2)；

当待测样品将从静止状态转变为运动状态时：

F≥F_S (公式3)；

在待测样品运动瞬间：

F＝F_S (公式4)；

F_S＝μ_smgcosθ＝F＝mgsinθ (公式5)；

待测样品由静止状态变成运动状态，静摩擦系数也转换为滑动摩擦系数：

F＞F_S (公式7)；

F-F_S＝ma (公式8)；

mgsinθ-μ_kmgcosθ＝ma (公式9)；

v₀＝0 (公式11)；

式中：F_S为摩擦力；F为沿斜面分力；μ摩擦系数；μ_s最大静摩擦系数；μ_k滑动摩擦系数；s滑动的距离；L位移传感器与滑道和底座活动端距离；h位移传感器位移；a滑动加速度；v₀初始速度；m待测样品质量；t滑动时间；g重力加速度；θ滑道倾斜角度。

一种测定摩擦系数的装置，包括底座11、滑道6、标准样品9、待测样品 7、直线步进电机3，所述的底座与滑道的一端铰接，所述的标准样品固定在滑道上，所述的直线步进电机连接滑道，所述的直线步进电机3控制滑道的倾斜角度，所述的测定摩擦系数的装置还包括第一光电传感器8、第二光电传感器 10、位移传感器2、控制系统1，所述的第一光电传感器8、第二光电传感器10 固定在滑道上，所述的第一光电传感器8位于标准样品远离底座与滑道铰接处的一端，所述的第二光电传感器位于标准样品另一端，所述的位移传感器2固定在底座11上，与底座与滑道铰接处距离L，能够测量底座11与滑道6的垂直距离h，所述的待测样品7放置在滑道上第一光电传感器8处，所述的控制系统控制直线步进电机3的运转，并记录第一光电传感器8、第二光电传感器10、位移传感器2的感应信号，直线步进电机3带动滑道6的自由端向上运动，使得滑道6相对于水平面的倾斜角度为θ，当F≥F_S时，待测样品7将从静止状态转变为运动状态，在待测样品7运动瞬间，也即是第一光电传感器8动作时，F＝F_S，此时摩擦力为最大静摩擦力，摩擦系数为最大静摩擦系数，直线步进电机3停止，记录位移传感器2测量值，由式公式4-公式6可求得最大静摩擦系数μs。第一光电传感器8动作时同时启动计时，待测样品7由静止状态变成运动状态，静摩擦系数也转换为滑动摩擦系数，由牛顿定律可得公式 8，此时待测样品7做匀加速运动，当运动到第二光电传感器10时，计时停止，记录时间间隔t，由公式9—公式13即可求得滑动摩擦系数μ_k，并通过控制系统1进行显示。

进一步地，该装置还包括活动滑块5、轴承4，所述的直线步进电机3包括丝杠，所述的丝杠连接轴承4，所述的轴承4活动连接滑块5，所述的滑块5与滑道6滑动连接。

进一步地，所述的滑道6的上部设置有标准样品槽61，所述的标准样品固定在标准样品槽61内。

进一步地，所述的滑道6的下部设置有滑槽62，所述的滑块5设置在滑槽 62内，能够沿着滑槽62滑动。

进一步地，所述的待测样品7底部为待测材料71，顶部为不锈钢块72，待测材料71与不锈钢块72可拆卸连接。待测材料上面加不锈钢块，主要目的是用于测量比较轻的样品，提高仪器测试范围，重量比较大的样品可不加。

进一步地，所述的控制系统1为单片机控制系统。

一种测量摩擦系数的方法，包括以下步骤：

S1：启动直线步进电机，滑道倾斜角度增加；

S2：待测样品开始滑动的瞬间，第一光电传感器动作，控制系统开始计时；

S3：停止直线步进电机，控制系统读取位移传感器测量的h值，位移传感器距离底座与滑道铰接处的距离为L，位移传感器测量底座与滑道的垂直距离 h，控制系统计算最大静摩擦系数μ_s；

S4：待测样品继续滑动，通过第二光电传感器时，第二光电传感器动作；

S5：控制系统停止计时，记录待测材料通过第一光电传感器与第二光电传感器之间的时间间隔t，计算滑动摩擦系数μ_k。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种测定摩擦系数的装置，包括底座（11）、滑道（6）、标准样品（9）、待测样品（7）、直线步进电机（3），所述的底座与滑道（6）的一端铰接，所述的标准样品（9）固定在滑道（6）上，所述的直线步进电机（3）连接滑道（6），所述的直线步进电机（3）控制滑道（6）的倾斜角度，其特征在于，所述的测定摩擦系数的装置还包括第一光电传感器（8）、第二光电传感器（10）、位移传感器（2）、控制系统（1），所述的第一光电传感器（8）、第二光电传感器（10）固定在滑道（6）上，所述的第一光电传感器（8）位于标准样品远离底座与滑道铰接处的一端，所述的第二光电传感器位于标准样品另一端，所述的位移传感器（2）固定在底座（11）上，所述的待测样品（7）放置在滑道（6）上第一光电传感器（8）处，所述的控制系统（1）控制直线步进电机（3）的运转，并记录第一光电传感器（8）、第二光电传感器（10）、位移传感器（2）的感应信号。

2.根据权利要求1所述的一种测定摩擦系数的装置，其特征在于，还包括活动滑块（5）、轴承（4），所述的直线步进电机（3）包括丝杠，所述的丝杠连接轴承（4），所述的轴承（4）活动连接滑块（5），所述的滑块（5）与滑道（6）滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种测定摩擦系数的装置，其特征在于，所述的滑道（6）的上部设置有标准样品槽（61），所述的标准样品（9）固定在标准样品槽（61）内。

4.根据权利要求2所述的一种测定摩擦系数的装置，其特征在于，所述的滑道（6）的下部设置有滑槽（62），所述的滑块（5）设置在滑槽（62）内，能够沿着滑槽（62）滑动。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种测定摩擦系数的装置，其特征在于，所述的待测样品（7）底部为待测材料（71），顶部为不锈钢块（72），待测材料（71）与不锈钢块（72）可拆卸连接。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种测定摩擦系数的装置，其特征在于，所述的控制系统（1）为单片机控制系统。