JPH0318741A - 摩擦計測装置 - Google Patents

摩擦計測装置

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JPH0318741A
JPH0318741A JP15389889A JP15389889A JPH0318741A JP H0318741 A JPH0318741 A JP H0318741A JP 15389889 A JP15389889 A JP 15389889A JP 15389889 A JP15389889 A JP 15389889A JP H0318741 A JPH0318741 A JP H0318741A
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睦 高橋
Kimishiro Ito
伊東 公四郎
Setsuro Kimura
木村 節朗
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、ゴム等の高分子材料がアスファルト路面等に
滑り接触した際の摩擦特性を計測する摩擦計測装置に関
する。
[従来の技術] 従来、この種の摩擦計測装置としては、例えば第5図に
示すようなものがある。
第5図おいて、支点1を中心として回転できる重錘2の
底面にゴムパッド3をバネ材4で保持し、重錘2が降り
下げられた時にゴムパッド3が路面5と適当な区間6で
接触するようにセットする。
このセット状態で重錘2をある角度θ丁で離し、路面5
上を通過後、角度θ2まで上昇したとすると、この角度
θ1と02との関係により路面5とゴムパッド3との摩
擦係数μを求めるようにしている。
[発明が解決しようとする課題コ しかしながら、このような従来の摩擦計測装置にあって
は、 ■温度補正式を用いた計測後の摩擦係数値の修正計算を
必要とする、 ■実際的な滑り摩擦速度における摩擦係数値が得られな
い、 ■実際的な単位面積当りの荷重を加えた状態での摩擦係
数値が得られない、 ■任意の温度、湿度、滑り速度における摩擦係数値が得
られない、 ■路面の凹凸の程度によってはゴムパッドが路面上を摺
動中に跳躍することにより計測値に大きなバラツキを発
生する、等の問題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、試料の滑り速度、荷重、温度等の任意の計測条件
のもとに実情に合った摩擦係数値の計測及び推定ができ
る摩擦計測装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この目的を達或するため本発明の請求項1にあっては、
円環状の試料を計測面に任意の設定荷重により押圧した
状態で所望の速度で定速回転、即ち角加速度ゼロで回転
させる機構部と;該機構部による試料の角速度を計測す
る回転計測部と;前記機構部により試料を定速回転した
時のトルクを計測するトルク計測部と;試料及び摩擦計
測面の温度を同一と見做していずれか一方の温度を計測
する温度計測部と;前記トルクの計測値と試料を含む回
転部の重量及び試料平均半径に基づいてその時の滑り速
度における摩擦係数を演算する摩擦係数演算手段と:計
測温度及び試料のガラス転移点に基づき、温度異存性を
もたない速度と摩擦係数の関係を示すマスターカーブ上
の変換速度を演算する速度変換部と:該速度変換部によ
る変換速度を指示パラメータ(アドレス)として算出さ
れた摩擦係数値を記憶する記憶手段と;を設ける。
また本発明の請求項2にあっては、請求項l記載のトル
ク計測手段を除いた次の構成とする。
即ち、円環状の試料を計測面に任意の設定荷重により押
圧した状態で所望の速度で回転させる機構部と;該機構
部による試料の角速度及び又は角加速度を計測する回転
計測部と;試料及び摩擦計測面の温度を同一と見做して
いずれか一方の温度を計測する温度計測部と;角速度及
び又は角加速度、予め設定された前記試料を含む回転部
の慣性モーメント、重量及び試料平均半径に基づいてそ
の時の回転速度における摩擦係数を演算する摩擦係数演
算手段と;計測温度及び試料のガラス転移点に基づき、
温度依存性をもたない速度と摩擦係数の関係を示すマス
ターカーブ上の変換速度を演算する速度変換部と:該速
度変換部による変換速度を指示パラメータ(アドレス)
として算出された摩擦係数値を記憶する記憶手段と;を
設ける。
また本発明の請求項3にあっては、請求項1記載のトル
ク計測手段を除いた次の構戊とする。
即ち、円環状の試料を計測面に任意の設定荷重により押
圧した状態で回転させる機構部と:該機構部による試料
の角速度及び又は角加速度を計測する回転計測部と:前
記機構部により試料を回転した時のトルクを計測するト
ルク計測手段と;試料及び摩擦計測面の温度を同一と見
做していずれか一方の温度を計測する温度計測部と;前
記角速度及び又は角加速度、予め設定された前記試料を
含む回転部の慣性モーメント、重量及び試料平均半径に
基づいてその時の滑り速度における摩擦係数を演算する
摩擦係数演算手段と;計測温度及び試料のガラス転移点
に基づき、温度依存性をもたない速度と摩擦係数の関係
を示すマスターカーブ上の変換速度を演算する速度変換
部と;該速度変換部による変換速度を指示パラメータ(
アドレス)として算出された摩擦係数値を記憶する記憶
手段と;を設ける。
更に、請求項4にあっては、前述の請求項1〜3の各々
に、計測温度と計測速度を設定する設定手段を設け、設
定速度及び設定温度から前記速度変換手段によりマスク
カープ上の変換速度を求めて記憶手段から対応する摩擦
係数値を読出し、変換速度に対応する摩擦係数値が記憶
されていない時には、該変換速度の前後の変換速度に対
応する摩擦係数値を読出して推定値を算出する推定値算
出手段を設ける。
更に要約するならば、 請求項1;角加速度=0の場合(定速回転)請求項2;
トルク一〇の場合 請求項3;角速度加速度−0,トルク一〇の場合請求項
4;請求項1, 2. 3に機能を追加した場合となる
[作用] このような構成を備えた本発明の摩擦計測装置によれば
、温度異存性をもたないマスクカープによる変換速度を
指示パラメータ(アドレス)として実際に計測された摩
擦係数値をメモリに記憶することができ、更に、滑り速
度、荷重、を任意に設定変更することで必要とする条件
での摩擦係数データを広範に収集することができる。
更に、マスタカーブを与える記憶データが得られた場合
には、実際に計測しなくとも速度及び温度を任意に設定
するデータ処理により記憶された摩擦係数値は勿論のこ
と、設定値に基づく変換速度に対応する摩擦係数値が存
在しなくとも、例えば前後の値に基づく補開演算により
正確に推定値を得ることができる。
[実施例] 第IA図は本発明の一実施例を示した実施例構成図であ
る。
第IA図において、10は機構部であり、荷重設定部1
2による荷重設定を機械的に受けている。
この機構部10及び荷重設定部12の構或は第2図に示
される。
第2図において、36は駆動モータであり、装置を計測
対象とする路面上に設置するための枠38の上部に設け
られる。駆動モータ36の駆動軸46はトルク計測部1
8を介して駆動入力軸42に連結され、駆動入力軸42
の先端には駆動力伝達部44を介して駆動伝達ピン46
が装着されている。駆動伝達ピン46は円環状の試料取
付部48に嵌め入れられ、試料取付部48は駆動伝達ピ
ン46に対し軸方向に移動自在に支持されている。試料
取付部48は下側にゴム等の高分子材料で成る円環状の
試料50を取り付けている。また試料取付部48の上部
には重錘52が乗せられており、重錘52を選ぶことで
試料50の路面に対する単位面積当りの荷重を適宜に調
整できるようにしている。
更に駆動人力軸42の左側に対向した枠38内には回転
計測部■6が装着され、駆動伝達部44の角速度、即ち
試料50の角速度を検出できるようにしている。
再び第IA図を参照するに、第2図に示した構造の機構
部10には重錘52により荷重を設定する荷重設定部1
2、試料の角速度を検出する回転計測部16、更にトル
クを計測するトルク計測部18が設けられており、更に
試料50と路面の温度を同一と見なして、いずれか一方
の温度を計測する温度計測部14が設けられている。
ここで回転計測部16はセンサにより試料の角速度Ω(
1)を検出し、更に角速度Ω(1)の時間微分により角
加速度A (t)を算出して出力する。
温度計測部14による計測温度T1回転計測部16によ
る角速度Ω(1)及び角加速度A (t)、更にトルク
計測部l8による計測トルクτ(1)はそれぞれ演算部
20に与えられる。
演算部20には、計測時の試料滑り速度■を後の説明で
明らかにするマスターカーブにおける変換速度aTVに
変換する速度演算部20−工、計測時の滑り速度Vに対
応する摩擦係数μ(V)を演算する摩擦係数演算部20
−2、更に角速度Ω(1)を滑り速度V (t)に変換
する速度演算部20−3に3つの演算機能が設けられて
いる。
そこで演算部20に設けた3つの演算部による演算機能
を説明すると次のようになる。
まず、摩擦係数演算部20−2による摩擦係数μ(V)
の演算は、第1図に示した試料50の平均半径をr1試
料取付部48、試料50及び重錘52で成る回転部の全
慣性モーメントを■、更に回転部の重量をMg(但しg
は重力加速度)とし、更に任意の時刻tにおける角加速
度をA (t)、トルクをτ(1)とすると、次式でそ
の時の滑り速度V (t)における摩擦係数μ(V)を
算出することができる。
tt (”/)l r (j)一八(l)・1}/(r
−M−g)・・・(1) 次に速度演算部20−3による角速度Ω(1)から滑り
速度V (t)の演算は、任意の時刻tにおける角速度
をΩ(1)とすると、 v(1)・『・Ω(1)          ・・・(
2)として算出することができる。
次に速度変換演算部20−1による変換速度aTvの演
算機能を説明する。まず、ゴム等の高分子材料の滑り速
度■と摩擦係数μとの間には、例えば第3図に示すよう
に広範囲の摩擦速度において摩擦係数の各温度での値が
変化し、高温になる程μ−■曲線は高速度側に移動する
ようになる。
このような第3図に示す温度依存性をもつ滑り速度と摩
擦係数の特性カーブにつきWilliamsLande
1−Ferr1の変換理論式による変換速度log(a
TV)を求めることで、温度に無関係なμ−■特性カー
ブ、即ちマスタカーブを得ることができる。このマスタ
カーブへの変換式は次式で与えられる。
log(a丁V)二 [−8. 86 17=TcI+50)l/ Il[l
l. 5+ (TcI+50)I]+logV・・・(
3) この第(3)式において、Tが環境温度、即ち計測温度
であり、T6はゴム材料のガラス転移点であり、ゴムの
場合T。=−50〜−60°C程度であり、計測で用い
る試料50の材質に応じて第1図の材質データ設定部2
2により設定される。
またこの第(3)式に基づくマスタカーブへの変換理論
は、 TくTG+100       ・・・(4)を限界と
している。
第4図は第3図の温度をパラメータとしたμ−■特性カ
ーブにつき、前記第(3)式を適用して変換速度log
(aTV)を求めて統一したマスタカーブを示す。
従って、第1 A図の演算部20に設けられた速度変換
演算部20−1は、速度演算部20−3により得られた
滑り速度V及び計測温度Tに基づき、前記第(3)式を
使用してマスタカーブの変換速度log(aTV)又は
( a T V )を材質データ設定部22からのガラ
ス転移点TGを用いて求める。
演算部20で演算された摩擦係数μ(V)とマスタカー
ブ上の変換速度log(aTV)又は( a T V 
)はメモリ24に与えられ、テーブル情報として記憶さ
れる。即ち、実際の計測時には試料の滑り速度を設定変
更して逐次摩擦係数を求めていくことから、メモリ24
には第IB図に示すように、例えば変換速度(a,V)
iをアドレス(指示パラメータ)として角速度に対応す
る摩擦係数値μi (但し、iは1.  2.  3,
・・・の整数)が記憶されるようになる。
制御部26は前述した機構部IOからメモリ24までの
摩擦計測に必要な全体的な制御処理を行なう。例えば、
荷重設定部12により適宜の荷重を設定した状態で予め
定めた速度範囲の所定の速度ステップとなるように機構
部10に設けた駆動モータ36を順次速度制御し、駆動
モータにより試料50を定速回転する状態で得られる各
計測部14.16.18の出力に基づき演算部20で変
換速度( a TV )  rと摩擦係数μiを求めて
メモリ24に逐次格納するようになる。更に、ある設定
荷重における一連の第1B図に示すようなメモリデータ
が得られたならば、次に設定荷重を変更して同様なメモ
リデータを得るようにしてもよい。
更に第IA図の実施例には、温度設定部28、速度設定
部30、推定値算出部32及び出力部34を備えたデー
タ続出部60が設けられている。
データ続出部60は、メモリ24に第IB図に示すデー
タが格納できた後に、設定温度及び設定速度に対応した
摩擦係数値を得るために使用される。
即ち、温度設定部28により任意の設定温度Tsを設定
すると共に、速度設定部30により任意の滑り速度Vs
を設定すると、これら設定温度Ts及び設定速度Vsは
推定値算出部32を介して演算部20に与えられ、演算
部20の速度変換演算部20−1により前記第(3)式
に従ってマスタカーブ上の変換速度log(aTV)又
は( a T V )がアドレスデータとして求められ
る。
従って、推定値算出部34は演算部20で算出された設
定温度及び設定速度に基づくアドレスデータlog(a
  V)又は(aT■)によりメモリT 24をリードアクセスし、対応する摩擦係数データμを
読み出して出力部34に出力する。
この時、設定温度及び設定速度に基づいて算出されたマ
スタカーブ上の変換速度に対応する摩擦係数データが必
ずしもメモリ24に格納されていないことから、アクセ
スアドレスの両側に位置する変換速度に対応する摩擦係
数データ、例えば第IB図の(aV)1と( a TV
 ) 2との間のアT クセスアドレスについては、摩擦係数データμ1とμ2
を読み出して補開演算により推定値を求めて出力部34
に出力する。例えば、第4図の×印に示すようなマスタ
カーブに従ったデータがメモリ24に記憶されていたと
すると、×印以外のlog (aTV)については両側
の×印を結ぶ直線から対応する推定値(近似値)を算出
する。
ここで、第IA図の温度計測部14には計測開始時の試
料50の温度Tを計測して演算部20の演算に使用して
いるが、試料50を定速回転した時の摩擦熱による影響
を補正しなくても特に問題はない。即ち、試料50を定
速回転した場合には、摩擦熱により温度が上昇する。例
えば、試料50をゴム材料とした時の温度分布は一次元
の熱伝導式を流用して次式で与えられる。
aT/at=(k/ρc)   (a2T/aX2)・
・・(5) 但し、k:熱伝導度 ρ:密度 C:比熱 また、試料50の半無限の端面(x=0)に発熱Qがあ
る場合の前記第(5)式の温度分布解は、T(xt) f:np [−x’/4k”+)] X [2Q/ρc
]/2  yr t  p c di)・・・(6) で与えられる。
ここで、短時間での急加速、ゴムの熱特性、路面の熱特
性を考慮すると、ゴムの内部温度上昇は微小であり、摩
擦係数に関連する弾性率は初期に計測した温度における
ものと同等として扱いうる。
従って・第IA図における温度計測部14による温度計
測は、計測開始時の材料50の温度を計測して、演算部
20に設定すればよい。即ち、試料50を定速回転した
際の摩擦熱による温度上昇分を考慮した温度計測は特に
必要ではない。
更に第1B図のメモリ24にあっては、アドレスとして
前記第(3)式の( a −r V )を格納している
が、log(aTV)を使用してもよいことは勿論であ
る。
次に上記の実施例による計測動作を説明する。
まず、第2図に示すように第IA図の構成を備えた本発
明の計測装置を計測対象となる、例えばアスファルト舗
装された適宜の現場に運び、試料50を取り付けた試料
取付部48を駆動伝達ピン46に嵌め入れ、更に重錘5
2により適宜の荷重設定を行なう。この時、駆動モータ
1による回転軸は路面と垂直となるように枠38を調整
する。
次に試料50及び路面はほぼ同一温度と見做してその時
の周囲の温度Tを温度計測部14で計測して演算部20
にセットする。また試料50のガラス転移点T6を材質
データ設定部22により設定する。
続いて制御部26に計測試験を行なう滑り速度を多段階
に設定し、各滑り速度毎に測定開始を指示する。この測
定開始により制御部26は機構部10に設けた駆動モー
タ36を設定速度となるように短時間に加速して定速回
転、即ち角加速度A (t)=0とし、定速回転状態で
演算部20に演算指令を出し、その時、回転計測部16
から得られている角速度Ω(1)及びトルク計測部18
からのトルクτ(1)を取り込み、前記第(1)式のA
 (t)=Oとおいた式に従って摩擦係数μ(V)を演
算すると共に滑り速度V (t)を求め、更に滑り速度
V (t)を前記第(3)式を用いて、マスタカーブ上
の変換速度(aT■)またはlog(a7V)に変換し
、第IB図に示すようにメモリ24に変換速度をアドレ
スとして摩擦係数データを書き込む。このような計測処
理を制御部26に対し多段階に設定された滑り速度の各
々について行なうことで、メモリ24には第IB図に示
すようなマスタカーブに対応したμ−■カーブのテーブ
ルデータが得られる。
このようにメモリ24にμ一Vのマスタカーブデータが
格納できたならば、例えば本発明の摩擦計測装置を試験
研究設備に持ち帰り、データ続出部60を使用して、例
えば自動車のブレーキ制御の判定等に使用する滑り速度
と摩擦係数の関係を得るために、適宜の温度及び速度を
設定してメモリ24のマスタカーブデータに基づく摩擦
係数データを取り出し、この場合に推定値算出部32に
よる推定演算を行なって実際に計測されていない摩擦係
数データについても推定値として求めることができる。
以上が角加速度A (t)=Oと定速回転した時の実施
例であるが、他の実施例として試料を回転させた時、例
えば定速回転に至るまでの間に計測される角速度加速度
A (t)及びトルクτ(1)を各々を取込んで前記第
(1)式に従って摩擦係数μ(V)を演算してもよいこ
とは勿論である。
次に第1A図に設けられたトルク計測部18を必要とし
ないトルクτ(t)=0の場合の本発明の他の実施例を
説明する。
前記の実施例にあっては、第2図に示すように、駆動モ
ータ36により試料50を所望の速度に定速回転した状
態で摩擦係数μ(V)を前記第(2)式に従って演算す
るようにしているが、本発明の他の実施例としては、駆
動モータ36により試料50を所望の計測速度に回転し
た後に駆動モータ36による駆動を停止して回転部をフ
リー回転状態とし、試料50の慣性回転による回転停止
までの間の角加速度A (t)から摩擦係数μ(V)を
計測する。即ち、慣性回転により回転部がトルクτ(t
)=Oとなるため、前記第(1)式は、μ(V)・A(
1) ・l/(r−M −g)    − (7)で与
えられることとなり、全慣性モーメントI及び重ffi
Mg及び試料50の平均半径rは定数として与えられる
ことから、回転計測部16による角加速度A (t)の
計測値のみをもって摩擦係数μ(V)を演算することが
できる。従って、トルク計測部18は不要とできる。
[発明の効果] 以上説明してきたように本発明によれば、任意の温度及
び速度における摩擦係数を求めることができ、円環状の
試料を計測面に滑り接触させていることから、路面凹凸
による計測値のバラつきが少なく、信頼性の高い計測値
を安定して得ることができる。
更に、試料に適宜の面荷重を設定した状態で滑り速度を
与えて、摩擦係数を計測しているため、未確認の因子に
よる影響が少なく、例えば車両制動状態等の実状にあっ
た摩擦係数データを収集することができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図は本発明の実施例構成図; 第IB図は本発明によるメモリデータ説明図;第2図は
第1図の機構部の構成図; 第3図は温度をパラメータとしたμ−■特性図;第4図
は第3図から得られた温度依存性をもたないマスタカー
ブのμ−■特性図; 第5図は従来装置の説明図である。 10:機構部 12:荷重設定部 14:温度計測 16二回転計測部 18:トルク計測部 20:演算部 2(L−1.:速度変換演算部 20−2:摩擦係数演算部 20−3:速度演算部 22:材質データ設定部 24:メモリ 26二制御部 28:温度設定部 30:速度設定部 32;推定値算出部 34:出力部 36:駆動モータ 38:枠 40:駆動軸 42;駆動人力軸 44:駆動力伝達部 46:駆動伝達ピン 48;試料取付部 50;試料 52:重錘

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)円環状の試料を計測面に任意の設定荷重により押
    圧した状態で所望の速度で定速回転させる機構部と; 該機構部による試料の角速度を計測する回転計測部と; 前記機構部により試料を定速回転した時のトルクを計測
    するトルク計測手段と; 前記試料及び摩擦計測面の温度を同一と見做していずれ
    か一方の温度を計測する温度計測部と;前記トルクの各
    計測値と前記試料を含む回転部の重量及び試料平均半径
    に基づいてその時の回転速度における摩擦係数を演算す
    る摩擦係数演算手段と; 前記計測温度及び前記試料のガラス転移点に基づき、温
    度依存性をもたない速度と摩擦係数の関係を示すマスタ
    カーブ上の変換速度を演算する速度変換部と; 該速度変換部による変換速度を指示パラメータとして前
    記摩擦係数演算手段で算出された摩擦係数の値を記憶す
    る記憶手段と; を備えたことを特徴とする摩擦計測装置
  2. (2)円環状の試料を計測面に任意の設定荷重により押
    圧した状態で所望の速度で回転させる機構部と; 該機構部による試料の角速度及び又は角加速度を計測す
    る回転計測部と; 前記試料及び摩擦計測面の温度を同一と見做していずれ
    か一方の温度を計測する温度計測部と;前記角速度及び
    又は角加速度、予め設定された前記試料を含む回転部の
    全慣性モーメント、重量及び試料平均半径に基づいてそ
    の時の回転速度における摩擦係数を演算する摩擦係数演
    算手段と;前記計測温度及び前記試料のガラス転移点に
    基づき、温度依存性をもたない速度と摩擦係数の関係を
    示すマスタカーブ上の変換速度を演算する速度変換部と
    ; 該速度変換部による変換速度を指示パラメータとして前
    記摩擦係数演算手段で算出された摩擦係数の値を記憶す
    る記憶手段と; を備えたことを特徴とする摩擦計測装置
  3. (3)円環状の試料を計測面に任意の設定荷重により押
    圧した状態で回転させる機構部と; 該機構部による試料の角速度及び又は角加速度を計測す
    る回転計測部と; 前記機構部により試料を回転した時のトルクを計測する
    トルク計測手段と; 前記試料及び摩擦計測面の温度を同一と見做していずれ
    か一方の温度を計測する温度計測部と;前記角速度及び
    又は角加速度、トルクの各計測値、予め設定された前記
    試料を含む回転部の全慣性モーメント、重量及び試料平
    均半径に基づいてその時の回転速度における摩擦係数を
    演算する摩擦係数演算手段と; 前記計測温度及び前記試料のガラス転移点に基づき、温
    度依存性をもたない速度と摩擦係数の関係を示すマスタ
    カーブ上の変換速度を演算する速度変換部と; 該速度変換部による変換速度を指示パラメータとして前
    記摩擦係数演算手段で算出された摩擦係数の値を記憶す
    る記憶手段と; を備えたことを特徴とする摩擦計測装置
  4. (4)請求項1乃至3記載の摩擦計測装置に於いて、 更に、 計測温度を設定する温度設定手段と; 材料の計測速度を設定する速度設定手段と;該設定温度
    及び設定速度に基づいて前記変換速度演算手段で得られ
    た変換速度を指示パラメータとして前記記憶手段の摩擦
    係数値を読出し、該変換速度に対応する摩擦係数値が記
    憶されていない場合には、該変換速度の前後の変換速度
    に対応する記憶摩擦係数値を読出して推定値を算出する
    推定値演算部と; 設けたことを特徴とする摩擦計測装置
JP1153898A 1989-06-16 1989-06-16 摩擦計測装置 Expired - Lifetime JP2725682B2 (ja)

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