一种动、静态摩擦系数测量系统及测量方法

1.本发明涉及摩擦系数测量技术领域，尤其是涉及一种动、静态摩擦系数测量系统及测量方法。


背景技术：

2.摩擦系数测量对材料领域和装备制造领域都有重要的技术意义。摩擦系数测量通常涉及到动摩擦系数和静摩擦系数，目前的摩擦试验机一般采用滑块与滑道之间产生相对匀速运动来获取滑块所受牵引力时域曲线，然后取其滑动前最大力作为最大静摩擦力来计算静摩擦系数，取其匀速滑动过程的力作为滑动摩擦力计算动摩擦系数。
3.而这一测量方法存在以下缺点：滑块上的牵引力属于主动力，会受到驱动控制影响，无法准确等效摩擦力；滑块从静止到运动其时间很短无法有效的测出最大静摩擦力。
4.因此，需要研发一种更为可靠、有效的摩擦系数测量技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了解决上述技术问题而提供一种测量准确性高的动、静态摩擦系数测量系统及测量方法。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种动、静态摩擦系数测量系统，包括：
8.试验台底座；
9.滑动装置，安装于所述试验台底座上；
10.滑块，设置于所述滑动装置上；
11.拉力传感器，安装于所述试验台底座上，并通过第一牵引绳或第二牵引绳与滑块连接，所述第一牵引绳为带弹簧牵引绳，所述第二牵引绳为无弹簧牵引绳；
12.控制器，分别连接所述拉力传感器和滑动装置；
13.进行摩擦系数测量的第一材料和第二材料分别对应设置于滑动装置和滑块上，并相互面接触，控制滑动装置运动，根据所述拉力传感器的测量结果获取待测材料的摩擦系数，其中，基于第一牵引绳时的测量结果获取静态摩擦系数，基于第二牵引绳时的测量结果获取动态摩擦系数。
14.进一步地，所述试验台底座为具有容纳所述滑动装置的空间的箱式底座。
15.进一步地，所述滑动装置包括直线电机、滑台、螺纹杆和滑动模组，所述螺纹杆和直线电机连接，并安装于试验台底座上，所述滑动模组通过中间螺纹穿设于螺纹杆上，所述滑台固定于滑动模组上。
16.进一步地，所述滑台上设置于用于固定第一材料的材料夹持装置。
17.进一步地，所述材料夹持装置包括多个设置于滑台边沿的夹具。
18.进一步地，所述滑动装置还包括设置于螺纹杆两侧的导向杆，所述滑动模组通过导向杆限制运动方向。
19.进一步地，所述第二材料粘贴于滑块上。
20.进一步地，所述拉力传感器通过高度调整装置安装于所述试验台底座上。
21.进一步地，所述高度调整装置包括带有垂直方向腰型孔的装置主体和安装于所述腰型孔内的高度调节螺钉，所述拉力传感器固定于高度调节螺钉上。
22.本发明还提供一种采用如上所述的动、静态摩擦系数测量系统的摩擦系数测量方法，包括以下步骤：
23.放置用于测量的第一材料和第二材料；
24.根据测量需求，选择第一牵引绳或第二牵引绳连接所述滑块和拉力传感器；
25.设置控制器的控制参数；
26.调整滑块和滑动装置，确保试验过程中滑块在滑动装置上且第一牵引绳或第二牵引绳始终沿运动方向拉伸；
27.启动滑动装置，记录拉力传感器的数据曲线，计算相应的摩擦系数。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
29.1、传统的利用牵引绳拉动滑块滑动，测量牵引绳主动拉力来等效摩擦力的方式中，牵引绳拉动滑块时可能会因为驱动控制的不稳定造成滑块并非时刻保持匀速运动，从而使牵引绳拉力不能完全等效为摩擦力，进而造成测量的不准确。而本发明将传统方式改为设置滑动装置滑动，滑块在牵引力下保持静止，测量滑动装置上的滑块及牵引绳的被动拉力来等效摩擦力的方式，不需要保持稳定的匀速运动也可实现可靠测量，有效提高了摩擦力测量的准确性。
30.2、本发明设计了带有弹簧的牵引绳和常规牵引绳，其中带有弹簧的牵引绳用于测量静摩擦系数，延长了摩擦力从0增大到最大静摩擦力的时间，从而能够更准确有效的测量捕捉到最大静摩擦力，提高静摩擦系数的测量精度；常规牵引绳则用于测量动摩擦系数，确保滑块与滑台相对滑动的稳定性，可靠性高。
附图说明
31.图1为本发明的结构示意图；
32.图2为本发明的侧视图；
33.图3为本发明第一牵引绳和第二牵引绳的示意图；
34.图4为本发明高度调整装置的结构示意图；
35.其中，1、试验台底座；2、螺纹杆；3、直线电机；4、滑台；5、滑块；6、拉力传感器；7、带弹簧牵引绳；8、控制器；9、导向杆；10、滑动模组；11、高度调整装置；12、材料夹持装置；13、无弹簧牵引绳；14、装置主体；15、连接螺钉；16、高度调节螺钉。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
37.如图1和图2所示，本实施例提供一种动、静态摩擦系数测量系统，包括试验台底座1、滑动装置、滑块5、拉力传感器6和控制器8，其中，滑动装置安装于试验台底座1上，滑块5
设置于滑动装置上，拉力传感器6安装于试验台底座1上，并通过第一牵引绳或第二牵引绳与滑块5连接，如图3所示，第一牵引绳为带弹簧牵引绳7，第二牵引绳为无弹簧牵引绳13；控制器8分别连接拉力传感器6和滑动装置。
38.本实施例中，试验台底座1为具有容纳滑动装置的空间的箱式底座，以保护滑动装置，使其可靠运行，也便于对滑动装置运动方向的限制。具体地，滑动装置包括直线电机3、滑台4、螺纹杆2和滑动模组10，螺纹杆2和直线电机3连接，螺纹杆2为一丝杆，并安装于试验台底座1上，滑动模组10通过中间螺纹穿设于螺纹杆2上，滑台4固定于滑动模组10上，直线电机3工作时，带动螺纹杆2转动，滑动模组10随螺母在螺纹杆2方向上做直线运动，进而带动滑台4运动。
39.在另一个优选的实施方式中，滑动装置还包括设置于螺纹杆2两侧的导向杆7，滑动模组10通过导向杆7限制运动方向，滑动模组10左右两端与导向杆7连接起导向作用，确保滑动模组10直线运动平稳。
40.在另一个优选的实施方式中，滑台4上设置于用于固定待测量摩擦系数的第一材料的材料夹持装置12。具体地，材料夹持装置12可以包括多个设置于滑台边沿的夹具，以稳定地固定第一材料。本实施例中，夹具可采用u型夹，固定在滑台4的四角，u型夹上端有一个螺钉，螺钉根部固定一个压片，顺时针旋动螺钉可以使压片向下压紧，逆时针旋动则松开；当需要固定材料时，可以将与滑台大小一致的材料放在滑台表面，然后将滑台四角的u型夹上的螺钉顺时针旋紧，使四角的压片将材料压紧在滑台表面上。
41.本实施例中，待测量摩擦系数的第二材料粘贴于滑块上，第一材料和第二材料相互面接触，以可靠地计算对应的摩擦系数。
42.在另一个优选的实施方式中，拉力传感器6通过高度调整装置11安装于试验台底座1上，以方便适应不同厚度的材料测量。
43.如图4所示，本实施例的高度调整装置11包括带有垂直方向腰型孔的装置主体14和安装于腰型孔内的高度调节螺钉16，拉力传感器6固定于高度调节螺钉16上，通过在腰型孔上下移动实现高度调节。装置主体14还通过连接螺钉15固定在试验台底座1上。
44.本实施例中设置两种牵引绳以方便不同测量需求的测量。带弹簧牵引绳适用于静摩擦系数测量，当滑台移动初始阶段，滑块与滑台之间摩擦力小于最大静摩擦力，滑块随滑台一起向左移动，同时牵引绳中弹簧随之伸长，此时随弹簧不断伸长，滑块与滑台之间摩擦力逐步变大；随着滑台的匀速移动，当其摩擦力增大至最大静摩擦力后，滑块与滑台产生相对滑动，弹簧收缩，且滑块与滑台之间摩擦力转为动摩擦力。此过程中大大延长了摩擦力从0逐步增大至最大静摩擦力的时间，可以更加准确、有效的捕捉到最大静摩擦力。无弹簧牵引绳(常规牵引绳)适用于动摩擦系数测量，当滑台匀速移动时，滑块与滑台之间保持相对滑动，存在滑动摩擦力，且滑块处于静止状态，所以此时牵引绳的被动拉力与滑动摩擦力平衡，故此时力传感器测量的牵引绳拉力可等效为滑动摩擦力。
45.进行摩擦系数测量的第一材料和第二材料分别对应设置于滑动装置和滑块上，并相互面接触，控制滑动装置运动，根据拉力传感器的测量结果获取待测材料的摩擦系数，其中，基于第一牵引绳时的测量结果获取静态摩擦系数，基于第二牵引绳时的测量结果获取动态摩擦系数。
46.采用如上所述的动、静态摩擦系数测量系统进行摩擦系数测量方法的具体步骤包
括：
47.1)放置被测材料：放置用于测量的第一材料和第二材料，其中，第一材料为底面材料，通过材料夹持装置12固定于滑台4上，第二材料粘贴于滑块5底面。
48.2)安装牵引绳：根据测量需求，选择第一牵引绳或第二牵引绳连接滑块5和拉力传感器6，其中，采用第一牵引绳进行静态摩擦系数的计算，采用第二牵引绳进行动态摩擦系数的计算。
49.3)打开控制器8，根据需求设置控制参数，包括滑台移动速度，移动距离等。
50.4)准备试验：调整滑块5和滑台4的位置，确保试验过程中滑块5在滑台4上且第一牵引绳或第二牵引绳始终沿运动方向拉伸；
51.5)正式试验：启动直线电机，使滑台产生直线运动，记录拉力传感器的数据曲线，计算相应的摩擦系数。具体地，根据记录的拉力传感器数据曲线，选取最大静摩擦力或滑动摩擦力，并根据滑块及其上粘贴材料的总重作为正压力来计算相应的摩擦系数，摩擦系数计算公式：
[0052][0053]
其中μ为摩擦系数；f为摩擦力；n为正压力。
[0054]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，包括：试验台底座(1)；滑动装置，安装于所述试验台底座(1)上；滑块(5)，设置于所述滑动装置上；拉力传感器(6)，安装于所述试验台底座(1)上，并通过第一牵引绳或第二牵引绳与滑块(5)连接，所述第一牵引绳为带弹簧牵引绳，所述第二牵引绳为无弹簧牵引绳；控制器(8)，分别连接所述拉力传感器(6)和滑动装置；进行摩擦系数测量的第一材料和第二材料分别对应设置于滑动装置和滑块(5)上，并相互面接触，控制滑动装置运动，根据所述拉力传感器(6)的测量结果获取待测材料的摩擦系数，其中，基于第一牵引绳时的测量结果获取静态摩擦系数，基于第二牵引绳时的测量结果获取动态摩擦系数。2.根据权利要求1所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述试验台底座(1)为具有容纳所述滑动装置的空间的箱式底座。3.根据权利要求1所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述滑动装置包括直线电机(3)、滑台(4)、螺纹杆(2)和滑动模组(10)，所述螺纹杆(2)和直线电机(3)连接，并安装于试验台底座(1)上，所述滑动模组(10)通过中间螺纹穿设于螺纹杆(2)上，所述滑台(4)固定于滑动模组(10)上。4.根据权利要求3所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述滑台(4)上设置于用于固定第一材料的材料夹持装置(12)。5.根据权利要求4所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述材料夹持装置(12)包括多个设置于滑台(4)边沿的夹具。6.根据权利要求3所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述滑动装置还包括设置于螺纹杆(2)两侧的导向杆(7)，所述滑动模组(10)通过导向杆(7)限制运动方向。7.根据权利要求1所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述第二材料粘贴于滑块(5)上。8.根据权利要求1所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述拉力传感器(6)通过高度调整装置安装于所述试验台底座(1)上。9.根据权利要求8所述的一种动、静态摩擦系数测量系统，其特征在于，所述高度调整装置包括带有垂直方向腰型孔的装置主体和安装于所述腰型孔内的高度调节螺钉，所述拉力传感器(6)固定于高度调节螺钉上。10.一种采用如权利要求1-9任一所述的动、静态摩擦系数测量系统的摩擦系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：放置用于测量的第一材料和第二材料；根据测量需求，选择第一牵引绳或第二牵引绳连接所述滑块(5)和拉力传感器(6)；设置控制器(8)的控制参数；调整滑块(5)和滑动装置，确保试验过程中滑块(5)在滑动装置上且第一牵引绳或第二牵引绳始终沿运动方向拉伸；启动滑动装置，记录拉力传感器(6)的数据曲线，计算相应的摩擦系数。

技术总结
本发明涉及一种动、静态摩擦系数测量系统及测量方法，所述测量系统包括：试验台底座；滑动装置，安装于所述试验台底座上；滑块，设置于所述滑动装置上；拉力传感器，安装于所述试验台底座上，并通过第一牵引绳或第二牵引绳与滑块连接，所述第一牵引绳为带弹簧牵引绳，所述第二牵引绳为无弹簧牵引绳；控制器，分别连接所述拉力传感器和滑动装置；进行摩擦系数测量的第一材料和第二材料分别对应设置于滑动装置和滑块上，并相互面接触，控制滑动装置运动，根据所述拉力传感器的测量结果获取待测材料的摩擦系数，其中，基于第一牵引绳时的测量结果获取静态摩擦系数，基于第二牵引绳时的测量结果获取动态摩擦系数。与现有技术相比，本发明具有测量准确性高等优点。明具有测量准确性高等优点。明具有测量准确性高等优点。


技术研发人员：邓小伟 余征跃
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/22