專利名稱：一種橡膠動態(tài)摩擦磨損檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料加工機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種以橡膠為主的高分子材料滑動摩擦系數(shù)測定的檢測技術(shù)裝置，特別是ー種橡膠動態(tài)摩擦磨損檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前，對于大多數(shù)固態(tài)材料的摩擦特性來說，橡膠的摩擦特性比較特殊，因為橡膠是具高彈特性且形變可逆的聚合物材料，屬于無定形聚合物；橡膠是具有低彈性模量的粘彈體，在比較寬的范圍內(nèi)具有不可忽視的較大內(nèi)摩擦，這ー特性使橡膠的真實接觸面積與其接觸壓カ載荷之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，因此，探索不同外界環(huán)境條件對橡膠材料摩擦系數(shù)的影響，在不同條件下對橡膠摩擦特性進(jìn)行的測定對于橡膠的生產(chǎn)加工以及橡膠在實際生活中的應(yīng)用都具有重要意義。對于橡膠的摩擦尤其是滑動摩擦受到各種因素的影響，它與材料性質(zhì)、滑動速度、溫度、法向載荷和表面粗糙度等因素有夫。摩擦因系數(shù)隨著接觸壓カ 或載荷增加而下降，并且這種影響在干燥光滑清潔表面上表現(xiàn)最顯著，在這種情況下的粘附作用表現(xiàn)較強(qiáng)，同時摩擦系數(shù)比較大。此外，對具有不同表面粗糙度的實際接觸面，摩擦系數(shù)與載荷間并不存在通用關(guān)系式，所以不能通過通式加以概括描述，必須具體情形具體分析。對于以橡膠為主的高分子材料，比如日常生活中最常見的輪胎，分析表明輪胎的摩擦通常分為三種滑動摩擦、滾動摩擦以及潤滑摩擦。對于輪胎的滑動摩擦與塊狀橡膠的滑動摩擦模型類似，其滑動摩擦主要是由道路表面與輪胎接觸面之間的粘附結(jié)點和輪胎基體的滯后引起的，在光滑且干燥的路面上以粘附摩擦カ為主，受道路表面狀況和輪胎胎面滑動速度、局部溫度條件等因素的影響；在潮濕的路面上，其粘附摩擦分力出現(xiàn)較大程度的下降，此時主要是以滯后摩擦分力的作用為主，高速行駛時則更是如此。由此可知，實際條件下高分子材料的摩擦模型受到溫度、接觸面狀況、壓カ條件等多種因素的影響，建立能根據(jù)實際應(yīng)用能不斷靈活的調(diào)整外界要素的高分子材料摩擦檢測模型具有重要的現(xiàn)實意義。同時，直觀的完成滑動摩擦系數(shù)的測定可以為以橡膠為主的高分子材料的生產(chǎn)提供便捷可靠的技術(shù)參數(shù)，從而制定合理的エ藝流程，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。據(jù)調(diào)查，在現(xiàn)有技術(shù)中，還尚未見有這類檢測設(shè)備和技術(shù)エ藝能有效地對橡膠動態(tài)摩擦磨損情形進(jìn)行檢測和分析，所以，探討研制ー種這類檢測設(shè)備是業(yè)內(nèi)專業(yè)人員的科研任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，尋求設(shè)計和提供ー種能有效地對橡膠類高分子材料的動態(tài)摩擦磨損情況進(jìn)行實時檢測和分析的設(shè)備和技術(shù)エ藝，實現(xiàn)對橡膠輪胎等產(chǎn)品動態(tài)摩擦和磨損性能的檢測和分析。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的設(shè)計思路是將實際應(yīng)用中以橡膠為主的高分子材料在不同工作環(huán)境下的摩擦情形簡化為試樣材料與不同表面質(zhì)量規(guī)格的樣板相互接觸摩擦的檢測模型，直接測得試樣與樣板間的摩擦系數(shù)；其設(shè)計的裝置不僅能夠直接反應(yīng)出試樣與接觸面在不同壓カ載荷作用下的摩擦情形，同時可以測定出隨溫度時刻不斷變化的接觸摩擦模型的摩擦系數(shù)，直觀地顯示摩擦系數(shù)曲線，為高分子材料的實際生產(chǎn)提供重要的技術(shù)參考，便于合理的制定高分子材料在生產(chǎn)時的工藝條件；為了更有效的測定材料在常溫、 高溫、以及低溫的溫度條件，不同的載荷條件和不同的接觸條件下的摩擦系數(shù)，實際表現(xiàn)出高分子材料在自身以及外界相異條件下的摩擦系數(shù)及相互之間的關(guān)系，所設(shè)計的可直觀測量的橡膠摩擦磨損檢測裝置可方便的測定試樣材料與接觸樣板間的摩擦關(guān)系，直接得到材料的摩擦系數(shù)以及關(guān)系曲線，并通過改變溫度、壓力載荷等外界條件以測定相應(yīng)的摩擦系數(shù)，為以橡膠為主的高分子材料的生產(chǎn)提供直觀可靠的技術(shù)參數(shù)，從而制定合理的工藝流程，有效提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、皮帶、摩擦樣板、施力手柄、位移控制手柄、顯示器、 控制器、磨損測量裝置、導(dǎo)軌、滑動檢測平臺、偏心輪、從動帶輪、溫控裝置、試樣夾持裝置、 支板、底座、數(shù)據(jù)采集器、主軸、軸承、主動帶輪、連桿、滑動體、絲杠、荷載調(diào)整裝置和軸端支板；電機(jī)與主動帶輪相連接并由主動帶輪通過皮帶與從動帶輪組成皮帶式傳動結(jié)構(gòu)；從動帶輪插鍵式連接固定在主軸上并與同時固定在主軸兩端側(cè)的滾動式軸承組成中間傳動部分，在主軸的左側(cè)靠近從動帶輪處安裝有軸端支板，軸承上配套安裝有軸承座，主軸右側(cè)通過異面交叉銷釘固定制有偏心輪并通過連桿與滑動檢測平臺中的滑動體相連接；滑動檢測平臺的下側(cè)通過燕尾槽結(jié)構(gòu)固定在導(dǎo)軌上，滑動檢測平臺上端側(cè)通過螺紋固定連接制有檢測用的摩擦樣板，滑動檢測平臺的內(nèi)部安裝有溫控裝置；在滑動檢測平臺的正上方設(shè)置有載荷調(diào)整裝置，試樣夾持裝置通過絲杠固定在載荷調(diào)整裝置上，在絲杠頂端上固定制有施力手柄，施力手柄的旁邊平行結(jié)構(gòu)制有位移控制手柄，位移控制手柄經(jīng)過絲杠彎折式固定在載荷調(diào)整裝置上，載荷調(diào)整裝置縱向固連在支板上；載荷調(diào)整裝置、磨損測量裝置、顯示器和控制器順序固定在底座上，構(gòu)成整體式檢測裝置。本發(fā)明裝置按照各部分的功能分為控制器、數(shù)據(jù)采集器、溫控裝置、載荷調(diào)整裝置、滑動檢測平臺、顯示器和包括機(jī)體在內(nèi)的機(jī)械裝置；機(jī)械裝置部分包括電機(jī)、從動帶輪、 偏心輪、主軸、軸承、支板、連桿、滑動體、導(dǎo)軌、摩擦樣板和底座，其中，縱向的支板和底座是穩(wěn)固檢測裝置的機(jī)械裝置。本發(fā)明涉及的控制器實現(xiàn)檢測裝置各項動作指令的下達(dá)、指令傳遞、采集數(shù)據(jù)的匯總與計算處理；數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)及運(yùn)動要素數(shù)據(jù)的采集和傳遞；溫控裝置實現(xiàn)摩擦樣板與待測試樣之間的加熱、冷卻和保溫功能；顯示器顯示當(dāng)前載荷、壓力、溫度與運(yùn)動參數(shù)，并顯示由控制器信息處理完成的摩擦系數(shù)以及相關(guān)變化曲線；載荷調(diào)整裝置包括承力的支板、絲杠、施力手柄和位移控制手柄，實現(xiàn)對試樣進(jìn)行施壓處理、控制豎直方向載荷條件的變化以根據(jù)要求不斷調(diào)整檢測的力學(xué)環(huán)境；滑動檢測平臺由燕尾結(jié)構(gòu)的滑動體、溫控裝置和摩擦樣板組成，實現(xiàn)材料摩擦試樣的有效固定和摩擦運(yùn)動；磨損測量裝置完成檢測物料在摩擦過程中的質(zhì)量變化。本發(fā)明的檢測原理為將橡膠為主的高分子材料在不同工作環(huán)境下的摩擦情形簡化為材料的摩擦試樣與不同表面質(zhì)量的樣板相摩擦的檢測模型，通過對載荷、溫度的控制， 根據(jù)檢測裝置的運(yùn)動要素直接測得摩擦試樣與樣板間的摩擦系數(shù)；其檢測過程為取所要測定的一定重量及形狀規(guī)格的橡膠制品的摩擦試樣片加持在試樣夾持裝置上，選取所需材料及表面質(zhì)量的待測的摩擦樣板在滑動檢測平臺上進(jìn)行有效固定，旋轉(zhuǎn)位移控制手柄使橡膠制品的摩擦試樣緊貼在樣板上，并通過旋轉(zhuǎn)施力手柄來調(diào)整壓力載荷大小并對樣板進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時開啟檢測裝置并實施保溫措施；在電機(jī)帶動下滑動檢測平臺進(jìn)行往復(fù)滑動，連續(xù)摩擦橡膠制品的摩擦試樣并通過數(shù)據(jù)采集器采集各個時刻的數(shù)據(jù)，控制器根據(jù)采集的信息和公式計算出摩擦系數(shù)，并由顯示器顯示出各項參數(shù)及檢測結(jié)果。本發(fā)明裝置用于測定以橡膠為主的高分子片型材料與不同表面質(zhì)量的金屬或非金屬之間的滑動摩擦系數(shù)，在實際操作中，影響滑動摩擦系數(shù)的因素有很多，其中包括接觸物體的材料、干濕程度、壓カ載荷、樣板及材料試樣的溫度、樣板的表面質(zhì)量、相對運(yùn)動速度等，上述的檢測方法將盡可能多的影響因素考慮在內(nèi)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)處理求得試樣的滑動摩擦系數(shù)，在檢測裝置中可以更換不同的樣板(金屬板或非金屬板)，也可更換各種高分子材料，將受復(fù)雜因素影響的摩擦現(xiàn)象簡化成簡單的檢測模型，并通過各項因素參數(shù)的控制，確定不同環(huán)境下的動態(tài)滑動摩擦系數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一是樣板的多祥性，本檢測裝置可以對各種材料以及表面質(zhì)量不同的樣板進(jìn)行橡膠摩擦磨損檢測；ニ是連續(xù)動態(tài)摩擦過程的實現(xiàn)，本檢測裝置可以實現(xiàn)待檢測材料與樣板之間的連續(xù)動態(tài)摩擦，并能實時記錄溫度、力學(xué)參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)信息；三是環(huán)境溫度的可調(diào)性，本檢測裝置在檢測平臺上設(shè)計溫控槽，可以有效的實現(xiàn)檢測過程中待測材料與樣板間的恒定溫度，同時可以控制溫度范圍的變化，并實時記錄；四是測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，本檢測裝置可以在連續(xù)摩擦的過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多點采集，通過加權(quán)平均求其均值，保證測量結(jié)果的穩(wěn)定與準(zhǔn)確；五是檢測的綜合性，本檢測裝置同時設(shè)計有磨損測量平臺，可以測量出待測物料經(jīng)過摩擦后的質(zhì)量變化并對表面磨損情況進(jìn)行比對； 其整體結(jié)構(gòu)合理，原理設(shè)計安全可靠，制造簡便，成本低，監(jiān)測控制和操作方便，檢測準(zhǔn)確率高，效果好，檢測エ藝簡便易行。


圖I為本發(fā)明主體的側(cè)面結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明主體的正面結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集器的分布結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例并結(jié)合附圖作進(jìn)ー步說明。實施例本實施例的主體結(jié)構(gòu)包括電機(jī)I、皮帶2、摩擦樣板3、施力手柄4、位移控制手柄5、 顯示器6、控制器7、磨損測量裝置8、導(dǎo)軌9、滑動檢測平臺10、偏心輪11、從動帶輪12、溫控裝置13、試樣夾持裝置14、支板15、底座16、數(shù)據(jù)采集器17、主軸18、軸承19、主動帶輪22、 連桿21、滑動體20、絲杠23、荷載調(diào)整裝置24和軸端支板25 ；電機(jī)I與主動帶輪22相連接并由主動帶輪22通過皮帶2與從動帶輪12組成皮帶式傳動結(jié)構(gòu)；從動帶輪12插鍵式連接固定在主軸18上并與同時固定在主軸18兩端側(cè)的滾動式軸承19組成中間傳動部分，在主軸18的左側(cè)靠近從動帶輪12處安裝有軸端支板25，軸承19上配套安裝有軸承座，主軸18 右側(cè)通過異面交叉銷釘固定制有偏心輪11并通過連桿21與滑動檢測平臺10中的滑動體 20相連接；滑動檢測平臺10的下側(cè)通過燕尾槽結(jié)構(gòu)固定在導(dǎo)軌9上，滑動檢測平臺10上端側(cè)通過螺紋固定連接制有檢測用的摩擦樣板3，滑動檢測平臺10的內(nèi)部安裝有溫控裝置13 ;在滑動檢測平臺10的正上方設(shè)置有載荷調(diào)整裝置24(如圖I與圖2所示)，試樣夾持裝置14通過絲杠23固定在載荷調(diào)整裝置24上，在絲杠23頂端上固定制有施力手柄4，施力手柄4的旁邊平行結(jié)構(gòu)制有位移控制手柄5，位移控制手柄5經(jīng)過絲杠23彎折式固定在載荷調(diào)整裝置24上，載荷調(diào)整裝置24縱向固連在支板15上；載荷調(diào)整裝置24、磨損測量裝置8、顯示器6和控制器7順序固定在底座16上，構(gòu)成整體式檢測裝置。本實施例按功能分為控制器7、數(shù)據(jù)采集器17、溫控裝置13、載荷調(diào)整裝置24、滑動檢測平臺10、顯示器6和包括機(jī)體在內(nèi)的機(jī)械裝置；機(jī)械裝置部分包括電機(jī)I、從動帶輪 12、偏心輪11、主軸18、軸承19、支板15、連桿21、滑動體20、導(dǎo)軌9、摩擦樣板3和底座16， 其中，縱向支板15、底座16是穩(wěn)固檢測裝置的機(jī)械裝置。本實施例涉及的控制器7實現(xiàn)檢測裝置各項動作指令的下達(dá)、指令傳遞、采集數(shù)據(jù)的匯總與計算處理；數(shù)據(jù)采集器17實現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)及運(yùn)動要素數(shù)據(jù)的采集和傳遞；溫控裝置13實現(xiàn)摩擦樣板3與待測試樣之間的加熱、冷卻和保溫功能；顯示器6顯示當(dāng)前載荷、壓力、溫度與運(yùn)動參數(shù)，并顯示由控制器7信息處理完成的摩擦系數(shù)以及相關(guān)變化曲線；載荷調(diào)整裝置24包括承力的支板15、絲杠23、施力手柄4和位移控制手柄5，實現(xiàn)對試樣進(jìn)行施壓處理、控制豎直方向載荷條件的變化以根據(jù)要求不斷調(diào)整檢測的力學(xué)環(huán)境； 滑動檢測平臺10由燕尾結(jié)構(gòu)的滑動體20、溫控裝置13和摩擦樣板3組成，實現(xiàn)材料摩擦試樣的有效固定和摩擦運(yùn)動；磨損測量裝置8完成檢測物料在摩擦過程中的質(zhì)量變化。本實施例的檢測方法的エ藝步驟包括(I)啟動前操作先選取所要測定的有一定重量及形狀規(guī)格的橡膠制品的摩擦試樣片夾持在試樣夾持裝置14上，并選取所需材料及表面質(zhì)量的檢測樣板在滑動檢測平臺 10上進(jìn)行有效固定，旋轉(zhuǎn)位移控制手柄5使橡膠制品的摩擦試樣緊貼在樣板上，并通過旋轉(zhuǎn)施カ手柄4調(diào)整好壓カ載荷大??；(2)控溫操作再通過安裝在滑動檢測平臺10下方的溫控裝置13對檢測樣板進(jìn)行加熱，當(dāng)顯示器6上顯示的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，通過控制器7開啟檢測裝置并實施保溫措施；(3)檢測操作控制器7下達(dá)指令開啟電機(jī)1，檢測裝置在電機(jī)I帶動下，將電機(jī)I 的轉(zhuǎn)動通過皮帶2、從動帶輪12和偏心輪11組成的傳動系統(tǒng)的傳動實現(xiàn)滑動檢測平臺10 的往復(fù)滑動，連續(xù)摩擦橡膠制品的摩擦試樣，并通過傳感器采集各個時刻的數(shù)據(jù)，通過公式計算出摩擦系數(shù)；(4)同步顯示操作檢測過程中，通過磨損測量裝置8測量物料摩擦過程中的質(zhì)量變化，并經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器17傳輸進(jìn)控制器7，最后經(jīng)過相關(guān)計算分析，在顯示器6上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)及曲線；(5)停機(jī)操作控制器7下達(dá)指令關(guān)閉電機(jī)I，依次對橡膠制品的摩擦試樣進(jìn)行拆卸，整理設(shè)備，同時對顯示器6所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存及后處理分析。本實施例設(shè)置在摩擦接觸面上的溫度數(shù)據(jù)采集器17共有6個，分別均勻分布在摩擦樣板3的特定部位，分布情況如圖3所示，對于其在同一時間采集的溫度數(shù)據(jù)Ti (i = 1， 2,34,5,6),控制器7在根據(jù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)對干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾后對剩下的數(shù)據(jù)采用加權(quán)平均處理得出最終采集結(jié)果，公式表達(dá)為
平均溫度
權(quán)利要求
1.一種橡膠動態(tài)摩擦磨損檢測裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、皮帶、摩擦樣板、 施力手柄、位移控制手柄、顯示器、控制器、磨損測量裝置、導(dǎo)軌、滑動檢測平臺、偏心輪、從動帶輪、溫控裝置、試樣夾持裝置、支板、底座、數(shù)據(jù)采集器、主軸、軸承、主動帶輪、連桿、滑動體、絲杠、荷載調(diào)整裝置和軸端支板；電機(jī)與主動帶輪相連接并由主動帶輪通過皮帶與從動帶輪組成皮帶式傳動結(jié)構(gòu)；從動帶輪插鍵式連接固定在主軸上并與同時固定在主軸兩端側(cè)的滾動式軸承組成中間傳動部分，在主軸的左側(cè)靠近從動帶輪處安裝有軸端支板，軸承上配套安裝有軸承座，主軸右側(cè)通過異面交叉銷釘固定制有偏心輪并通過連桿與滑動檢測平臺中的滑動體相連接；滑動檢測平臺的下側(cè)通過燕尾槽結(jié)構(gòu)固定在導(dǎo)軌上，滑動檢測平臺上端側(cè)通過螺紋固定連接制有檢測用的摩擦樣板，滑動檢測平臺的內(nèi)部安裝有溫控裝置；在滑動檢測平臺的正上方設(shè)置有載荷調(diào)整裝置，試樣夾持裝置通過絲杠固定在載荷調(diào)整裝置上，在絲杠頂端上固定制有施力手柄，施力手柄的旁邊平行結(jié)構(gòu)制有位移控制手柄， 位移控制手柄經(jīng)過絲杠彎折式固定在載荷調(diào)整裝置上，載荷調(diào)整裝置縱向固連在支板上； 載荷調(diào)整裝置、磨損測量裝置、顯示器和控制器順序固定在底座上，構(gòu)成整體式檢測裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橡膠動態(tài)摩擦磨損檢測裝置，其特征在于按功能分為控制器、數(shù)據(jù)采集器、溫控裝置、載荷調(diào)整裝置、滑動檢測平臺、顯示器和機(jī)械裝置；機(jī)械裝置包括電機(jī)、從動帶輪、偏心輪、主軸、軸承、支板、連桿、滑動體、導(dǎo)軌、摩擦樣板和底座,其中,支板和底座是穩(wěn)固檢測裝置的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橡膠動態(tài)摩擦磨損檢測裝置，其特征在于涉及的控制器實現(xiàn)檢測裝置動作指令的下達(dá)、指令傳遞、采集數(shù)據(jù)的匯總與計算處理；數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)載荷數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)及運(yùn)動要素數(shù)據(jù)的采集和傳遞；溫控裝置實現(xiàn)摩擦樣板與待測試樣之間的加熱、冷卻和保溫功能；顯示器顯示當(dāng)前載荷、壓力、溫度與運(yùn)動參數(shù)，并顯示由控制器信息處理完成的摩擦系數(shù)以及相關(guān)變化曲線；載荷調(diào)整裝置包括承力的支板、絲杠、施力手柄和位移控制手柄，實現(xiàn)對試樣進(jìn)行施壓處理、控制豎直方向載荷條件的變化以根據(jù)要求不斷調(diào)整檢測的力學(xué)環(huán)境；滑動檢測平臺由燕尾結(jié)構(gòu)的滑動體、溫控裝置和摩擦樣板組成，實現(xiàn)材料摩擦試樣的有效固定和摩擦運(yùn)動；磨損測量裝置完成檢測物料在摩擦過程中的質(zhì)量變化。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橡膠動態(tài)摩擦磨損檢測裝置，電機(jī)與主動帶輪相連接并皮帶與從動帶輪組成皮帶式傳動結(jié)構(gòu)；從動帶輪固定在主軸上并與軸承組成中間傳動，主軸左側(cè)靠從動帶輪處安裝有支板，主軸右側(cè)固定制有偏心輪并通過連桿與滑動體相連接；滑動檢測平臺固定在導(dǎo)軌上，上端側(cè)固定連接制有檢測用的摩擦樣板，內(nèi)部安裝有溫控裝置，正上方設(shè)置有載荷調(diào)整裝置，試樣夾持裝置固定在載荷調(diào)整裝置上，絲杠頂端上制有施力手柄，施力手柄的旁邊制有位移控制手柄經(jīng)過絲杠固定在載荷調(diào)整裝置上，載荷調(diào)整裝置縱向固連在支板上；其結(jié)構(gòu)合理，原理安全可靠，制造簡便，成本低，控制和操作方便，檢測準(zhǔn)確，效果好，檢測工藝簡便易行。
文檔編號G01N19/02GK102590078SQ20121005371
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者劉彥昌, 林廣義, 汪傳生 申請人:青島科技大學(xué)