本發(fā)明涉及測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種測(cè)定摩擦系數(shù)的裝置及方法。

背景技術(shù)：

摩擦系數(shù)是一個(gè)重要的物性參數(shù)，目前測(cè)量摩擦系數(shù)的方法各式各樣，但普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低等問(wèn)題，而市面上絕大多數(shù)測(cè)量摩擦系數(shù)的設(shè)備價(jià)格昂貴，且測(cè)定材料單一。已公開的中國(guó)專利201611123323.5雖能同時(shí)測(cè)定滑動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)，但仍存在成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、彈簧老化影響精度等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種測(cè)定摩擦系數(shù)的裝置及方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、易操作。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種測(cè)定摩擦系數(shù)的裝置，包括底座、滑道、標(biāo)準(zhǔn)樣品、待測(cè)樣品、直線步進(jìn)電機(jī)，所述的底座與滑道的一端鉸接，所述的標(biāo)準(zhǔn)樣品固定在滑道上，所述的直線步進(jìn)電機(jī)連接滑道，所述的直線步進(jìn)電機(jī)控制滑道的傾斜角度，所述的測(cè)定摩擦系數(shù)的裝置還包括第一光電傳感器、第二光電傳感器、位移傳感器、控制系統(tǒng)，所述的第一光電傳感器、第二光電傳感器固定在滑道上，所述的第一光電傳感器位于標(biāo)準(zhǔn)樣品遠(yuǎn)離底座與滑道鉸接處的一端，所述的第二傳感器位于標(biāo)準(zhǔn)樣品另一端，所述的位移傳感器固定在底座上，與底座與滑道鉸接處距離l，能夠測(cè)量底座與滑道的垂直距離h，所述的待測(cè)樣品放置在滑道上第一光電傳感器處，所述的控制系統(tǒng)控制直線步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并記錄第一光電傳感器、第二光電傳感器、位移傳感器的感應(yīng)信號(hào)。該裝置可以一次性檢測(cè)最大靜摩擦系數(shù)和滑動(dòng)摩擦系數(shù)。

進(jìn)一步地，還包括活動(dòng)滑塊、軸承，所述的直線步進(jìn)電機(jī)包括絲杠，所述的絲杠連接軸承，所述的軸承活動(dòng)連接滑塊，所述的滑塊與滑道滑動(dòng)連接。提高裝置的精度，方便對(duì)滑道的傾斜角度的控制。

進(jìn)一步地，所述的滑道的上部設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)樣品槽，所述的標(biāo)準(zhǔn)樣品固定在標(biāo)準(zhǔn)樣品槽內(nèi)。使得標(biāo)準(zhǔn)樣品固定更穩(wěn)固，也方便更換。

進(jìn)一步地，所述的滑道的下部設(shè)置有滑槽，所述的滑塊設(shè)置在滑槽內(nèi)，能夠沿著滑槽滑動(dòng)。方便滑塊的滑動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述的待測(cè)樣品底部為待測(cè)材料，頂部為不銹鋼塊，待測(cè)材料與不銹鋼塊可拆卸連接。提高待測(cè)樣品活動(dòng)的穩(wěn)定性(特別是質(zhì)量較輕的樣品)，同時(shí)方便更換待測(cè)材料。

進(jìn)一步地，所述的控制系統(tǒng)為單片機(jī)控制系統(tǒng)。

一種測(cè)量摩擦系數(shù)的方法，包括以下步驟：

s1：?jiǎn)?dòng)直線步進(jìn)電機(jī)，滑道傾斜角度增加；

s2：待測(cè)樣品開始滑動(dòng)的瞬間，第一光電傳感器動(dòng)作，控制系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)；

s3：停止直線步進(jìn)電機(jī)，控制系統(tǒng)讀取位移傳感器測(cè)量的h值，位移傳感器距離底座與滑道鉸接處的距離為l，位移傳感器測(cè)量底座與滑道的垂直距離h，控制系統(tǒng)計(jì)算最大靜摩擦系數(shù)μs；

s4：待測(cè)樣品繼續(xù)滑動(dòng)，通過(guò)第二光電傳感器時(shí)，第二光電傳感器動(dòng)作；

s5：控制系統(tǒng)停止計(jì)時(shí)，記錄待測(cè)材料通過(guò)第一傳感器與第二傳感器之間的時(shí)間間隔t，計(jì)算滑動(dòng)摩擦系數(shù)μk。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：該測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、易操作、效率高，且能夠同時(shí)測(cè)量最大靜摩擦系數(shù)和滑動(dòng)摩擦系數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了傳統(tǒng)測(cè)量摩擦系數(shù)的方法。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)樣品槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明滑槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明待測(cè)樣品結(jié)構(gòu)及受力示意圖。

圖5是測(cè)量摩擦系數(shù)的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好說(shuō)明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制。

如圖1-5所示，由牛頓定律可得：

fs＝μmgcosθ(公式1)；

f＝mgsinθ(公式2)；

當(dāng)待測(cè)樣品將從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)：

f≥fs(公式3)；

在待測(cè)樣品運(yùn)動(dòng)瞬間：

f＝fs(公式4)；

fs＝μsmgcosθ＝f＝mgsinθ(公式5)；

待測(cè)樣品由靜止?fàn)顟B(tài)變成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，靜摩擦系數(shù)也轉(zhuǎn)換為滑動(dòng)摩擦系數(shù)：

f＞fs(公式7)；

f-fs＝ma(公式8)；

mgsinθ-μkmgcosθ＝ma(公式9)；

v0＝0(公式11)；

式中：fs為摩擦力；f為沿斜面分力；μ摩擦系數(shù)；μs最大靜摩擦系數(shù)；μk滑動(dòng)摩擦系數(shù)；s滑動(dòng)的距離；l位移傳感器與滑道和底座活動(dòng)端距離；h位移傳感器位移；a滑動(dòng)加速度；v0初始速度；m待測(cè)樣品質(zhì)量；t滑動(dòng)時(shí)間；g重力加速度；θ滑道傾斜角度。

一種測(cè)定摩擦系數(shù)的裝置，包括底座11、滑道6、標(biāo)準(zhǔn)樣品9、待測(cè)樣品7、直線步進(jìn)電機(jī)3，所述的底座與滑道的一端鉸接，所述的標(biāo)準(zhǔn)樣品固定在滑道上，所述的直線步進(jìn)電機(jī)連接滑道，所述的直線步進(jìn)電機(jī)3控制滑道的傾斜角度，所述的測(cè)定摩擦系數(shù)的裝置還包括第一光電傳感器8、第二光電傳感器10、位移傳感器2、控制系統(tǒng)1，所述的第一光電傳感器8、第二光電傳感器10固定在滑道上，所述的第一光電傳感器8位于標(biāo)準(zhǔn)樣品遠(yuǎn)離底座與滑道鉸接處的一端，所述的第二傳感器位于標(biāo)準(zhǔn)樣品另一端，所述的位移傳感器2固定在底座11上，與底座與滑道鉸接處距離l，能夠測(cè)量底座11與滑道6的垂直距離h，所述的待測(cè)樣品7放置在滑道上第一光電傳感器8處，所述的控制系統(tǒng)控制直線步進(jìn)電機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)，并記錄第一光電傳感器8、第二光電傳感器10、位移傳感器2的感應(yīng)信號(hào)，直線步進(jìn)電機(jī)3帶動(dòng)滑道6的自由端向上運(yùn)動(dòng)，使得滑道6相對(duì)于水平面的傾斜角度為θ，當(dāng)f≥fs時(shí)，待測(cè)樣品7將從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在待測(cè)樣品7運(yùn)動(dòng)瞬間，也即是第一光電傳感器8動(dòng)作時(shí)，f＝fs，此時(shí)摩擦力為最大靜摩擦力，摩擦系數(shù)為最大靜摩擦系數(shù)，直線步進(jìn)電機(jī)3停止，記錄位移傳感器2測(cè)量值，由式公式4-公式6可求得最大靜摩擦系數(shù)μs。第一光電傳感器8動(dòng)作時(shí)同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)，待測(cè)樣品7由靜止?fàn)顟B(tài)變成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，靜摩擦系數(shù)也轉(zhuǎn)換為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，由牛頓定律可得公式8，此時(shí)待測(cè)樣品7做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到第二光電傳感器10時(shí)，計(jì)時(shí)停止，記錄時(shí)間間隔t，由公式9—公式13即可求得滑動(dòng)摩擦系數(shù)μk，并通過(guò)控制系統(tǒng)1進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步地，該裝置還包括活動(dòng)滑塊5、軸承4，所述的直線步進(jìn)電機(jī)3包括絲杠，所述的絲杠連接軸承4，所述的軸承4活動(dòng)連接滑塊5，所述的滑塊5與滑道6滑動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，所述的滑道6的上部設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)樣品槽61，所述的標(biāo)準(zhǔn)樣品固定在標(biāo)準(zhǔn)樣品槽61內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述的滑道6的下部設(shè)置有滑槽62，所述的滑塊5設(shè)置在滑槽62內(nèi)，能夠沿著滑槽62滑動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述的待測(cè)樣品7底部為待測(cè)材料71，頂部為不銹鋼塊72，待測(cè)材料71與不銹鋼塊72可拆卸連接。待測(cè)材料上面加不銹鋼塊，主要目的是用于測(cè)量比較輕的樣品，提高儀器測(cè)試范圍，重量比較大的樣品可不加。

進(jìn)一步地，所述的控制系統(tǒng)1為單片機(jī)控制系統(tǒng)。

一種測(cè)量摩擦系數(shù)的方法，包括以下步驟：

s1：?jiǎn)?dòng)直線步進(jìn)電機(jī)，滑道傾斜角度增加；

s2：待測(cè)樣品開始滑動(dòng)的瞬間，第一光電傳感器動(dòng)作，控制系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)；

s3：停止直線步進(jìn)電機(jī)，控制系統(tǒng)讀取位移傳感器測(cè)量的h值，位移傳感器距離底座與滑道鉸接處的距離為l，位移傳感器測(cè)量底座與滑道的垂直距離h，控制系統(tǒng)計(jì)算最大靜摩擦系數(shù)μs；

s4：待測(cè)樣品繼續(xù)滑動(dòng)，通過(guò)第二光電傳感器時(shí)，第二光電傳感器動(dòng)作；

s5：控制系統(tǒng)停止計(jì)時(shí)，記錄待測(cè)材料通過(guò)第一傳感器與第二傳感器之間的時(shí)間間隔t，計(jì)算滑動(dòng)摩擦系數(shù)μk。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。