專利名稱：重力及小球體滾滑摩擦系數(shù)測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種計(jì)量測(cè)試儀器，特別適用于工程與數(shù)學(xué)試驗(yàn)室中對(duì)重力加速度的測(cè)定和在機(jī)械工程、計(jì)量測(cè)試工程中滾滑摩擦系數(shù)的測(cè)試儀器。
公知的在數(shù)學(xué)試驗(yàn)室中重力加速度的測(cè)量，是使用擺類儀器，包括單擺、復(fù)擺、卡特?cái)[，設(shè)計(jì)精度低，測(cè)試結(jié)果達(dá)不到要求。而在機(jī)械工程、計(jì)量測(cè)試工程中尚未實(shí)現(xiàn)球體在圓弧軌道上連滾帶滑這一混合摩擦系數(shù)的測(cè)定，常常采用滾動(dòng)摩擦系數(shù)近似地代替連滾帶滑混合摩擦系數(shù)，影響著工程設(shè)計(jì)中計(jì)算的精確性。
本實(shí)用新型的任務(wù)，是設(shè)計(jì)一種精度高達(dá)1×10－6，測(cè)試結(jié)果比較理想的重力加速度測(cè)試儀取代現(xiàn)代工程與教學(xué)試驗(yàn)室中各種擺類儀器，同時(shí)滿足工程界對(duì)滾滑摩擦系數(shù)精確值的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)“連滾帶滑”混合摩擦系數(shù)的直接測(cè)定。
為解決這一任務(wù)，可采用下述無(wú)擺線、無(wú)擺桿的特殊“擺”的技術(shù)方案小球沿著帶有角度刻度的圓弧形導(dǎo)軌做滾滑運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌最低點(diǎn)(平衡位置)時(shí)，擋住從導(dǎo)軌底部矩形細(xì)縫透過(guò)的由光電門傳感器中聚光燈發(fā)出的光線，小球兩次擋光的時(shí)間間隔，正是球體周期運(yùn)動(dòng)的半周期，由與光電門傳感器通過(guò)軟線插頭相連接的數(shù)字計(jì)時(shí)計(jì)測(cè)出。根據(jù)測(cè)出的全周期T，可計(jì)算出滾滑摩擦系數(shù)。計(jì)算公式為(1)〔推導(dǎo)從略〕μ=3g2-68π25T2(1)]]>上式中T為小球運(yùn)動(dòng)周期；g可以從計(jì)量手冊(cè)中查出，滾滑摩擦系數(shù)即可確定。
為了減化計(jì)算，上式可用下述的公式近似代替μ=85·πT(2)]]>用于教學(xué)中測(cè)量重力加速度可以通過(guò)下列公式(3)計(jì)算(推導(dǎo)從略)g＝ (4π2L)/(T2) (1＋ 2/15 ＋ 1/6 Sin (2θ)/2 ＋ (1·T2)/(12·π2) ·μ2) (3)上式中L＝ 1/2 (d－Dm)d為導(dǎo)軌直徑；Dm為小球直徑；θ為小球起始位置偏離導(dǎo)軌中心的角度；T為小球運(yùn)動(dòng)周期；μ利用公式(1)或(2)求出。
這樣重力加速度g可以精確到1×10－6伽。
如圖描述了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例


圖1本實(shí)用新型的主視圖，圖2本實(shí)用新型的側(cè)視圖。
如圖所示，內(nèi)徑為d的圓弧形導(dǎo)軌1用螺栓2通過(guò)導(dǎo)軌架3固定在儀器支座4上。在圓弧形導(dǎo)軌1上打印出角度刻度，在導(dǎo)軌底部中心位置制出一個(gè)鉆有2×20mm的縫隙孔11。儀器支座4上同時(shí)固定有光電門支架5，光電門支架上裝有光電門傳感器6，包括光電二級(jí)管7及聚光燈泡8等，通過(guò)軟線插頭12，光電門傳感器與數(shù)字計(jì)時(shí)計(jì)9相連。
直徑為Dm(1＜Dm≤30，Dm最佳尺寸為5mm)的小球從θ≤5°的起始位置沿著環(huán)形導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，小球運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌最低點(diǎn)的平衡位置，既擋住了從光電門傳感器聚光燈泡發(fā)出來(lái)的光束，并由數(shù)字計(jì)時(shí)計(jì)記錄下小球接連兩次擋光的時(shí)間間隔，正是1／2周期值，換算成周期T。那么則可通過(guò)已論證推導(dǎo)出的公式(1)或(2)求出滾滑摩擦系數(shù)μ的值，從公式(3)計(jì)算出重力加速度g值。
為了保證測(cè)試精度，其關(guān)鍵零部件的尺寸、形位公差及測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到小球體0.001毫米；圓弧形導(dǎo)軌0.01毫米；數(shù)字計(jì)時(shí)器0.0001秒。
這樣，通過(guò)本實(shí)用新型這樣一臺(tái)設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的測(cè)試儀器，可實(shí)現(xiàn)精度達(dá)到1×10－6的重力加速度值和“連滾帶滑”混合摩擦系數(shù)的測(cè)定。
權(quán)利要求1.一種用于教學(xué)和工程的重力加速度及滾滑摩擦系數(shù)測(cè)試儀，其特征在于A.在一個(gè)圓弧形導(dǎo)軌1的內(nèi)圈上有一個(gè)小球體10做滾滑運(yùn)動(dòng)，B.圓弧形導(dǎo)軌1通過(guò)導(dǎo)軌架3固定在支座4上，C.光電門支架5固定在支座4上，并且在光電門支架5上裝有一個(gè)光電門傳感器6，光電門傳感器6中的聚光燈8發(fā)出的光束恰好通過(guò)圓弧形導(dǎo)軌1底部的矩形細(xì)縫11，D.光電門傳感器6通過(guò)軟線插頭12與數(shù)字計(jì)時(shí)器9相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力及小球體滾滑摩擦系數(shù)測(cè)試儀，其特征在于所述的小球體10的直徑Dm應(yīng)在1～30毫米之間，以Dm＝5為最佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的重力及小球體滾滑摩擦系數(shù)測(cè)試儀，其特征在于A.小球體10的尺寸，形狀公差應(yīng)≤0.001毫米，B.圓弧形導(dǎo)軌1之形狀公差應(yīng)≤0.01毫米，C.數(shù)字計(jì)時(shí)器9之測(cè)量精度誤差應(yīng)≤0.0001秒。
專利摘要一種測(cè)試儀，主要用于工程和教學(xué)中對(duì)重力加速度及小球體滾滑混合摩擦系數(shù)的測(cè)定。其結(jié)構(gòu)是用一個(gè)小球體在一個(gè)圓弧形導(dǎo)軌的內(nèi)圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)并通過(guò)光電門傳感器和數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)出其一個(gè)擺動(dòng)周期的時(shí)間T，然后使用兩個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式計(jì)算出其重力加速度值和滾滑摩擦系數(shù)μ值。g的精度可達(dá)1×10
文檔編號(hào)G01N19/02GK2046216SQ8920377
公開(kāi)日1989年10月18日 申請(qǐng)日期1989年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月29日
發(fā)明者張鳳紀(jì) 申請(qǐng)人:張鳳紀(jì)