CN105527221B - 一种摩擦力模拟发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摩擦力模拟发生装置，主要由以动摩擦块为主的横向移动部分和以静摩擦块为主的压力调节部分组成。动摩擦块通过耦接器和可动轴连接，可动轴两端安装在摩擦力很小的轴承之上，拉动牵引头可使动摩擦块运动；静摩擦块和动摩擦块紧密接触，其施加在动摩擦块上的压力通过调节手柄调节；调节手柄和静摩擦块之间设置有位移缩放构件、上压力件、下压力件、弹性组件、压力传感器和静摩擦块固定件；在动摩擦块和静摩擦块的动摩擦系数和最大静摩擦系数已知的情况下，通过调节施加于动摩擦块上的压力，可使牵引头上产生不同的摩擦力运动特性，牵引头受力叠加于被测机械部件上。本发明主要用于研究机械部件受摩擦力影响时的运行特性。

Description

一种摩擦力模拟发生装置

技术领域

本发明涉及一种物体间力学特性的模拟装置，具体而言涉及一种摩擦力模拟发生装置。

背景技术

两个互相挤压且接触的物体，在发生相对运动时产生的摩擦力称为滑动摩擦力，在具有相对运动趋势但尚保持相对静止时的摩擦力称为静摩擦力。滑动摩擦力的大小和一物体施加于另一物体上的正压力以及两接触物体的动摩擦系数有关；静摩擦力随外力大小变化，其最大值称为最大静摩擦力，可在测量出静摩擦系数后求得。现有很多仪器都能用于测量摩擦力或摩擦力系数，但使用中往往需要特定的条件，难以用于某些已安装于现场的设备的摩擦力特性。比如工业过程中的阀门，测量阀杆和密封件之间的摩擦力需要对阀门进行拆解，这在实际中是不允许的。另外，作为特定作用而设计的某一个产品，其内部所含运动构件间的摩擦力在新产品上是基本确定的，但随着时间推移，摩擦力的大小可能增加或减小。因此，研究者如要分析不同摩擦力大小下产品的工作特性，就需要在较长时间范围内测量摩擦特性，这费时费力且工况不可控，而且还不一定可测。

发明内容

本发明提供一种摩擦力模拟发生装置，可模拟不同摩擦力大小下物体的力学特性。本发明所提供的装置模拟输出的摩擦力可叠加于被测对象运动部件任一受力方向上，用于分析不同摩擦力影响下该部件的运动特性。

本发明所提供的一种摩擦力模拟发生装置包括静摩擦块和动摩擦块，两摩擦块相互挤压接触，质量已知、表面特性稳固，且有不同材质生产的型号不同的多个摩擦块。动摩擦块两端分别通过耦接器和可动轴连接，可动轴和轴承连接，通过调节两个轴承安装座在导轨上的位置，可动轴的行程范围可增加或减小，从而动摩擦块的行程相应的可调节。静摩擦块施加于动摩擦块的压力大小可调，不同压力情况下，动摩擦块可产生不同的运行特性。动摩擦块运动特性也受可动轴和轴承间摩擦力的影响，轴承的选择应以尽量减小可动轴和轴承间的滑动摩擦力为标准。同时，这一滑动摩擦力也可在人机操作构件上进行补偿。

本发明所提供的一种摩擦力模拟发生装置包括一组压力调节装置，以改变静摩擦块施加于动摩擦块上的压力。压力调节装置主要包括调节手柄、位移缩放构件、弹性组件、压力传感器、静摩擦块固定件以及相关的辅助构件。旋转调节手柄带动调节螺杆转动，调节螺杆连接位移缩放构件，转动位移量经缩放后带动伸缩螺杆转动。伸缩螺杆转动产生和其轴心方向相同的直线位移，从而在上压力件上施加压力。上压力件连接弹性组件，弹性组件另一端连接下压力件，下压力件和静摩擦块固定件之间设置有压力传感器。弹性组件在上压力件推动下会产生形变，进一步将调节手柄旋转位移进行比例缩放，使最终施加于下压力件上的压力在一个较宽范围内可调。压力传感器用于检测施加于静摩擦块固定件上的压力，配合人机操作构件中的数据显示，最终施加于静摩擦块上的压力可通过调节手柄精确设定。静摩擦块固定件质量已知，与静摩擦块直接连接，且其接触面上设置有固定装置，用于保证静摩擦块不会在接触面的垂直方向发生位移。

本发明所提供的一种摩擦力模拟发生装置包括一个人机操作构件，主要由微处理器、信息输入电路、压力信号处理电路、通信接口电路、存储器和显示电路组成。微处理器是人机操作构件的核心，对连接于其上的各类电信号进行运算、存储和输入输出等处理；信息输入电路的功能是将本发明相关的部件特性参数进行输入，如：摩擦块质量，压力传感器质量、静摩擦块固定件质量以及滑轮摩擦补偿量等；压力信号处理电路对来自压力传感器的电信号进行处理，再经微处理器变换后经显示电路进行信息输出；通信接口电路可外接其他存储器或控制单元，用于输入摩擦力计算时所需的补偿参数，以及输出实验结果；存储器用于对微处理器运算所需的某些数据和程序进行存储；显示电路对本装置操作过程中的一些状态、参数和工作步骤等信息进行显示。

本发明所提供的一种摩擦力模拟发生装置还包括两个滑轮和外接引线，外接引线一端连接牵引头，另一端连接被测实验对象。滑轮的作用是将动摩擦块所受固定方向的摩擦力转换到不同方向，其安装位置要以不衰减动摩擦块所受摩擦力为标准。

附图说明

图1是本发明主体结构正面示意图。

图2是本发明人机操作构件结构图。

【附图符号说明】1.调节手柄；2.调节螺杆；3.固定螺母；4.位移缩放构件；5.支架；6.上压力件；7.弹性组件；8.下压力件；9.压力传感器；10.静摩擦块固定件；11.静摩擦块；12.动摩擦块；13.耦接器；14.可动轴；15.轴承；16.轴承安装座；17.导轨；18.牵引头；19.滑轮；20.人及操作构件；21.伸缩螺杆；22.底座；23.牵引线。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和应用方法有更加清楚的理解，现结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明所提供的摩擦力模拟发生装置可分解为以动摩擦块12为主的横向移动部分，和以静摩擦块11为主的压力调节部分。动摩擦块12两端分别通过耦接器13和可动轴14连接，耦接器13正确安装可保证动摩擦块12和可动轴14轴线平行或重合，可动轴14连接于轴承15之上，可动轴14一端还设置有牵引头18，牵引头18连接牵引线23，牵引线23通过滑轮19可将摩擦力运动特性施加于被测实验装置，滑轮19固定于底座22之上；轴承15设有轴承安装座15，轴承安装座15可在导轨17平行线方向移动，待调节好位置后再固定于底座22上；静摩擦块11连接静摩擦块固定件10得一面，静摩擦块固定件10另一面连接压力传感器9；弹性组件7两端连接有上压力件6和下压力件8，下压力件8的另一面和压力传感器9相连接；调节手柄1连接调节螺杆2，固定螺母3在调节螺杆2调节到位后用于对其进行固定，防止调节螺杆2移位，调节螺杆2另一端和位移缩放构件4连接，位移缩放构件4连接支架5；通过位移缩放构件4，调节螺杆2旋转会带动伸缩螺杆21转动；位移缩放构件4将调节螺杆2的旋转位移缩放后施加于伸缩螺杆21上使之随动，在位移缩放构件4的一示例实施方案中，其各构件可以是一组齿轮或传送带；伸缩螺杆21另一端连接上压力件6，伸缩螺杆21的伸缩运动会使上压力件6产生同向运动，并经力传导使施加于静摩擦块上的压力变化。

如图2所示，本发明所提供的摩擦力模拟发生装置的人机操作构件20是由微处理器101、信息输入电路102、压力信号处理电路103、通信接口电路104、存储器105和显示电路106组成。微处理器101对输入或输出的电信号进行运算处理，其可以是通用计算机(PC)、单片机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)或某些分立元件等的任意组合。信息输入电路102耦接于微处理器101上，可以通过它手动输入各种参数和数据；压力信号处理电路103将压力传感器9的信息处理后送入微处理器101中；通信接口电路104耦接微处理器101，用于实现数据的导入或导出，存储器105用于存储运算处理所需要的程序和数据；显示电路106同样耦接在微处理器101上，显示本装置的操作状态和相关参数。

本发明所提供的摩擦力模拟发生装置中的静摩擦块11和动摩擦块12的表面均有一定等级的粗糙度，可通过更换不同粗糙度等级的摩擦块模拟产生不同的摩擦力动态特性。

在本发明的一示例实施方式中，轴承15可选直线轴承，可动轴14和轴承15间的滑动摩擦力很小，其相对于动摩擦块12和静摩擦块11间的摩擦力基本可忽略。

在本发明的一示例实施方式中，装置的使用步骤如下：

S1、选择所需型号的动摩擦块12，并通过调节耦接器13使之和可动轴14牢固连接；

S2、根据使用情况调节两个轴承安装座16间的距离，调节好后将其固定；

S3、将静摩擦块11和静摩擦块固定件10牢固连接，通过人机操作构件20中的信息输入电路102输入压力传感器9、静摩擦块固定件10以及静摩擦块11的质量参数；

S4、如果静摩擦块11和动摩擦块12的动摩擦系数和最大静摩擦系数已知，则直接跳转到S6步骤，否则，旋转调节手柄1使静摩擦块11和动摩擦块12初步接触，再继续同方向旋转调节手柄1，并观察显示电路106所显示的压力数据直到其值为一大于零的数据；

S5、在牵引头18上外接摩擦力测试仪，测出静摩擦块11和动摩擦块12之间的动摩擦系数和最大静摩擦系数；

S6、通过信息输入电路102输入轴承15和可动轴14间的摩擦力补偿参数，以及通过通信接口电路104导入影响摩擦动态特性的各种补偿数据；

S7、根据滑动摩擦力计算公式：滑动摩擦力＝动摩擦力系数乘以物体所受正压力，计算实验所需特定大小滑动摩擦力对应的正压力值，旋转调节手柄1，使显示电路106所显示的压力数据等于该值；

S8、通过牵引头18或牵引线23，必要时再通过滑轮19，将特定摩擦力动态特性施加于被测物体上。

以上所述仅为本发明示例性的实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，增加或减少某些装置的使用步骤，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种摩擦力模拟发生装置，其特征在于：所述装置包括动摩擦块移动部分和静摩擦块压力调节部分，动摩擦块两端分别和耦接器连接，耦接器和可动轴连接，可动轴连接在轴承上，可动轴一端设置有牵引头，牵引头可连接牵引线，牵引线通过滑轮将摩擦力运动特性施加于被测对象，滑轮固定于底座上，轴承安装于轴承安装座上，轴承安装座可在导轨平行移动，静摩擦块由静摩擦块固定件固定，静摩擦块固定件的另一面连接压力传感器，压力传感器的另一面连接下压力件，弹性组件两端分别连接上压力件和下压力件，上压力件与伸缩螺杆相连，调节手柄连接调节螺杆，固定螺母在调节螺杆调节到位后用于对其进行固定，防止调节螺杆移位，调节螺杆另一端和位移缩放构件连接，位移缩放构件连接支架，通过位移缩放构件，调节螺杆旋转会带动伸缩螺杆转动，位移缩放构件将调节螺杆的旋转位移缩放后施加于伸缩螺杆上，伸缩螺杆的伸缩运动使上压力件产生同向运动，并经力传导施加于静摩擦块上，从而静摩擦块对动摩擦块产生压力，位移缩放机构将旋转位移量进行缩放，弹性组件将直线位移量进行缩放。

2.如权利要求1所述的一种摩擦力模拟发生装置，其特征在于：所述动摩擦块移动部分和静摩擦块压力调节部分的安装位置互相垂直。

3.如权利要求1所述的一种摩擦力模拟发生装置，其特征在于：两轴承安装座的间距可调。

4.如权利要求1所述的一种摩擦力模拟发生装置，其特征在于：耦接器可将动摩擦块和可动轴牢固连接，在其轴线方向上不发生形变。

5.如权利要求1所述的一种摩擦力模拟发生装置，其特征在于：装置设置有滑轮，牵引头受力特性可通过牵引线和滑轮无衰减输出到所需方向。

6.如权利要求1所述的一种摩擦力模拟发生装置，其特征在于：动摩擦块和静摩擦块质量已知，型号可换，且其表面有一定的粗糙度，特性稳定。

7.如权利要求1所述的一种摩擦力模拟发生装置，其特征在于：静摩擦块固定件质量已知，形状可变，固定静摩擦块后使其不能前后上下左右晃动。