电刷摩擦系数测试台及其测量方法
【专利摘要】电刷摩擦系数测试台及其测量方法，涉及一种摩擦系数测量装置及其测量方法。为了解决目前测量高速条件下的电刷动摩擦系数的测量准确率低的问题。测试台包括测试工装和控制系统。测试工装采用扭矩传感器通过力臂杆与压力传感器垂直连接，压力传感器与电刷装卡工装及内部的被测电刷连接，电刷装卡工装设在镶铜转盘上部，拖动电机使镶铜转盘转动；电刷装卡工装的上部和下部通过螺纹连接；力臂杆为可伸缩力臂杆。控制系统使拖动电机转动，采集压力传感器和扭矩传感器信号；测量时使电刷与镶铜转盘接触，调所述螺纹和力臂杆，使压力传感器示数在规定范围内；控制系统根据测得数据计算被测电刷的摩擦系数。它用于测高速高速条件下的电刷动摩擦系数。
【专利说明】电刷摩擦系数测试台及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种摩擦系数测量装置及其测量方法，特别涉及一种电刷摩擦系数测试台及其测量方法。
【背景技术】
[0002]电刷是与运动件作滑动接触而形成电连接的一种导电部件。电刷是用于换向器或滑环上，作为导入导出电流的滑动接触体。它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的直流电机以及换向式电机都使用电刷，它是电机的重要组成部件。由于直流有刷电机要求润滑性良好，因此电刷的摩擦系数是电刷性能优劣的一项重要参数。
[0003]目前，摩擦系数的测量主要是通过测量正压力与摩擦力的方法进行，一般的动摩擦系数测量都是在低速的条件下测得的。对于电刷而言，电刷与滑环之间的相对运动速度非常快，采用现有方法进行装置及方法进行测量准确率非常低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决目前测量动摩擦系数的装置及方法对高速条件下的电刷动摩擦系数的测量准确率低的问题，本发明提供一种电刷摩擦系数测试台及其测量方法。
[0005]本发明的电刷摩擦系数测试台，所述测试台包括测试工装和控制系统；
[0006]测试工装包括支撑座、扭矩传感器、力臂杆、压力传感器、电刷装卡工装、镶铜转盘、径向轴承和拖动电机；
[0007]测试台支撑座为三层支撑座，在测试台支撑座的最顶层设置有扭矩传感器，所述扭矩传感器的输出轴与力臂杆的顶端垂直连接，力臂杆的底端与压力传感器的上表面固定连接，
[0008]所述电刷装卡工装分为上部分和下部分，所述上部分和下部分通过螺纹连接；压力传感器的下表面与电刷装卡工装的上部分固定连接，且压力传感器的下表面通过弹簧与电刷装卡工装内的被测电刷的一侧连接，
[0009]在测试台支撑座的中间层设置有拖动电机，拖动电机的电机输出轴通过径向轴承与镶铜转盘的中心相连接，且带动镶铜转盘转动；
[0010]镶铜转盘设置在测试台支撑座的中间层，电刷装卡工装内被测电刷的另一侧设置在镶铜转盘的上方；
[0011]控制系统的转速控制信号输出端与拖动电机的转速控制信号输入端连接，扭矩传感器的力矩信号输出端与控制系统的力矩信号输入端连接，压力传感器的正压力信号输出端与控制系统的正压力信号输入端连接。
[0012]所述力臂杆为可伸缩力臂杆。
[0013]所述控制系统包括扭矩信号测试单元，正压力信号测试单元、信号采集及调理单元、控制及处理单元和通信单元；
[0014]扭矩信号测试单元，用于接收扭矩传感器测得力矩信号；
[0015]正压力信号测试单元，用于接收压力传感器测得的正压力信号；
[0016]信号采集及调理单元，用于对接收力矩信号和正压力信号进行采样，并对采样信号进行调理，并发送给控制及处理单元；
[0017]控制及处理单元，用于控制拖动电机转动，还用于选取转速稳定的力矩信号和正压力信号，并根据所述力矩信号和正压力信号求出相应时刻的动摩擦系数，再将求取的动摩擦系数求平均值，所述平均值为被测电刷的动摩擦系数；
[0018]通信单元，用于控制及处理单元与上位机进行数据交换。
[0019]所述扭矩传感器采用加载的测功机实现。
[0020]所述镶铜转盘的直径为60cm。
[0021]基于所述电刷摩擦系数测试台的测量方法，所述方法包括如下步骤:
[0022]步骤一:采用标定组件对扭矩传感器进行初始标定；所述标定组件包括标定杠杆和石去码；
[0023]步骤二:调整力臂杆的长度，使装有被测电刷的电刷装卡工装处于悬空状态，且使压力传感器的压力示数为零；然后，调整力臂杆的长度，使装在电刷装卡工装内的被测电刷与镶铜转盘)相接触，再调整电刷装卡工装的螺纹，使压力传感器的示数在15kPa_35kPa内；
[0024]步骤三:控制系统对拖动电机进行加电,使拖动电机缓启动，当拖动电机开始稳速转动后，控制系统控制压力传感器和扭矩传感器开始测量，计算出被测电刷的摩擦系数。
[0025]本发明的有益效果在于，本发明的测试台结构科学合理、操作简单方便，可用于精确测量力矩信号和正压力信号，并实时计算输出被测电刷的动摩擦系数。本发明所述测试台根据实际生产需要，改进了传统的测试台，能够测量在高速情况下电刷与黄铜材质物品的动摩擦系数。能够真实地反映出电刷在工作条件下的润滑性能。在此过程中，完成数据的采集和调理，实现了对正压力和摩擦力矩情况的全方位自动监测。
[0026]本发明的测试台的测量方法可以真实地显示出各种型号的电刷的动摩擦系数情况，实现了各型号电刷的测量和计算结果的实时输出，抗干扰能力强，能真实、准确、实时地反应电刷的润滑性能。实验表明，本发明测得的电刷摩擦系数的准确度提高了 20%。
[0027]本发明为提升电机制造工艺和降低电机不合格率、减少人力资源成本、实现低碳环保等方面提供了自动化的仪器设备保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明所述的电刷摩擦系数测试台的测试工装的结构示意图。
[0029]图2为本发明所述的电刷摩擦系数测试台的控制系统的原理示意图。
【具体实施方式】
[0030]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的电刷摩擦系数测试台，所述测试台包括测试工装和控制系统；
[0031]测试工装包括支撑座1、扭矩传感器2、力臂杆3、压力传感器4、电刷装卡工装5、镶铜转盘6、径向轴承7和拖动电机8 ；
[0032]测试台支撑座I为三层支撑座，在测试台支撑座I的最顶层设置有扭矩传感器2，所述扭矩传感器2的输出轴2-1与力臂杆3的顶端垂直连接，力臂杆3的底端与压力传感器4的上表面固定连接，
[0033]所述电刷装卡工装5分为上部分和下部分，所述上部分和下部分通过螺纹连接；压力传感器4的下表面与电刷装卡工装5的上部分固定连接，且压力传感器4的下表面通过弹簧与电刷装卡工装5内的被测电刷的一侧连接，
[0034]在测试台支撑座I的中间层设置有拖动电机8，拖动电机8的电机输出轴8-1通过径向轴承7与镶铜转盘6的中心相连接，且带动镶铜转盘6转动；
[0035]镶铜转盘6设置在测试台支撑座I的中间层，电刷装卡工装5内被测电刷的另一侧设置在镶铜转盘6的上方；
[0036]控制系统的转速控制信号输出端与拖动电机8的转速控制信号输入端连接，扭矩传感器2的力矩信号输出端与控制系统的力矩信号输入端连接，压力传感器4的正压力信号输出端与控制系统的正压力信号输入端连接。
[0037]所述力臂杆3为可伸缩力臂杆。
[0038]本实施方式主要用于有刷直流电机的电刷摩擦性能的测试。摩擦力利用扭矩传感器对电刷摩擦力矩进行测量。压力传感器与电刷通过弹簧连接，因此可以实时监测电刷上的压力变化。为保证铜盘转动时抖动尽可能小，电机与铜盘之间的连接轴承需要采用径向轴承。
[0039]扭矩传感器的输出轴2-1抱死力臂杆使其保持垂直位置。力臂杆可伸缩，并分为上下两部分，可以调节长度，调节完成后可以紧固顶丝将其固定。
[0040]压力传感器4与被测电刷通过弹簧相连接，用来对电刷上所受的正压力进行测量。
[0041]【具体实施方式】二:结合图2说明本实施方式，本实施方式是对【具体实施方式】一所述的电刷摩擦系数测试台的进一步限定，所述控制系统包括扭矩信号测试单元，正压力信号测试单元、信号采集及调理单元、控制及处理单元和通信单元；
[0042]扭矩信号测试单元，用于接收扭矩传感器2测得力矩信号；
[0043]正压力信号测试单元，用于接收压力传感器4测得的正压力信号；
[0044]信号采集及调理单元，用于对接收力矩信号和正压力信号进行采样，并对采样信号进行调理，并发送给控制及处理单元；
[0045]控制及处理单元，用于控制拖动电机8转动，还用于选取转速稳定的力矩信号和正压力信号，并根据所述力矩信号和正压力信号求出相应时刻的动摩擦系数，再将求取的动摩擦系数求平均值，所述平均值为被测电刷的动摩擦系数；
[0046]通信单元，用于控制及处理单元与上位机进行数据交换。
[0047]本实施方式中，控制及处理单元根据被测电刷的正压力和摩擦力对旋转中心产生的力矩，再结合被测电刷至镶铜转盘6旋转中心的距离，用力矩除以力臂杆长度从而计算得出摩擦力。摩擦力除以正压力即摩擦系数。
[0048]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】三所述的电刷摩擦系数测试台的进一步限定，所述扭矩传感器2采用加载的测功机实现。[0049]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】三所述的电刷摩擦系数测试台的进一步限定，所述镶铜转盘6的直径为60cm。
[0050]为模拟实际情况下的电刷工作状况，需保证铜盘与电刷接触处近似为直线运动，因此铜盘直径设计为60cm。
[0051]【具体实施方式】四:本实施方式是【具体实施方式】一所述的电刷摩擦系数测试台的测量方法进一步限定，所述方法包括如下步骤:
[0052]步骤一:采用标定组件对扭矩传感器进行初始标定；所述标定组件包括标定杠杆和石去码；
[0053]步骤二:调整力臂杆3的长度，使装有被测电刷的电刷装卡工装5处于悬空状态，且使压力传感器的压力示数为零；然后，调整力臂杆3的长度，使装在电刷装卡工装5内的被测电刷与镶铜转盘6相接触，再调整电刷装卡工装5的螺纹，使压力传感器的示数在15kPa_35kPa 内；
[0054]步骤三:控制系统对拖动电机进行加电,使拖动电机缓启动，当拖动电机开始稳速转动后，控制系统控制压力传感器和扭矩传感器开始测量，计算出被测电刷的摩擦系数。
[0055]本实施方式中的扭矩传感器在使用前需要用标定杠杆和砝码对扭矩传感器进行标定。标定杠杆设置在测功机的输出轴上，并且该输出轴穿过标定杠杆的中心，砝码悬挂在标定杠杆的一端。
[0056]电刷装卡工装5固定好电刷位置后,延长力臂杆使电刷通过支撑座I的开口与中间层的镶铜转盘6接触。
[0057]拖动电机8安装在支撑座I的顶层上，拖动电机8的动力输出轴8-1通过径向轴承与镶铜转盘6相连接，拖动转盘进行转动。
[0058]使装有被测电刷的电刷装卡工装5处于悬空状态，以便进行正压力调零，去除电刷装卡工装和电刷重力对压力标定的影响。
【权利要求】
1.电刷摩擦系数测试台，其特征是在于，所述测试台包括测试工装和控制系统； 测试工装包括支撑座(1)、扭矩传感器(2)、力臂杆(3)、压力传感器(4)、电刷装卡工装(5 )、镶铜转盘(6 )、径向轴承(7 )和拖动电机(8 ); 测试台支撑座(1)为三层支撑座，在测试台支撑座(1)的最顶层设置有扭矩传感器(2)，所述扭矩传感器(2)的输出轴(2-1)与力臂杆(3)的顶端垂直连接，力臂杆(3)的底端与压力传感器(4)的上表面固定连接， 所述电刷装卡工装(5)分为上部分和下部分，所述上部分和下部分通过螺纹连接；压力传感器(4)的下表面与电刷装卡工装(5)的上部分固定连接，且压力传感器(4)的下表面通过弹簧与电刷装卡工装(5 )内的被测电刷的一侧连接， 在测试台支撑座(1)的中间层设置有拖动电机(8)，拖动电机(8)的电机输出轴(8-1)通过径向轴承(7)与镶铜转盘(6)的中心相连接，且带动镶铜转盘(6)转动； 镶铜转盘(6)设置在测试台支撑座(1)的中间层，电刷装卡工装(5)内被测电刷的另一侧设置在镶铜转盘(6)的上方； 控制系统的转速控制信号输出端与拖动电机(8)的转速控制信号输入端连接，扭矩传感器(2)的力矩信号输出端与控制系统的力矩信号输入端连接，压力传感器(4)的正压力信号输出端与控制系统的正压力信号输入端连接。 所述力臂杆(3)为可伸缩力臂杆。
2.根据权利要求1所述`的电刷摩擦系数测试台，其特征在于:所述控制系统包括扭矩信号测试单元，正压力信号测试单元、信号采集及调理单元、控制及处理单元和通信单元； 扭矩信号测试单元，用于接收扭矩传感器(2)测得力矩信号； 正压力信号测试单元，用于接收压力传感器(4)测得的正压力信号； 信号采集及调理单元，用于对接收力矩信号和正压力信号进行采样，并对采样信号进行调理，并发送给控制及处理单元； 控制及处理单元，用于控制拖动电机(8 )转动，还用于选取转速稳定的力矩信号和正压力信号，并根据所述力矩信号和正压力信号求出相应时刻的动摩擦系数，再将求取的动摩擦系数求平均值，所述平均值为被测电刷的动摩擦系数； 通信单元，用于控制及处理单元与上位机进行数据交换。
3.根据权利要求1所述的电刷摩擦系数测试台，其特征在于:所述扭矩传感器(2)采用加载的测功机实现。
4.根据权利要求1所述的电刷摩擦系数测试台，其特征在于:所述镶铜转盘(6)的直径为 60cm。
5.基于权利要求1所述电刷摩擦系数测试台的测量方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: 步骤一:采用标定组件对扭矩传感器进行初始标定；所述标定组件包括标定杠杆和砝码； 步骤二:调整力臂杆(3)的长度，使装有被测电刷的电刷装卡工装(5)处于悬空状态，且使压力传感器的压力示数为零；然后，调整力臂杆(3)的长度，使装在电刷装卡工装(5)内的被测电刷与镶铜转盘(6)相接触，再调整电刷装卡工装(5)的螺纹，使压力传感器的示数在 15kPa-35kPa 内；步骤三:控制系统对拖动电机进行加电，使拖动电机缓启动，当拖动电机开始稳速转动后，控制系统控制压力传感器和扭矩传感器开始测量，计算出被测电刷的摩擦系数。
【文档编号】G01N19/02GK103868846SQ201410102496
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】关宇东, 丁焱, 于博良, 提纯利, 仲小挺, 杜克, 宁宇, 朱雨桐, 徐志剑 申请人:哈尔滨工业大学