无级调压摩擦系数测量仪的制作方法

本发明属于摩擦系数测量领域，具体涉及一种无级调压摩擦系数测量仪。

背景技术：

摩擦系数是一个复杂的物理量，与材料属性、表面粗糙度、运动速度、法向压力等都有一定关系。但现有的直线式摩擦系数测量仪一般来说都只能在法向压力为定值时测量摩擦系数，有一些改进的发明也采用增加砝码的方式来改变法向压力，但无法实现无级调压，不能精确控制法向压力大小，也无法提供足够大的法向压力。在一些重型机械用金属的摩擦系数测量方面，现有技术无法满足需求。

在直线式摩擦系数测量仪的现有技术领域中，如中国发明专利公开号cn106092876b，公布了一种摩擦系数测试仪，提供了一种方便的摩擦系数测量方法和设备，但是被测表面的法向压力无法改变，而且法向压力值较小。在重型机械工程实际中，被测表面的法向压力往往十分巨大，可能对摩擦系数真实值的测量产生不可忽略的影响。因此，该摩擦系数测量仪并不适用于重型机械领域。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的直线式摩擦系数测量仪只能在法向压力为定值时测量摩擦系数、无法实现无级调压、不能精确控制法向压力大小、也无法提供足够大的法向压力的技术问题，提供一种无级调压摩擦系数测量仪。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种无级调压摩擦系数测量仪，包括机架、设在机架两侧边上的导轨、动力机构、下测试平台、上测试平台、气动加压机构、摩擦力采集机构、距离传感器、金属感应板以及安装有控制系统和数据处理系统的计算机；所述动力机构设在机架安装槽的底部，所述下测试平台设在导轨上并位于动力机构的上方，所述上测试平台设在下测试平台的上面，所述气动加压机构设在下测试平台和上测试平台的上方并通过支柱固定在机架的两侧底板上，所述摩擦力采集机构设在机架底部的另一侧，所述距离传感器设在机架安装槽的内侧壁上并位于下测试平台的下方；所述金属感应板设在下测试平台的下表面上；

所述动力机构与控制系统连接，所述距离传感器与控制系统连接，所述气动加压机构与控制系统连接，所述摩擦力采集机构与数据处理系统连接。

进一步地，所述动力机构包括伺服电机、电机支撑座、膜片联轴器、滚珠丝杠、螺母座、滚珠丝杠支撑座、挡板和支撑座端盖；所述伺服电机安装在电机支撑座上，所述伺服电机与控制系统连接，所述电机支撑座安装在机架安装槽的底部一侧，所述滚珠丝杠的一端通过膜片联轴器与伺服电机的一端连接，所述滚珠丝杠的另一端设有滚珠丝杠支撑座，所述滚珠丝杠支撑座的外侧设有挡板，所述挡板上设有支撑座端盖；所述滚珠丝杠的中间设有螺母座，所述螺母座与下测试平台的下表面相连。

进一步地，所述下测试平台包括下载物台，所述下载物台的底面两侧设有有滑块，所述滑块安装在导轨上；所述下载物台的中间设有矩形槽，所述矩形槽的一侧设有夹紧机构，所述矩形槽的另一侧设有固定机构；所述矩形槽中放置下试件，且下试件通过夹紧机构和固定机构进行固定。

进一步地，所述上测试平台包括上载物台，所述上载物台的一个端面上设有螺纹连接头，所述上载物台的中间设有载物槽，所述载物槽中放置上试件，所述上载物台的另外三个端面安装紧定螺钉。

进一步地，所述气动加压机构包括气缸连接座，所述气缸连接座的两侧设有支柱并通过支柱固定在机架的两侧底板上，所述气缸连接座上安装有气缸，气缸活塞杆的下端安装辅助运动连接板，所述辅助运动连接板的一端垂直安装有辅助运动杆，所述辅助运动杆的一端垂直穿过气缸连接座上设置的孔，所述气缸与空气压缩机连接，空气压缩机与控制系统连接。

进一步地，所述摩擦力采集机构包括有底座，所述底座上安装有圆柱形外壳，所述圆柱形外壳的上、下端上安装有轴承，所述轴承内安装有螺杆，所述螺杆上安装有滑环，所述滑环的一端与连接块相连，所述连接块与拉力传感器相连，所述拉力传感器的一端与传力杆相连，所述传力杆与上测试平台相连，所述拉力传感器与数据处理系统连接。

进一步地，所述金属感应板与距离传感器感应头的垂直距离不超过mm。

进一步地，所述夹紧机构包括螺纹座，所述螺纹座固定在下载物台的一侧边上，螺纹座中设有螺杆，螺杆的一端设有夹钳；所述固定机构包括两个固定块，所述两个固定块固定在下载物台上并位于矩形槽的两侧，所述固定块上设有若干螺纹孔，螺纹孔中安装有紧固螺钉。

本发明的有益效果是：

本发明通过机架、设在机架上的导轨、在机架和导轨上依次设置的动力机构、下测试平台、上测试平台、气动加压机构、摩擦力采集机构等实现测量摩擦系数时法向压力的无级调节，且可提供的压力上限大，上下两个摩擦面可以进行更换，下测试平台上设置夹紧机构和固定机构，可调性使该测量仪对试件的尺寸和形状要求低，简化了测量流程。因此，具有可调节法向压力、可提供大载荷法向压力、可进行多种材料组合测试、试件加工要求低、试件安装便捷牢靠等优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明动力机构的结构示意图；

图3为本发明下测试平台的结构示意图；

图4为本发明上测试平台的爆炸图；

图5为本发明气动加压机构的结构示意图；

图6为本发明摩擦力采集机构的剖视图；

图7为本发明距离传感器和金属感应板的安装位置示意图；

图中：机架-1；动力机构-2、伺服电机-21、电机支撑座-22、膜片联轴器-23、滚珠丝杠-24、螺母座-25、滚珠丝杠支撑座-26、挡板-27、支撑座端盖-28；下测试平台-3、下载物台-31、夹紧机构-32、螺杆-321、螺纹座-322、夹钳-323、矩形槽-33、下试件-34、滑块-35、固定机构-36、紧固螺钉-361、螺纹孔-362、固定块-363；上测试平台-4、载物台-41、螺纹连接头-42、紧定螺钉-43、上试件-44、载物槽-45；气动加压机构-5、支柱-51、气缸-52、气缸活塞杆-53、辅助运动杆-54、气缸连接座-55、辅助运动连接板-56；摩擦力采集机构-6、拉力传感器-61、传力杆-62、连接块-63、圆柱形外壳-64、滑环-65、螺杆-66、轴承-67、底座-68；距离传感器-7；导轨-8；金属感应板-9。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步地描述。

如图1所示，本实施例所述的一种无级调压摩擦系数测量仪，包括机架1、设在机架1两侧边上的导轨8、动力机构2、下测试平台3、上测试平台4、气动加压机构5、摩擦力采集机构6、距离传感器7、金属感应板9以及安装有控制系统和数据处理系统的计算机；所述动力机构2设在机架1安装槽的底部，动力机构2用于为下测试平台3做直线往返运动提供动力，所述下测试平台3设在导轨8上并位于动力机构2的上方，下测试平台3用于装载下试件34，所述上测试平台4设在下测试平台3的上面，上测试平台4用于放置上试件44，所述气动加压机构5设在下测试平台3和上测试平台4的上方并通过支柱51固定在机架1的两侧底板上，气动加压机构5用于为被测表面提供无级可调的法向压力，所述摩擦力采集机构6设在机架1底部的另一侧，用于感知并记录摩擦力值，所述距离传感器7设在机架1安装槽的内侧壁上并位于下测试平台3的下方，为了使下测试平台3正反运动时都不与其他部件发生干涉，距离传感器7的数量设置为2；

如图7所示，所述金属感应板9设在下测试平台3的下表面上；所述金属感应板9与距离传感器7感应头的垂直距离不超过10mm。距离传感器7和金属感应板9为下测试平台3的运动行程提供限位保护，避免下测试平台3与其他部件发生干涉。工作时，当下测试平台3开始运动到极限位置，此时金属感应板9靠近距离传感器7，距离传感器7产生电信号传输到控制系统，控制系统发出指令使伺服电机21断电停止工作，来保护下测试平台3不与其他部件发生干涉。

所述动力机构2与控制系统连接，所述距离传感器7与控制系统连接，所述气动加压机构5与控制系统连接，通过控制系统可分别对气动加压机构5和伺服电机21进行控制。所述摩擦力采集机构6与数据处理系统连接。

如图2所示，所述动力机构2包括伺服电机21、电机支撑座22、膜片联轴器23、滚珠丝杠24、螺母座25、滚珠丝杠支撑座26、挡板27和支撑座端盖28；所述伺服电机21安装在电机支撑座22上，所述伺服电机21与控制系统连接，控制系统调节伺服电机21的启停和转速，从而控制下测试平台3直线运动的行程和速度；所述电机支撑座22安装在机架1安装槽的底部一侧，所述滚珠丝杠24的一端通过膜片联轴器23与伺服电机21的一端连接，所述滚珠丝杠24的另一端设有滚珠丝杠支撑座26，所述滚珠丝杠支撑座26的外侧设有挡板27，所述挡板27上设有支撑座端盖28；所述滚珠丝杠24的中间设有螺母座25，所述螺母座25与下测试平台3的下表面相连，如此，便可通过伺服电机21带动滚珠丝杠24转动，继而通过螺母座25带动下载物台31做直线运动。

如图3所示，所述下测试平台3包括下载物台31，所述下载物台31的底面两侧设有有滑块35，所述滑块35安装在导轨8上；所述下载物台31的中间设有矩形槽33，所述矩形槽33的一侧设有夹紧机构32，所述矩形槽33的另一侧设有固定机构36；所述矩形槽33中放置下试件34，且下试件34通过夹紧机构32和固定机构36进行固定。所述夹紧机构32包括螺纹座322，所述螺纹座322固定在下载物台31的一侧边上，螺纹座322中设有螺杆321，螺杆321的一端设有夹钳323，通过旋转螺杆321可调节夹钳323前后运动以夹紧下试件34，并且可对不同长度下试件34进行夹紧；所述固定机构36包括两个固定块363，所述两个固定块363固定在下载物台31上并位于矩形槽33的两侧，所述固定块363上设有若干螺纹孔362，螺纹孔362中安装有紧固螺钉361，以便对宽度不同的下试件34都可以进行固定。

为了增加下测试平台3直线运动的平稳性，滑块35的数量设置为4个。

为了固定不同尺寸的下试件34，固定块363上的螺纹孔362的数量设置为4个。

如图4所示，所述上测试平台4包括上载物台41，所述上载物台41的一个端面上设有螺纹连接头42，所述上载物台41的中间设有载物槽45，所述载物槽45中放置上试件44，所述上载物台41的另外三个端面安装紧定螺钉43，对不同尺寸上试件44，紧定螺钉43都可将其固定。

如图5所示，所述气动加压机构5包括气缸连接座55，所述气缸连接座55的两侧设有支柱51并通过支柱51固定在机架1的两侧底板上，所述气缸连接座55上安装有气缸52，气缸活塞杆53的下端安装辅助运动连接板56，所述辅助运动连接板56的一端垂直安装有辅助运动杆54，所述辅助运动杆54的一端垂直穿过气缸连接座55上设置的孔，并可在孔中上下运动，所述气缸52与空气压缩机连接，空气压缩机与控制系统连接。气动加压机构5工作时先通过控制系统开启空气压缩机，压缩气体使气缸活塞杆53向下运动并在上测试平台4上表面施加一定法向压力，通过控制系统可调节该法向压力的大小。

如图6所示，所述摩擦力采集机构6包括有底座68，所述底座68上安装有圆柱形外壳64，所述圆柱形外壳64的上、下端上安装有轴承67，所述轴承67内安装有螺杆66，所述螺杆66上安装有滑环65，所述滑环65的一端与连接块63相连，所述连接块63与拉力传感器61相连，所述拉力传感器61的一端与传力杆62相连，所述传力杆62与上测试平台4相连，所述拉力传感器61与数据处理系统连接。当下测试平台3与上测试平台4发生相对滑动时，摩擦力采集机构6便可采集到设定行程内的摩擦力值。

其整个工作过程为：测量前，对上试件44进行称重，设定气动加压机构5所施加压力值，然后将上试件44、上载物台41和紧定螺钉43的重力与气动加压机构5施加的法向压力相加，作为总法向压力，并将总法向压力值预先输入数据处理系统。之后依次安装下试件34和上试件44，并将上测试平台4通过螺纹连接头42安装到传力杆62上。在控制系统中输入下测试平台3的运动行程和由气动加压机构5施加的压力值，然后气动加压机构5动作，气缸活塞杆53压下，在上测试平台4上表面施加压力。

之后就进入正式测试阶段，控制系统发出启动指令，使伺服电机21带动下测试平台3沿直线匀速运动，与上测试平台4发生摩擦，摩擦力采集机构6采集动态过程中的摩擦力值并输入数据处理系统，由数据处理系统对输入数据进行计算，自动输出摩擦系数值。