[发明专利]一种测定摩擦系数的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，更具体地，涉及一种测定摩擦系数的装置及方法。

背景技术

摩擦系数是一个重要的物性参数，目前测量摩擦系数的方法各式各样，但普遍存在结构复杂、精度低等问题，而市面上绝大多数测量摩擦系数的设备价格昂贵，且测定材料单一。已公开的中国专利201611123323.5虽能同时测定滑动摩擦系数和静摩擦系数，但仍存在成本高、结构复杂、弹簧老化影响精度等问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种测定摩擦系数的装置及方法，结构简单、精度高、易操作。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种测定摩擦系数的装置，包括底座、滑道、标准样品、待测样品、直线步进电机，所述的底座与滑道的一端铰接，所述的标准样品固定在滑道上，所述的直线步进电机连接滑道，所述的直线步进电机控制滑道的倾斜角度，所述的测定摩擦系数的装置还包括第一光电传感器、第二光电传感器、位移传感器、控制系统，所述的第一光电传感器、第二光电传感器固定在滑道上，所述的第一光电传感器位于标准样品远离底座与滑道铰接处的一端，所述的第二传感器位于标准样品另一端，所述的位移传感器固定在底座上，与底座与滑道铰接处距离L，能够测量底座与滑道的垂直距离h，所述的待测样品放置在滑道上第一光电传感器处，所述的控制系统控制直线步进电机的运转，并记录第一光电传感器、第二光电传感器、位移传感器的感应信号。该装置可以一次性检测最大静摩擦系数和滑动摩擦系数。

进一步地，还包括活动滑块、轴承，所述的直线步进电机包括丝杠，所述的丝杠连接轴承，所述的轴承活动连接滑块，所述的滑块与滑道滑动连接。提高装置的精度，方便对滑道的倾斜角度的控制。

进一步地，所述的滑道的上部设置有标准样品槽，所述的标准样品固定在标准样品槽内。使得标准样品固定更稳固，也方便更换。

进一步地，所述的滑道的下部设置有滑槽，所述的滑块设置在滑槽内，能够沿着滑槽滑动。方便滑块的滑动。

进一步地，所述的待测样品底部为待测材料，顶部为不锈钢块，待测材料与不锈钢块可拆卸连接。提高待测样品活动的稳定性(特别是质量较轻的样品)，同时方便更换待测材料。

进一步地，所述的控制系统为单片机控制系统。

一种测量摩擦系数的方法，包括以下步骤：

S1：启动直线步进电机，滑道倾斜角度增加；

S2：待测样品开始滑动的瞬间，第一光电传感器动作，控制系统开始计时；

S3：停止直线步进电机，控制系统读取位移传感器测量的h值，位移传感器距离底座与滑道铰接处的距离为L，位移传感器测量底座与滑道的垂直距离h，控制系统计算最大静摩擦系数μ_s；

S4：待测样品继续滑动，通过第二光电传感器时，第二光电传感器动作；

S5：控制系统停止计时，记录待测材料通过第一传感器与第二传感器之间的时间间隔t，计算滑动摩擦系数μ_k。

与现有技术相比，有益效果是：该测量装置结构简单、精度高、易操作、效率高，且能够同时测量最大静摩擦系数和滑动摩擦系数，进一步优化了传统测量摩擦系数的方法。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明标准样品槽结构示意图。

图3是本发明滑槽结构示意图。

图4是本发明待测样品结构及受力示意图。

图5是测量摩擦系数的方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1-5所示，由牛顿定律可得：

F_S＝μmg cosθ(公式1)；

F＝mgsinθ(公式2)；

当待测样品将从静止状态转变为运动状态时：

F≥F_S(公式3)；

在待测样品运动瞬间：

F＝F_S(公式4)；

F_S＝μ_smg cosθ＝F＝mg sinθ(公式5)；

待测样品由静止状态变成运动状态，静摩擦系数也转换为滑动摩擦系数：