本實(shí)用新型涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，具體是一種三輪支撐式滾動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定裝置，也可用于在生產(chǎn)現(xiàn)場測(cè)試不同材料的滾動(dòng)摩擦力及滾動(dòng)摩擦系數(shù)。
背景技術(shù)：
滾動(dòng)摩擦能減少阻力這一原理早在史前時(shí)期即為人們所認(rèn)識(shí)。隨著車輪的發(fā)明與使用，人們已比較樸素地理解到滾動(dòng)摩擦與滑動(dòng)摩擦有著本質(zhì)的區(qū)別。滾動(dòng)摩擦與滑動(dòng)摩擦相比，摩擦阻力更小，功耗更少，磨損率低，傳動(dòng)效率高，在工程系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。但滾動(dòng)摩擦與滑動(dòng)摩擦相比，摩擦機(jī)理及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量都更為復(fù)雜。由于滾動(dòng)摩擦這種固有的復(fù)雜性，使得該研究領(lǐng)域中還沒有形成系統(tǒng)的理論體系，許多深層次的問題還有待于進(jìn)一步研究，特別是由于相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏，在材料的動(dòng)態(tài)變形對(duì)滾動(dòng)摩擦行為的影響機(jī)理及規(guī)律方面還不十分清楚，對(duì)滾動(dòng)摩擦行為與材料變形之間的影響規(guī)律無論在理論模型上還是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上都還缺乏。
不同材料、不同表面粗糙度、不同使用環(huán)境條件下，兩物體間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)不同，故需要儀器設(shè)備在具體條件下進(jìn)行摩擦系數(shù)的測(cè)定；另外一些實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，正壓力、滾動(dòng)速度的大小也會(huì)影響滾動(dòng)摩擦力、滾動(dòng)摩擦系數(shù)的大小，但經(jīng)文獻(xiàn)查新和專利檢索，目前尚未有設(shè)備能夠同時(shí)測(cè)量試件在滾動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)變形和滾動(dòng)摩擦力，而且現(xiàn)有的滾動(dòng)摩擦力、滾動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試裝置在實(shí)驗(yàn)載荷施加、滾動(dòng)速度改變方面也存在一些問題，其得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和工程現(xiàn)場的應(yīng)用可靠性不能不受到質(zhì)疑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種三輪支撐式滾動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定裝置，用于探究滾動(dòng)摩擦系數(shù)以及輪試件滾動(dòng)過程中的彈性滯后變形量。
本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種三輪支撐式滾動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定裝置，包括前后相對(duì)布置的兩對(duì)支座，每對(duì)支座上固定有一根軸，兩根所述軸相互平行，在每根軸上安裝有一個(gè)軸承，兩所述軸承前后相對(duì)；
在兩所述軸承Ⅰ上放置有一個(gè)板試件；在所述板試件的端部設(shè)有壓力傳感器Ⅰ和位移傳感器Ⅰ；
在所述板試件上方設(shè)有一個(gè)可上下移動(dòng)的倒U型架；在所述倒U型架開口內(nèi)固定有軸，在軸上通過一個(gè)軸承安裝輪試件；在所述倒U型架上端設(shè)有位移傳感器Ⅱ和壓力傳感器Ⅱ；在倒U型架上還設(shè)有用于檢測(cè)輪試件角位移的精密光電編碼器。
其進(jìn)一步是試件前方設(shè)有一個(gè)螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅰ，螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅰ包括絲杠Ⅰ、與絲杠Ⅰ連接的步進(jìn)電機(jī)Ⅰ和安裝在絲杠Ⅰ上的螺母Ⅰ；所述螺母Ⅰ靠近板試件一側(cè)固定有所述的壓力傳感器Ⅰ。
所述倒U型架上方設(shè)有一個(gè)螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅱ，螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅱ包括絲杠Ⅱ、與絲杠Ⅱ連接的步進(jìn)電機(jī)Ⅱ和安裝在絲杠Ⅱ上的螺母Ⅱ；所述螺母Ⅱ靠近倒U型架一側(cè)固定有所述的壓力傳感器Ⅱ。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，輪試件以正壓力N壓緊在板試件上，這一過程中，位移傳感器Ⅱ記錄輪試件的徑向變形量Δ；
步進(jìn)電機(jī)Ⅰ按設(shè)定速率驅(qū)動(dòng)壓力傳感器Ⅰ以速度v推動(dòng)板試件運(yùn)動(dòng)；壓力傳感器Ⅰ記錄輪試件的滾動(dòng)摩擦阻力和三個(gè)軸承旋轉(zhuǎn)阻力的合力F1；位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器分別記錄板試件的直線位移L1及輪試件的角位移φ1；
取下輪試件重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)過程，記錄壓力傳感器Ⅰ、位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器所測(cè)各參量：F2、L2、φ2。
F1與F2，相比較可得輪試件的滾動(dòng)阻力，進(jìn)而得到滾動(dòng)摩擦系數(shù)。
綜合比較分析v、L1、φ1、Δ、L2、φ2，可以考察輪試件滾動(dòng)過程中的彈性滯后變形量（軸承裝配時(shí)均采用預(yù)緊技術(shù)，以消除徑向游隙）。
本實(shí)用新型的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，通過兩次實(shí)驗(yàn)與記錄可較為精確的得出滾動(dòng)摩擦系數(shù)，并且可以進(jìn)一步的考察輪試件滾動(dòng)過程中的彈性滯后變形量。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1、步進(jìn)電機(jī)Ⅰ；2、絲杠Ⅰ；3、壓力傳感器Ⅰ；4、螺母Ⅰ；5、軸承；6、支座；7、軸；8、位移傳感器Ⅰ；9、位移傳感器Ⅱ；10、壓力傳感器Ⅱ；11、倒U型架；12、輪試件；13、步進(jìn)電機(jī)Ⅱ；14、絲桿Ⅱ；15、螺母Ⅱ；16、精密光電編碼器；17、板試件。
具體實(shí)施方式
以下是本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
如圖1所示，一種三輪支撐式滾動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定裝置，在底板上表面固定有兩對(duì)前后相對(duì)的支座6，每對(duì)支座6上固定有一根軸7，兩根軸7相互平行，在每根軸7上安裝有一個(gè)軸承5，兩軸承5前后相對(duì)；在兩軸承Ⅰ5上放置一個(gè)板試件17，板試件17的材質(zhì)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)選擇，本實(shí)施例選擇花崗巖石板。在板試件17的前方設(shè)有一個(gè)用于推動(dòng)板試件17向后運(yùn)動(dòng)的螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅰ；螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅰ包括絲杠Ⅰ2、與絲杠Ⅰ2連接的步進(jìn)電機(jī)Ⅰ1和安裝在絲杠Ⅰ2上的螺母Ⅰ4；步進(jìn)電機(jī)Ⅰ1帶動(dòng)絲杠Ⅰ2轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)螺母Ⅰ4；螺母Ⅰ4抵在板試件17前端，推動(dòng)試件17向后運(yùn)動(dòng)，在螺母Ⅰ4靠近板試件17一側(cè)固定壓力傳感器Ⅰ3，以檢測(cè)推動(dòng)試件17的力；在板試件17后端設(shè)有位移傳感器Ⅰ8，用于檢測(cè)試件17的位移。
在板試件17上方設(shè)有一個(gè)可上下移動(dòng)的倒U型架11；在倒U型架11開口內(nèi)固定有軸，在軸上通過一個(gè)軸承5安裝輪試件12；輪試件12的材質(zhì)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)選擇，本實(shí)施例選擇聚合物輪子。在倒U型架11上方設(shè)有一個(gè)用于推動(dòng)倒U型架11向下移動(dòng)的螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅱ；螺母絲杠推進(jìn)機(jī)構(gòu)Ⅱ包括絲杠Ⅱ14、與絲杠Ⅱ14連接的步進(jìn)電機(jī)Ⅱ13和安裝在絲杠Ⅱ14上的螺母Ⅱ15；步進(jìn)電機(jī)Ⅱ13帶動(dòng)絲杠Ⅱ14轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)螺母Ⅱ15；螺母Ⅱ15下側(cè)面與倒U型架11之間設(shè)有壓力傳感器Ⅱ10，以檢測(cè)施加于倒U型架11上端的力。在倒U型架11上還設(shè)有用于檢測(cè)倒U型架11向下移動(dòng)的位移的位移傳感器Ⅱ9，以及用于檢測(cè)輪試件12角位移的精密光電編碼器16。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，輪試件以正壓力N壓緊在板試件上，這一過程中，位移傳感器Ⅱ記錄輪試件的徑向變形量Δ；
步進(jìn)電機(jī)Ⅰ按設(shè)定速率驅(qū)動(dòng)壓力傳感器Ⅰ以速度v推動(dòng)板試件運(yùn)動(dòng)；壓力傳感器Ⅰ記錄輪試件的滾動(dòng)摩擦阻力和三個(gè)軸承旋轉(zhuǎn)阻力的合力F1；位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器分別記錄板試件的直線位移L1及輪試件的角位移φ1；
取下輪試件重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)過程，記錄壓力傳感器Ⅰ、位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器所測(cè)各參量：F2、L2、φ2。
F1與F2，相比較可得輪試件的滾動(dòng)阻力F=F1-F2，進(jìn)而得到滾動(dòng)摩擦系數(shù)：k=F*R/N ，式中：F為滾動(dòng)摩擦阻力，R為試件半徑，N為接觸壓力。
綜合比較分析v、L1、φ1、Δ、L2、φ2，可以考察輪試件滾動(dòng)過程中的彈性滯后變形量（軸承裝配時(shí)均采用預(yù)緊技術(shù)，以消除徑向游隙），彈性滯后變形量可以用一個(gè)簡化的公式來表示：ε =(φ1 -φ2)/L1 。
本實(shí)用新型通過這種三輪支撐法的裝置，可以方便的考察實(shí)驗(yàn)材料的黏彈性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)速度、載荷、滾動(dòng)體半徑、潤滑介質(zhì)對(duì)滾動(dòng)摩擦阻力矩和彈性滯后變形量的影響規(guī)律。