本實(shí)用新型涉及一種摩擦系數(shù)測量裝置，屬于測量儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的當(dāng)測量兩物體之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)時(shí)，可將兩物體同時(shí)放置于一傾角可以變化的斜面上，一物體置于另一物體之上。下面的物體固定于斜面上, 上面的物體制作成圓柱狀，可以在下面的物體表面上自由滾動(dòng)。如圖1所示。

根據(jù)牛頓第二定律分析被測試樣1開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況。當(dāng)傾斜角不大時(shí), 被測試樣1相對(duì)于被測試樣2處于靜止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)，有下式的力平衡：

N –mgcosθ=0 (1)

mgsinθ-f = 0 (2)

（1）式中，N 為被測試樣2施加在被測試樣1上的支撐反力；（2）式中，f為摩擦力。逐漸增大θ角（可以通過改變距離x實(shí)現(xiàn)）到θ=θ₀時(shí)，被測試樣1恰好開始滾動(dòng)，這時(shí)摩擦力記為f_r， f_r = u₀N，此時(shí)的u₀稱為臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)，也是本實(shí)用新型要測量的物理量。將該式代入到（1）、（2）式中，可得

u₀ = tan θ₀ =x₀/y(3)

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u₀不同，故需要儀器設(shè)備在具體條件下進(jìn)行摩擦系數(shù)的測定；另正壓力的大小理論上不會(huì)影響u₀的大小，但在工程應(yīng)用中，由于兩摩擦材料接觸表面的微觀形貌不同（尤其是金屬材料對(duì)非金屬材料的摩擦），正壓力變化會(huì)導(dǎo)致u₀在一定范圍內(nèi)發(fā)生變動(dòng)，故在不同正壓力大小施加作用下的u₀精確測定，也是工程應(yīng)用中需要解決的問題。

經(jīng)文獻(xiàn)查新和專利檢索，現(xiàn)有用于測定滾動(dòng)摩擦系數(shù)（如M-2000多功能摩擦-磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)）的方法原理可歸結(jié)為斜面小車法，即將被測試樣1做成小車車輪，被測試樣2做成平板，對(duì)小車施加不同重量以測定兩材料間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)。該方法需要在待測試樣上裝配滾動(dòng)軸承，欲使小車車輪滾動(dòng)，必須先克服滾動(dòng)軸承滾子與保持架間的摩擦力，故存在一定測量誤差。此外，中國專利ZL99251092.9《摩擦系數(shù)測定儀》是通過觀察得到θ₀角來計(jì)算u₀的，精度較低，且無法改變正壓力，只涉及靜摩擦系數(shù)測定，不涉及滾動(dòng)摩擦系數(shù)測定范疇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型提供一種臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)精密測定裝置，可任意改變正壓力大小，精確測定滾動(dòng)摩擦系數(shù)u₀，將摩擦系數(shù)的測定問題轉(zhuǎn)換為距離測量問題，同時(shí)，可適應(yīng)較大范圍的臨界滑動(dòng)摩擦系數(shù)變化。

本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)精密測定裝置，它包括底座，底座上面的一端固定有鉸支座，底座上面的另一端裝有可調(diào)支撐架；

所述鉸支座上通過鉸接軸鉸接有工作臺(tái)，工作臺(tái)在初始位置與所述底座平行，所述工作臺(tái)的中部有測試區(qū)域，測試區(qū)域內(nèi)嵌裝有平板狀的被測試樣Ⅱ，被測試樣Ⅱ上放置有被測試樣Ⅰ，被測試樣Ⅰ是圓柱形金屬件；所述被測試樣Ⅱ下方安裝有給被測試樣Ⅰ提供壓力的電磁鐵，電磁鐵的繞組線圈電連接有可調(diào)直流電壓源；所述電磁鐵的鐵芯是“U”形，所述電磁鐵通過卡箍和螺栓組件固定在所述工作臺(tái)下面；

所述工作臺(tái)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩排長度定位孔，長度定位孔布置在工作臺(tái)遠(yuǎn)離鉸支座的部分，每個(gè)長度定位孔的圓心與鉸接軸的軸線距離是定值，定值的精度為0.01mm；所述工作臺(tái)上套裝有可調(diào)支撐套，可調(diào)支撐套的兩側(cè)裝有能將可調(diào)支撐套鎖定在任一長度定位孔位置的自定心鎖緊裝置；

所述可調(diào)支撐架位于所述可調(diào)支撐套下方，可調(diào)支撐架是橫跨在底座上的槽形支架，可調(diào)支撐架上安裝有升降調(diào)節(jié)螺釘，升降調(diào)節(jié)螺釘通過螺紋副安裝在所述可調(diào)支撐架的橫梁中部，所述升降調(diào)節(jié)螺釘與所述底座相垂直，所述升降調(diào)節(jié)螺釘?shù)南露藶檎{(diào)整手柄，所述升降調(diào)節(jié)螺釘?shù)纳隙酥谱饔兄行陌伎?，中心凹孔上坐落有光滑球體，光滑球體的上方與所述可調(diào)支撐套點(diǎn)接觸，所述底座的兩側(cè)制作有供所述可調(diào)支撐架滑動(dòng)的“T”型通槽，可調(diào)支撐架的兩側(cè)支撐板的下端通過螺栓組件鎖定在底座上，螺栓組件的螺栓頭卡裝在所述“T”型通槽內(nèi)；

還包括分置的百分表座，百分表座上裝有用于測定所述工作臺(tái)抬升高度的百分表，所述可調(diào)支撐套上有定位凹點(diǎn)，可調(diào)支撐套鎖定后，定位凹點(diǎn)的中心與鎖定位置的長度定位孔的圓心在同一垂線上，百分表的測頭嵌入所述定位凹點(diǎn)。

所述被測試樣Ⅰ制作成中間粗兩端細(xì)的臺(tái)階圓軸形，被測試樣Ⅰ在靜止和滾動(dòng)時(shí)均與所述電磁鐵構(gòu)成封閉磁路。

每一側(cè)的所述自定心鎖緊裝置包括固定在所述可調(diào)支撐套側(cè)壁上的銷軸套筒，銷軸套筒內(nèi)滑配合安裝有銷軸，銷軸橫向穿過可調(diào)支撐套的側(cè)壁，銷軸的前端制作成自定心圓錐頭，所述銷軸套筒內(nèi)有彈簧槽，彈簧槽內(nèi)的銷軸上裝有彈簧，彈簧的一端抵在自定心圓錐頭后端的臺(tái)階上，常態(tài)下彈簧使自定心圓錐頭插入所述長度定位孔內(nèi)；所述銷軸的后端伸出銷軸套筒并固定有銷軸后母，所述銷軸套筒的外端面上制作有“一”字形插槽，所述銷軸后母的前端制作有“一”字形插頭，常態(tài)下“一”字形插頭嵌入所述“一”字形插槽內(nèi)。

所述工作臺(tái)的測試區(qū)域靠近所述鉸支座的極限位置設(shè)置有擋塊。

所述底座的下端面上設(shè)置有多個(gè)調(diào)整螺釘。

所述被測試樣Ⅱ的上平面與所述工作臺(tái)的上平面齊平或低于所述工作臺(tái)的上平面。

所述工作臺(tái)靠近鉸接軸的一端具有筋板，所述鉸支座的兩側(cè)與底座之間有加強(qiáng)肋板。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型將摩擦系數(shù)的測定問題轉(zhuǎn)換為距離測量問題，便捷直觀；將負(fù)載施加變換為電磁力施加，操作簡便，誤差小。

2、本實(shí)用新型較現(xiàn)行測量方法測量精度準(zhǔn)確。距離x的測定通過百分表測定讀取，精度可達(dá)到0.01mm,精度較高；距離y通過制造保證，精度亦可達(dá)到0.01mm，精度較高。另外，如果被測試樣Ⅰ與被測試樣Ⅱ間的臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)較小時(shí)，出現(xiàn)無顯著距離x讀取時(shí)被測試樣Ⅰ就在被測試樣Ⅱ上發(fā)生滾動(dòng)的情形，本實(shí)用新型很好的解決了這個(gè)問題。首先松開可調(diào)支撐套兩側(cè)的自定心鎖緊裝置，使可調(diào)支撐套沿工作臺(tái)滑動(dòng)，將可調(diào)支撐套滑動(dòng)至離鉸接軸更遠(yuǎn)的長度定位孔位置，使自定心鎖緊裝置卡入新的長度定位孔內(nèi)，重新自定心定位，可調(diào)支撐套與工作臺(tái)卡緊；然后，將可調(diào)支撐架兩側(cè)的螺栓組件松開，此時(shí)可調(diào)支撐架與底座松聯(lián)接，可調(diào)支撐架能在底座兩側(cè)的“T”型通槽中滑動(dòng)，將可調(diào)支撐架調(diào)整至可調(diào)支撐套的下方，使光滑球體與可調(diào)支撐套下平面接觸，再擰緊螺栓組件，此時(shí)可調(diào)支撐架與底座緊聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)重新定位，如此水平距離y被加長，抬起的距離x會(huì)有顯著讀數(shù)，可適應(yīng)較大范圍的臨界滑動(dòng)摩擦系數(shù)變化。

3、本實(shí)用新型正壓力施加通過電磁吸力裝置實(shí)現(xiàn)，可通過改變直流電流的大小改變正壓力大小，測量不同正壓力下兩材料間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)；

4、本實(shí)用新型測量結(jié)構(gòu)簡單、操作便利，易于實(shí)施推廣。

附圖說明

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型主視圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是圖1的C向視圖；

圖4是圖1的B-B剖面圖；

圖5是圖2的A-A剖面圖；

圖6是圖3的I處局部放大圖；

圖7是圖6的銷軸后母的D向視圖，去除其他零件；

圖8是圖6的銷軸套筒的E向視圖，去除其他零件；

圖9是本實(shí)用新型原理圖；

圖10是本實(shí)用新型測定調(diào)整原理圖。

圖中，1、工作臺(tái)，1-1、筋板，1-2、長度定位孔，2、擋塊，3、被測試樣Ⅰ，4、被測試樣Ⅱ，5、電磁鐵，5-1、繞組線圈，5-2、可調(diào)直流電壓源，6、卡箍，7、百分表座，8、光滑球體，9、升降調(diào)節(jié)螺釘，9-1、中心凹孔，10、可調(diào)支撐套，10-1、定位凹點(diǎn)，11、調(diào)整螺釘，12、底座，12-1、“T”型通槽，13、鉸支座，13-1、加強(qiáng)肋板，14、鉸接軸，15、可調(diào)支撐架，16、自定心鎖緊裝置，17、螺栓組件，18、銷軸，19、銷軸套筒，19-1、“一”字形插槽，20、銷軸后母，20-1、“一”字形插頭，21、彈簧。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

如附圖圖1-圖8所示的一種臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)精密測定裝置，它包括底座12，底座12上面的一端固定有鉸支座13，底座12上面的另一端裝有可調(diào)支撐架15；

所述鉸支座13上通過鉸接軸14鉸接有工作臺(tái)1，工作臺(tái)1在初始位置與所述底座12平行，所述工作臺(tái)1的中部有測試區(qū)域，測試區(qū)域內(nèi)嵌裝有平板狀的被測試樣Ⅱ4，被測試樣Ⅱ4上放置有被測試樣Ⅰ3，被測試樣Ⅰ3是圓柱形金屬件；所述被測試樣Ⅱ4下方安裝有給被測試樣Ⅰ3提供壓力的電磁鐵5，電磁鐵5的繞組線圈5-1電連接有可調(diào)直流電壓源5-2；所述電磁鐵5的鐵芯是“U”形，所述電磁鐵5通過卡箍6和螺栓組件固定在所述工作臺(tái)1下面；

所述工作臺(tái)1的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩排長度定位孔1-2，長度定位孔1-2布置在工作臺(tái)1遠(yuǎn)離鉸支座13的部分，每個(gè)長度定位孔1-2的圓心與鉸接軸14的軸線距離是定值，定值的精度為0.01mm；所述工作臺(tái)1上套裝有可調(diào)支撐套10，可調(diào)支撐套10的兩側(cè)裝有能將可調(diào)支撐套10鎖定在任一長度定位孔1-2位置的自定心鎖緊裝置16；

所述可調(diào)支撐架15位于所述可調(diào)支撐套10下方，可調(diào)支撐架15是橫跨在底座12上的槽形支架，可調(diào)支撐架15上安裝有升降調(diào)節(jié)螺釘9，升降調(diào)節(jié)螺釘9通過螺紋副安裝在所述可調(diào)支撐架15的橫梁中部，所述升降調(diào)節(jié)螺釘9與所述底座12相垂直，所述升降調(diào)節(jié)螺釘9的下端為調(diào)整手柄，所述升降調(diào)節(jié)螺釘9的上端制作有中心凹孔9-1，中心凹孔9-1上坐落有光滑球體8，光滑球體8的上方與所述可調(diào)支撐套10點(diǎn)接觸，所述底座12的兩側(cè)制作有供所述可調(diào)支撐架15滑動(dòng)的“T”型通槽12-1，可調(diào)支撐架15的兩側(cè)支撐板的下端通過螺栓組件17鎖定在底座12上，螺栓組件17的螺栓頭卡裝在所述“T”型通槽12-1內(nèi)；

還包括分置的百分表座7，百分表座7上裝有用于測定所述工作臺(tái)1抬升高度的百分表，所述可調(diào)支撐套10上有定位凹點(diǎn)10-1，可調(diào)支撐套10鎖定后，定位凹點(diǎn)10-1的中心與鎖定位置的長度定位孔1-2的圓心在同一垂線上，百分表的測頭嵌入所述定位凹點(diǎn)10-1。

所述被測試樣Ⅰ3制作成中間粗兩端細(xì)的臺(tái)階圓軸形，被測試樣Ⅰ3在靜止和滾動(dòng)時(shí)均與所述電磁鐵5構(gòu)成封閉磁路。

如圖6-圖8所示，每一側(cè)的所述自定心鎖緊裝置16包括固定在所述可調(diào)支撐套10側(cè)壁上的銷軸套筒19，銷軸套筒19內(nèi)滑配合安裝有銷軸18，銷軸18橫向穿過可調(diào)支撐套10的側(cè)壁，銷軸18的前端制作成自定心圓錐頭，所述銷軸套筒19內(nèi)有彈簧槽，彈簧槽內(nèi)的銷軸18上裝有彈簧21，彈簧21的一端抵在自定心圓錐頭后端的臺(tái)階上，常態(tài)下彈簧使自定心圓錐頭插入所述長度定位孔1-2內(nèi)；所述銷軸18的后端伸出銷軸套筒19并固定有銷軸后母20，所述銷軸套筒19的外端面上制作有“一”字形插槽19-2，所述銷軸后母20的前端制作有“一”字形插頭20-1，常態(tài)下“一”字形插頭20-1嵌入所述“一”字形插槽19-2內(nèi)。

所述工作臺(tái)1的測試區(qū)域靠近所述鉸支座13的極限位置設(shè)置有擋塊2。

所述底座12的下端面上設(shè)置有多個(gè)調(diào)整螺釘11。

所述被測試樣Ⅱ4的上平面與所述工作臺(tái)1的上平面齊平或低于所述工作臺(tái)1的上平面。

所述工作臺(tái)1靠近鉸接軸的一端具有筋板1-1，所述鉸支座13的兩側(cè)與底座12之間有加強(qiáng)肋板13-1。

一種采用所述裝置的臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)精密測定方法，

包括如下步驟：

第一步、將底座12和工作臺(tái)1水平找正，百分表調(diào)零，百分表的測頭嵌入定位凹點(diǎn)10-1，每個(gè)長度定位孔1-2的圓心與鉸接軸14的軸線距離在制作時(shí)就確定好定值，定值的精度為0.01mm；

第二步、將被測試樣Ⅰ3置于被測試樣Ⅱ4上靜置，被測試樣Ⅰ3的滾動(dòng)方向朝向所述鉸支座13；

第三步、緩慢旋轉(zhuǎn)升降調(diào)節(jié)螺釘9，通過光滑球體8抬起工作臺(tái)1，抬起的距離x由百分表直接讀出；如果被測試樣Ⅰ3與被測試樣Ⅱ4間的臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)較小時(shí)，出現(xiàn)無顯著距離x讀取時(shí)被測試樣Ⅰ3就在被測試樣Ⅱ4上發(fā)生滾動(dòng)的情形，首先松開可調(diào)支撐套10兩側(cè)的自定心鎖緊裝置16，使可調(diào)支撐套10沿工作臺(tái)滑動(dòng)，將可調(diào)支撐套10滑動(dòng)至離鉸接軸14更遠(yuǎn)的長度定位孔1-2位置，使自定心鎖緊裝置16卡入新的長度定位孔1-2內(nèi)，重新自定心定位，可調(diào)支撐套10與工作臺(tái)卡緊；然后，將可調(diào)支撐架15兩側(cè)的螺栓組件17松開，此時(shí)可調(diào)支撐架15與底座12松聯(lián)接，可調(diào)支撐架15能在底座12兩側(cè)的“T”型通槽12-1中滑動(dòng)，將可調(diào)支撐架15調(diào)整至可調(diào)支撐套10的下方，使光滑球體8與可調(diào)支撐套10下平面接觸，再擰緊螺栓組件17，此時(shí)可調(diào)支撐架15與底座12緊聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)重新定位，如此水平距離y被加長，抬起的距離x會(huì)有顯著讀數(shù)，可適應(yīng)較大范圍的臨界滑動(dòng)摩擦系數(shù)變化；

第四步、當(dāng)被測試樣Ⅰ3恰好在被測試樣Ⅱ4上發(fā)生滾動(dòng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，記錄此時(shí)抬起距離讀數(shù)x₀，根據(jù)u₀ = tan θ₀ =x₀/y，得到滾動(dòng)摩擦系數(shù)u₀的值；

第五步、調(diào)節(jié)可調(diào)直流電壓源5-2，改變直流電流I的大小，施加不同大小的吸力，重復(fù)上述試驗(yàn)，測定不同大小正壓力時(shí)，滾動(dòng)摩擦系數(shù)值的變化。

所述的臨界滾動(dòng)摩擦系數(shù)精密測定方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，

每一側(cè)的所述自定心鎖緊裝置16包括固定在所述可調(diào)支撐套10側(cè)壁上的銷軸套筒19，銷軸套筒19內(nèi)滑配合安裝有銷軸18，銷軸18橫向穿過可調(diào)支撐套10的側(cè)壁，銷軸18的前端制作成自定心圓錐頭，所述銷軸套筒19內(nèi)有彈簧槽，彈簧槽內(nèi)的銷軸18上裝有彈簧21，彈簧21的一端抵在自定心圓錐頭后端的臺(tái)階上，常態(tài)下彈簧使自定心圓錐頭插入所述長度定位孔1-2內(nèi)；所述銷軸18的后端伸出銷軸套筒19并固定有銷軸后母20，所述銷軸套筒19的外端面上制作有“一”字形插槽19-2，所述銷軸后母20的前端制作有“一”字形插頭20-1，常態(tài)下“一”字形插頭20-1嵌入所述“一”字形插槽19-2內(nèi)；

進(jìn)行所述第三步時(shí)，操作自定心鎖緊裝置16時(shí)需要：首先將兩側(cè)自定心鎖緊裝置16的銷軸后母20拔起，使其離開銷軸套筒19的“一”字形插槽19-2，此時(shí)銷軸18可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將銷軸后母旋轉(zhuǎn)90度，使銷軸后母懸空架在“一”字形插槽19-2外端，此時(shí)銷軸18離開長度定位孔1-2，可調(diào)支撐套10與工作臺(tái)是松開狀態(tài)，可調(diào)支撐套10能沿工作臺(tái)滑動(dòng)；至新位置后，再將銷軸后母旋轉(zhuǎn)90度，使銷軸后母前端的“一”字形插頭20-1在彈簧力的作用下重新嵌入“一”字形插槽19-2內(nèi)，銷軸依靠前端的自定心圓錐頭重新自定心定位，可調(diào)支撐套10與工作臺(tái)重新卡緊。

本實(shí)用新型將摩擦系數(shù)的測定問題轉(zhuǎn)換為距離測量問題，便捷直觀；將負(fù)載施加變換為電磁力施加，操作簡便，誤差小。

本實(shí)用新型較現(xiàn)行測量方法測量精度準(zhǔn)確。距離x的測定通過百分表測定讀取，精度可達(dá)到0.01mm,精度較高；距離y通過制造保證，精度亦可達(dá)到0.01mm，精度較高。如圖9-圖10所示，若被測試樣1和被測試樣2間的摩擦系數(shù)較小，即tgθ較小，θ較小，x/y也較小，此時(shí)，x用百分表讀取不顯著；若想讀取較大x值，必須增大y值。故技術(shù)原理是增大y至y’，此時(shí)可讀得較大x’值。本實(shí)用新型很好的解決了這個(gè)問題。首先松開可調(diào)支撐套兩側(cè)的自定心鎖緊裝置，使可調(diào)支撐套沿工作臺(tái)滑動(dòng)，將可調(diào)支撐套滑動(dòng)至離鉸接軸更遠(yuǎn)的長度定位孔位置，使自定心鎖緊裝置卡入新的長度定位孔內(nèi)，重新自定心定位，可調(diào)支撐套與工作臺(tái)卡緊；然后，將可調(diào)支撐架兩側(cè)的螺栓組件松開，此時(shí)可調(diào)支撐架與底座松聯(lián)接，可調(diào)支撐架能在底座兩側(cè)的“T”型通槽中滑動(dòng)，將可調(diào)支撐架調(diào)整至可調(diào)支撐套的下方，使光滑球體與可調(diào)支撐套下平面接觸，再擰緊螺栓組件，此時(shí)可調(diào)支撐架與底座緊聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)重新定位，如此水平距離y被加長，抬起的距離x會(huì)有顯著讀數(shù)，這樣，本實(shí)用新型可獲得較大的x值讀取，從而擴(kuò)大臨界摩擦系數(shù)的測量范圍，提高讀取精度；而y值依靠制造保證，因?yàn)槊總€(gè)長度定位孔1-2的圓心與鉸接軸14的軸線距離是定值，定值的精度為0.01mm。