本發(fā)明涉及測量儀器技術領域，更具體地，涉及一種測定摩擦系數(shù)的裝置及方法。

背景技術：

摩擦系數(shù)是一個重要的物性參數(shù)，目前測量摩擦系數(shù)的方法各式各樣，但普遍存在結構復雜、精度低等問題，而市面上絕大多數(shù)測量摩擦系數(shù)的設備價格昂貴，且測定材料單一。已公開的中國專利201611123323.5雖能同時測定滑動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)，但仍存在成本高、結構復雜、彈簧老化影響精度等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術所述的至少一種缺陷，提供一種測定摩擦系數(shù)的裝置及方法，結構簡單、精度高、易操作。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：一種測定摩擦系數(shù)的裝置，包括底座、滑道、標準樣品、待測樣品、直線步進電機，所述的底座與滑道的一端鉸接，所述的標準樣品固定在滑道上，所述的直線步進電機連接滑道，所述的直線步進電機控制滑道的傾斜角度，所述的測定摩擦系數(shù)的裝置還包括第一光電傳感器、第二光電傳感器、位移傳感器、控制系統(tǒng)，所述的第一光電傳感器、第二光電傳感器固定在滑道上，所述的第一光電傳感器位于標準樣品遠離底座與滑道鉸接處的一端，所述的第二傳感器位于標準樣品另一端，所述的位移傳感器固定在底座上，與底座與滑道鉸接處距離l，能夠測量底座與滑道的垂直距離h，所述的待測樣品放置在滑道上第一光電傳感器處，所述的控制系統(tǒng)控制直線步進電機的運轉，并記錄第一光電傳感器、第二光電傳感器、位移傳感器的感應信號。該裝置可以一次性檢測最大靜摩擦系數(shù)和滑動摩擦系數(shù)。

進一步地，還包括活動滑塊、軸承，所述的直線步進電機包括絲杠，所述的絲杠連接軸承，所述的軸承活動連接滑塊，所述的滑塊與滑道滑動連接。提高裝置的精度，方便對滑道的傾斜角度的控制。

進一步地，所述的滑道的上部設置有標準樣品槽，所述的標準樣品固定在標準樣品槽內。使得標準樣品固定更穩(wěn)固，也方便更換。

進一步地，所述的滑道的下部設置有滑槽，所述的滑塊設置在滑槽內，能夠沿著滑槽滑動。方便滑塊的滑動。

進一步地，所述的待測樣品底部為待測材料，頂部為不銹鋼塊，待測材料與不銹鋼塊可拆卸連接。提高待測樣品活動的穩(wěn)定性(特別是質量較輕的樣品)，同時方便更換待測材料。

進一步地，所述的控制系統(tǒng)為單片機控制系統(tǒng)。

一種測量摩擦系數(shù)的方法，包括以下步驟：

s1：啟動直線步進電機，滑道傾斜角度增加；

s2：待測樣品開始滑動的瞬間，第一光電傳感器動作，控制系統(tǒng)開始計時；

s3：停止直線步進電機，控制系統(tǒng)讀取位移傳感器測量的h值，位移傳感器距離底座與滑道鉸接處的距離為l，位移傳感器測量底座與滑道的垂直距離h，控制系統(tǒng)計算最大靜摩擦系數(shù)μs；

s4：待測樣品繼續(xù)滑動，通過第二光電傳感器時，第二光電傳感器動作；

s5：控制系統(tǒng)停止計時，記錄待測材料通過第一傳感器與第二傳感器之間的時間間隔t，計算滑動摩擦系數(shù)μk。

與現(xiàn)有技術相比，有益效果是：該測量裝置結構簡單、精度高、易操作、效率高，且能夠同時測量最大靜摩擦系數(shù)和滑動摩擦系數(shù)，進一步優(yōu)化了傳統(tǒng)測量摩擦系數(shù)的方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結構示意圖。

圖2是本發(fā)明標準樣品槽結構示意圖。

圖3是本發(fā)明滑槽結構示意圖。

圖4是本發(fā)明待測樣品結構及受力示意圖。

圖5是測量摩擦系數(shù)的方法流程圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關系僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。

如圖1-5所示，由牛頓定律可得：

fs＝μmgcosθ(公式1)；

f＝mgsinθ(公式2)；

當待測樣品將從靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)時：

f≥fs(公式3)；

在待測樣品運動瞬間：

f＝fs(公式4)；

fs＝μsmgcosθ＝f＝mgsinθ(公式5)；

待測樣品由靜止狀態(tài)變成運動狀態(tài)，靜摩擦系數(shù)也轉換為滑動摩擦系數(shù)：

f＞fs(公式7)；

f-fs＝ma(公式8)；

mgsinθ-μkmgcosθ＝ma(公式9)；

v0＝0(公式11)；

式中：fs為摩擦力；f為沿斜面分力；μ摩擦系數(shù)；μs最大靜摩擦系數(shù)；μk滑動摩擦系數(shù)；s滑動的距離；l位移傳感器與滑道和底座活動端距離；h位移傳感器位移；a滑動加速度；v0初始速度；m待測樣品質量；t滑動時間；g重力加速度；θ滑道傾斜角度。

一種測定摩擦系數(shù)的裝置，包括底座11、滑道6、標準樣品9、待測樣品7、直線步進電機3，所述的底座與滑道的一端鉸接，所述的標準樣品固定在滑道上，所述的直線步進電機連接滑道，所述的直線步進電機3控制滑道的傾斜角度，所述的測定摩擦系數(shù)的裝置還包括第一光電傳感器8、第二光電傳感器10、位移傳感器2、控制系統(tǒng)1，所述的第一光電傳感器8、第二光電傳感器10固定在滑道上，所述的第一光電傳感器8位于標準樣品遠離底座與滑道鉸接處的一端，所述的第二傳感器位于標準樣品另一端，所述的位移傳感器2固定在底座11上，與底座與滑道鉸接處距離l，能夠測量底座11與滑道6的垂直距離h，所述的待測樣品7放置在滑道上第一光電傳感器8處，所述的控制系統(tǒng)控制直線步進電機3的運轉，并記錄第一光電傳感器8、第二光電傳感器10、位移傳感器2的感應信號，直線步進電機3帶動滑道6的自由端向上運動，使得滑道6相對于水平面的傾斜角度為θ，當f≥fs時，待測樣品7將從靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)，在待測樣品7運動瞬間，也即是第一光電傳感器8動作時，f＝fs，此時摩擦力為最大靜摩擦力，摩擦系數(shù)為最大靜摩擦系數(shù)，直線步進電機3停止，記錄位移傳感器2測量值，由式公式4-公式6可求得最大靜摩擦系數(shù)μs。第一光電傳感器8動作時同時啟動計時，待測樣品7由靜止狀態(tài)變成運動狀態(tài)，靜摩擦系數(shù)也轉換為滑動摩擦系數(shù)，由牛頓定律可得公式8，此時待測樣品7做勻加速運動，當運動到第二光電傳感器10時，計時停止，記錄時間間隔t，由公式9—公式13即可求得滑動摩擦系數(shù)μk，并通過控制系統(tǒng)1進行顯示。

進一步地，該裝置還包括活動滑塊5、軸承4，所述的直線步進電機3包括絲杠，所述的絲杠連接軸承4，所述的軸承4活動連接滑塊5，所述的滑塊5與滑道6滑動連接。

進一步地，所述的滑道6的上部設置有標準樣品槽61，所述的標準樣品固定在標準樣品槽61內。

進一步地，所述的滑道6的下部設置有滑槽62，所述的滑塊5設置在滑槽62內，能夠沿著滑槽62滑動。

進一步地，所述的待測樣品7底部為待測材料71，頂部為不銹鋼塊72，待測材料71與不銹鋼塊72可拆卸連接。待測材料上面加不銹鋼塊，主要目的是用于測量比較輕的樣品，提高儀器測試范圍，重量比較大的樣品可不加。

進一步地，所述的控制系統(tǒng)1為單片機控制系統(tǒng)。

一種測量摩擦系數(shù)的方法，包括以下步驟：

s1：啟動直線步進電機，滑道傾斜角度增加；

s2：待測樣品開始滑動的瞬間，第一光電傳感器動作，控制系統(tǒng)開始計時；

s3：停止直線步進電機，控制系統(tǒng)讀取位移傳感器測量的h值，位移傳感器距離底座與滑道鉸接處的距離為l，位移傳感器測量底座與滑道的垂直距離h，控制系統(tǒng)計算最大靜摩擦系數(shù)μs；

s4：待測樣品繼續(xù)滑動，通過第二光電傳感器時，第二光電傳感器動作；

s5：控制系統(tǒng)停止計時，記錄待測材料通過第一傳感器與第二傳感器之間的時間間隔t，計算滑動摩擦系數(shù)μk。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。