[發明專利]一種滑動摩擦結合面動態特性測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202110598567.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113375918A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 石坤
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N19/00;G01N19/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王敏強

1.一種滑動摩擦結合面動態特性測量裝置，其特征在于，包括交流變頻電機(1)，交流變頻電機(1)的輸出軸上同軸固定連接主軸(2)，主軸(2)上靠近交流變頻電機(1)的位置設置有扭矩傳感器(3)，主軸(2)遠離交流變頻電機(1)的一端設置有角速度傳感器(4)，主軸(2)外同軸固定套接有圓盤(5)，圓盤(5)上設置有配重塊(6)，圓盤(5)的徑向上方滑動配合有底面與其形狀相適應的環塊(7)，環塊(7)的一側設置有位移傳感器(8)，環塊(7)的上方設置有壓力傳感器(9)。

2.如權利要求1所述的一種滑動摩擦結合面動態特性測量裝置，其特征在于，所述主軸(2)上圓盤(5)的兩端均固定套接有滾動軸承(10)。

3.如權利要求1所述的一種滑動摩擦結合面動態特性測量裝置，其特征在于，所述環塊(7)的上方設置有豎軸(11)，壓力傳感器(9)位于豎軸(11)的頂端，豎軸(11)外套接有滑動軸承(12)。

4.如權利要求1所述的一種滑動摩擦結合面動態特性測量裝置，其特征在于，所述壓力傳感器(9)上依次電連接有電荷放大器(13)和數據采集卡(14)的輸入端，數據采集卡(14)的輸入端還分別與扭矩傳感器(3)、角速度傳感器(4)和位移傳感器(8)電連接，數據采集卡(14)的輸出端電連接至計算機(15)。

5.采用如權利要求1所述的一種滑動摩擦結合面動態特性測量裝置的測量方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1、通過扭矩傳感器(3)、角速度傳感器(4)、壓力傳感器(9)以及位移傳感器(8)獲取配重塊(6)在圓盤(5)上時的目標參數；

步驟2、將配重塊(6)從圓盤(5)上取下固定到環塊(7)上方的豎軸(11)頂端作為載荷塊使用，再次通過扭矩傳感器(3)、角速度傳感器(4)、壓力傳感器(9)以及位移傳感器(8)獲取配重塊(6)在豎軸(11)上時的目標參數；

步驟3、根據步驟1和步驟2中獲取的目標參數分別計算摩擦系數f，接觸剛度K，接觸阻尼C。

6.如權利要求5所述的一種滑動摩擦結合面動態特性測量裝置的測量方法，其特征在于，所述步驟3具體為：

1)摩擦系數f：

通過扭矩傳感器(3)測量獲得交流變頻電機(1)作用在主軸(2)上的扭矩T，配重塊(6)固定在圓盤(5)和豎軸(11)上分別測量，兩次差值為△T；通過角速度傳感器(4)測量獲得主軸(2)的轉速n，在配重塊(6)分別固定在圓盤(5)和豎軸(11)上時，主軸(2)的轉速保持不變；通過壓力傳感器(9)測量獲得作用在環塊(7)與圓盤(5)之間的滑動摩擦結合面的法向載荷F；滑動摩擦結合面的相對滑動速度V通過以下公式(1)求解：

V＝nR (1)

式(1)中，n為作用在主軸(2)上的轉速，R為圓盤(5)半徑；

相對滑動速度V時，滑動摩擦結合面的動態摩擦系數f通過以下公式(2)求解：

2)接觸剛度K：

配重塊(6)在圓盤(5)上時，通過位移傳感器(8)讀取滑動摩擦結合面相對滑動速度V時，位移傳感器(8)測量點在豎直方向上的坐標值x1；配重塊(6)在豎軸(11)上時，通過位移傳感器(8)讀取滑動摩擦結合面相對滑動速度V時，位移傳感器(8)測量點在豎直方向上的坐標值x2；x1與x2坐標差值即為滑動摩擦結合面的法向變形量ε；通過壓力傳感器(9)測量獲得作用在滑動摩擦結合面的法向載荷F，法向載荷F與環塊(7)和圓盤(5)的接觸面積S的比值即為作用在滑動摩擦結合面的法向應力σ；相對滑動速度V時，滑動摩擦結合面的動態接觸剛度K通過以下公式(3)求解：

3)接觸阻尼C：

改變配重塊(6)的規格，通過壓力傳感器(9)和位移傳感器(8)可以測量獲得不同法向載荷作用下，滑動摩擦結合面的法向位移，建立遲滯曲線；采用最小二乘法進行曲線擬合，得到的擬合曲線多項式為：

式(4)中，y_u為加載時法向載荷值，y_d為卸載時法向載荷值；x為位移值；m為構成多項式的個數；k為多項式的階數；α_k為多項式的擬合系數；

根據遲滯曲線上下包絡線的函數表達式，得到一個周期內阻尼消耗的能量ΔW和阻尼所存儲的最大彈性模量W，通過以下公式(5)和(6)求解，

式(5)和式(6)中，α，β為遲滯曲線x坐標上、下限值；

滑動摩擦結合面的接觸阻尼C通過以下公式求解：