摩擦力自动测量系统

　1　前言

　　摩擦是各种机械运动副间不可避免的物理现象。摩擦不仅消耗能量,使运动效率降低,而且由于摩擦力的存在,对机械传动精度,特别是对各种仪器的测量精度会带来较大的影响,直接关系到测量仪器和控制装置的工作品质。摩擦力不仅取决于材质和表面粗糙度,也与装配过程中的变形、过盈、歪斜等因素有关。它在机械工作过程中,对金属件摩擦　力的测量,一般难以得到满意的结果。

　　本文介绍一种通过超声波对一个零件激振,使其产生振动,对不同的振频,摩擦力是不同的。这样,对一运动副给以不同的频率和振值,并记录下来,经分析处理,计算出摩擦关系和摩擦力。

　　2　基本原理

　　如图1给出具有摩擦力的振动系统的动态模型,其振动过程可用下面的微分方程描述

　　从式(5)、式(6)、式(7)可看出,关于表明摩擦力的多项式(2)第2项与频率的变化有关,而第1项和第3项与振幅的变化有关,这便确定了用振动测量摩擦力的基本原理。

　　基于以上对激振的摩擦力的基本原理,分析影响其振幅谐振频率的因素的有关数学表达式,进而设计了图2所示的用超声波激振的测量滑动轴承摩擦力的自动装置。

　　图中轴承的试验套筒1装在超声波发生装置2的终端上,超声装置来自石英振子3,石英振子接在交流变频器4的输出上,在变频器的输出上还接着幅频分析器和记忆组件,幅频分析器5和记忆组件6的输出加在计算单元7和记录组件8上。这是摩擦力动量自测系统的基本结构。其测量方法是:石英元件由变频的高压激励而振动(图3给出了幅频特性)。

　　在谐振频率下,石英元件消耗功率最大,而此时由于幅值较小(图3曲线1),用幅频分析器5确定电压的幅频特性,并由记录环节8记录下来。

　　当试验系统产生摩擦力时,石英晶体输出电压的幅频特性便发生变化。在谐振频率时,其振幅是减小的(图3曲线3)。因为石英元件是变频器的负载。这样,幅频分析器5便分析和确定了其幅频特性的变化(图3曲线2),并利用记忆组件6和计算单元7,对不同频率下谐振频率振动振幅进行分析处理,比较摩擦力从零到某一范围内,其振动频率和振幅的变化情况,进而,经计算环节分析处理确定摩擦系数和摩擦力,并记录在记录装置上。本系统在机器工作环节上测定的摩擦系数的精度为4%~6%。

　　参考文献:

         [1]施立亭·仪表机构零件[M]·北京:冶金工业出版社,1995·

　　作者简介:吕志武(1974-),黑龙江五常人,助理讲师,2002年毕业于哈尔滨工程大学自动化专业,现从事自动化专业教学工作·Tel:0454-8624827.