基于虚拟仪器的新型静摩擦试验机设计

　　对静摩擦现象的研究具有重大的理论意义和现实价值[1-2]。但由于种种原因,研究者往往“偏爱”于对滑动摩擦的研究,而较少对静摩擦现象进行 研究。因而,目前市场上商用静摩擦试验设备非常鲜见。即使有,也是某些机构自己研制,自己使用。这些设备原理各异,技术水平参差不齐,自动化水平较低,功 能单一,使用范围有限,经济价值不高[3-4]。摩擦学是一门实践性很强的应用学科,研究材料摩擦磨损行为一般需要借助摩擦磨损试验机测量摩擦副的摩擦学 特性。传统的摩擦磨损试验机不仅体积大,质量重,仪表仪器多,处于纯机械或半自动化水平;成本高,功能单一,数据精度低;而且试验数据的采集、读取、处理 以及分析完全依靠试验人员手工完成,工作强度大,效率低,更不能实现试验数据交换与共享。在信息化袭卷全球的背景下,它们越来越不适应科技发展趋势和市场 要求。

　　考虑到对材料在静摩擦条件下研究的需要,结合计算机测量测试技术,本文作者开发了一台新型静摩擦试验机。该机采用了更为科学的静摩擦力测量方 法,可以同时考察时间、压力、润滑条件、材料特性等因素对于摩擦副摩擦学特性的影响,能够一次性完成对静、动摩擦力及摩擦因数的测量、曲线绘制与实时显示 及数据的处理与分析;同时具有数据的保存、试验报告的生成与打印等功能;运用了信息技术,实现了试验数据的交换与共享。该机结构简单,使用方便,数据精度 高,重复性好,自动化水平高,具有优良的可扩展性和较好的应用前景。

　　1　静摩擦试验机的功能和技术指标

　　静摩擦试验机的主要功能如下:

　　(1)能够满足在不同载荷、材料、摩擦副和润滑条件下的各种试验要求;

　　(2)试件装夹方便、可靠,无松缓、卡死等现象;

　　(3)运用步进电机配合变速机构准确快捷实现压力的加载和调节;

　　(4)通过计算机界面进行试验内容的选择和试验参数输入,实时测量静、动摩擦力(摩擦因数)和正压力,并绘制曲线实时显示;

　　(5)实现对试验数据的分析、处理、对比以及保存,实现试验报告的自动生成与打印;

　　(6)具备开放性的软硬件结构设计,为今后试验机的升级换代预留空间。

　　静摩擦试验机的主要技术指标如下:①摩擦力测量范围:≤200 N;②正压力加载范围:≤980 N,最大压强可达到30~40MPa;③综合精度≤0.05。

　　2　试验机的组成及工作原理

　　静摩擦试验机主要由驱动系统、测力系统、压力加载与调节系统、测控系统以及机架等5部分构成。静摩擦试验结构简图如图1所示。