CN101187624B - 一种回转副动态摩擦检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种回转副动态摩擦系数测量系统，包括由伺服电机通过回转轴驱动的刚性摆，回转轴的轴套上固定有摩擦力传感器，摩擦力传感器与测量电桥相连接，测量电桥依次与电压信号放大器和A/D采集卡电连接，A/D采集卡还与计算机相连接。传感器的应变信号通过测量电桥转换为电压信号，经数据线接入放大器的输入端，其输出为-5伏到+5伏的标准电压，经数据线输入A/D采集卡，经采样量化输入计算机。本发明可实现变速变载荷情况下回转幅动态摩擦系数的实时检测，尤其是可实现速度反向区回转副的动态摩擦系数的检测。其采集效果较好、实时性好、检测精度高、传感器结构简单。适用于回转副摩擦的检测、控制与补偿的研究和应用。
Description
技术领域
本发明属于机械检测技术领域，具体涉及一种回转副动态摩擦系数测量系统。
背景技术
广泛存在于机械各运动副中的摩擦对机械的寿命和运行精确度有很大的影响，要对运动副摩擦造成的不良影响进行有效的控制和补偿，就必须获得运动副中摩擦系数变化规律。国内外近年来的研究表明：摩擦系数与构件间相对运动速度有关，其非线性特性主要存在于构件相对运动速度为零的区域附近。因而零速附近的摩擦现象是目前研究的热点问题。运动副中广泛存在的速度反向区中包含有速度零点，因此对该区域的摩擦系数的变化进行检测具有理论和实际意义。但现有技术中因为传感器组合构件间有摩擦力和反向间隙，不但影响了测量的精度，而且也不能实现运动副速度反向区域摩擦系数的测量。
国内外从30年代即开始研究发明各种摩擦系数测量系统和装置。经检索发现：中国发明专利：《摩擦系数测量系统》(申请号：200410016425.8，公开号：CN1560595A，公开日期2005.01.05)和中国发明专利：《探针式组合压力传感器》(专利号：200310109886.5公开号：CN1556382A公开日期：2004.12.22)，公开了一种探针式组合压力传感器，用以测量板料拉伸成形过程中材料不同部位的摩擦力，该传感器由滚珠、切向力悬臂弹性体、正向力悬臂弹性体、探针、预紧螺栓组合而成。由于探针和滚珠间有摩擦，探针和切向力悬臂弹性体之间也存在摩擦，影响了测量精度；同时由于探针和切向力悬臂弹性体之间为间隙配合，当运动方向改变时，探针和切向力悬臂弹性体之间存在反向间隙，因此该传感器不能用于速度反向区摩擦力和摩擦系数的测量。
发明内容
为了克服回转副摩擦系数实时动态检测的困难，本发明的目的在于提供一种回转副动态摩擦检测系统，可在变速变载荷情况下，尤其是在速度反向区域，能实现回转副摩擦系数的动态连续测量，得到回转副的摩擦系数一运动速度关系曲线。
本发明所采用的技术方案是，回转副动态摩擦系数测量系统，包括由伺服电机通过回转轴驱动的刚性摆，回转轴的轴套上固定有摩擦力传感器，摩擦力传感器与测量电桥相连接，测量电桥依次与电压信号放大器和A/D采集卡电连接，A/D采集卡还与计算机相连接。
本发明的特点还在于，
其中的摩擦力传感器为探测针式摩擦力传感器，包括传感器支座，传感器支座上固定有刚性块，还包括与传感器支座连为一体的摩擦力弹性梁和正压力弹性梁，摩擦力弹性梁与刚性块相平行，并与刚性块铰接，正压力弹性梁与刚性块相垂直，并与刚性块铰接，传感器支座、摩擦力弹性梁、正压力弹性梁和刚性块四者的中心线共面，刚性块还连接有探测针，摩擦力弹性梁和正压力弹性梁的力敏感部位粘贴有电阻应变计。
探测针与刚性块为螺纹连接，并有紧固装置固定。
本发明的检测系统采集效果好、测量精度高、传感器结构简单、便于调节，适用于回转副摩擦的检测、控制与补偿。
附图说明
图1是本发明检测系统的结构示意图；
图2是本发明中探测针式摩擦力传感器的结构示意图，其中，a是主视图，b是侧视图，c是俯视图；
图3、图4为对不同结构的回转副进行测试时摩擦力传感器的安装结构示意图。
图中，1.伺服电机，2.刚性摆，3.摩擦力传感器，4.测量电桥，5.电压信号放大器，6.A/D采集卡，7.计算机，8.探测针，9.摩擦力弹性梁，10.正压力弹性梁，11.第一弹性铰链，12.第二弹性铰链，13.刚性块，14.回转轴，15.回转轴支架，16.被测件，17.传感器支座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的检测系统如图1所示，包括伺服电机1、刚性摆2、探测针式摩擦力传感器3、测量电桥4、电压信号放大器5、A/D采集卡6和计算机7。其连接关系为：伺服电机1通过回转轴14驱动刚性摆2做变速变向运转，探测针式摩擦力传感器3固定于回转轴14的轴套之上，测量电桥4、电压信号放大器5、A/D采集卡6之间以数据线相连。
传感器应变经测量电桥4转换为电压信号，并经电压信号放大器5放大到±5伏的标准电压信号，并通过数据线接入A/D采集卡6，经采样量化后输入计算机7。根据传感器的标定曲线，则可实时获得测量点处摩擦力和正压力的值，进而可计算出测量点处的摩擦系数。结合伺服电机运转速度，则可得到回转副的摩擦系数一速度关系曲线。
摩擦系数检测的基础是测量点处摩擦力和正压力的测量，本发明采用一种探测针式摩擦力传感器来实现测量点处摩擦力和正压力的检测，其结构如图2所示。探测针式摩擦力传感器由传感器支座17、探测针8、摩擦力弹性梁9、正压力弹性梁10、刚性块13组成的一体结构。其连接关系为：传感器支座17上固定刚性块13，摩擦力弹性梁9与刚性块13平行，二者之间通过第一弹性铰链11连接，正压力弹性梁10与刚性块13垂直，二者之间通过第二弹性铰链12连接，探测针8与刚性块13通过螺纹实现刚性连接，，并由紧固件进行固定。两弹性梁分别位于刚性块13的两侧，且中心线与刚性块13中心线共面，探测针8安装在刚性块13的正上方，且中心线与刚性块13中心线重合。在摩擦力弹性梁9和正压力弹性梁10的力敏感部位贴有粘贴式电阻应变计。
本发明采用的探测针式摩擦力传感器的二维力敏感元件为一体加工的非组合元件，由摩擦力弹性梁9、正压力弹性梁10、传感器支座17与刚性块13为一体的结构。摩擦力弹性梁9与刚性块13之间的弹性铰链连接，实现了切向力弹性梁应变与正压力的解耦合；正压力弹性梁10与刚性块13之间的弹性铰链连接，实现了正压力弹性梁应变与切向力的解耦合。探测针8与刚性块通13过螺纹实现可调整刚性连接，并通过紧固件紧固，与二维力敏感元件组成一体结构。这种传感器中探测针与弹性体为一体的结构，消除了传感器中探测针与弹性体之间的反向间隙和摩擦，因此不但提高了传感器的检测精度，而且可实现速度反向区摩擦系数的连续动态测量。
进行测量时，将该传感器固定在刚性摆2的回转轴14的轴套上，回转轴14由回转轴支架15支撑。如图3、图4所示，调整探测针8及紧固件，使探测针8端部与被测件16保持接触并具有一定的预紧力以保证测量的灵敏度。测量过程中，两弹性梁上的电阻应变计分别组成测量电桥，把由于载荷变化而产生的弹性梁的应变转换为微弱的电压信号，经电压信号放大器和A/D采集卡输入计算机，根据传感器的标定曲线可得测量点的正压力和摩擦力，进而可计算出测量点的摩擦系数。
本发明中探测针与传感器的二维力敏感元件为可调螺纹连接，并有防松动的紧固装置。这种结构有如下优点：更换探测针即可实现对不同材料运动副的摩擦进行检测；可实现预紧力的调整，进而可调节传感器的灵敏度；对探测针的磨损可方便的进行补偿，以保证测量的精确性；提高了传感器的寿命和经济性；紧固装置保证了测量过程中连接部位不发生松动，用以保证测量精确度。
本发明使用伺服电机驱动刚性摆，可方便的实现测量过程中变速变载荷，尤其是可随时实现速度反向，便于实现速度反向区的动态摩擦测量。
Claims (2)
1.一种回转副动态摩擦系数测量系统，其特征在于，包括由伺服电机(1)通过回转轴(14)驱动的刚性摆(2)，回转轴(14)的轴套上固定有摩擦力传感器(3)，摩擦力传感器(3)与测量电桥(4)相连接，测量电桥(4)依次与电压信号放大器(5)和A/D采集卡(6)连接，A/D采集卡(6)与计算机(7)相连接，所述的摩擦力传感器(3)为探测针式摩擦力传感器，包括传感器支座(17)，传感器支座(17)上固定有刚性块(13)，还包括与传感器支座(17)连为一体的摩擦力弹性梁(9)和正压力弹性梁(10)，所述的摩擦力弹性梁(9)与刚性块(13)相平行，并与刚性块(13)通过第一弹性铰链(11)连接，所述的正压力弹性梁(10)与刚性块(13)相垂直，并与刚性块(13)通过第二弹性铰链(12)连接，所述的传感器支座(17)、摩擦力弹性梁(9)、正压力弹性梁(10)和刚性块(13)四者的中心线共面，刚性块(13)还连接有探测针(8)，摩擦力弹性梁(9)和正压力弹性梁(10)的力敏感部位粘贴有电阻应变计。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述的探测针(8)与刚性块(13)为螺纹连接，并有紧固装置固定。
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