，架设在内部支撑平台支柱上的内部支撑平台10，内部支撑平台10与密封腔内壁活动相连；设置在内部支撑平台的上端面的盘状摩擦材料试样11，对称设置在内部支撑平台的上下端面的内部环形电磁铁12，其中上端面的内部环形电磁铁布置在盘状摩擦材料试样的周围；设置在密封腔内的底部的电磁加热器13，安装在密封腔的上部腔体上并上下贯通的空心定位螺杆14，空心定位螺杆14内从上到下顺序设有密封顶盖15、压力传感器16和柱状摩擦材料试样17，柱状摩擦材料试样17的下端与盘状摩擦材料试样11的上端面抵触相连；安装在密封腔的上部腔体上的温度传感器18，安装在盘状摩擦材料试样上的压强测量仪19，安装在密封腔的上部腔体上的入口限压安全阀20，以及安装在密封腔的下部腔体上的出口限压安全阀
21ο
[0052]本发明中的密封腔包括上半腔体和下半腔体，上半腔体和下半腔体之间通过紧固螺栓22连接，并且在连接面上设有两道环形密封圈23。
[0053]本发明中的密封腔内的底部固定有滚珠轴承24，内部支撑平台支柱的下端安装在该滚珠轴承上。
[0054]本发明中的内部支撑平台的外缘设有环槽，密封腔内壁设有对应的环槽，双方环槽组合成截面呈圆形的环形滑道，滑道内嵌装有多个滚珠25，内部支撑平台通过滚珠与密封腔内壁活动相连。
[0055]本发明中的空心定位螺杆14上部设有内螺纹，内螺纹下方设有锥形台阶，锥形台阶下方为光滑直管段；密封顶盖通过上述内螺纹与空心定位螺杆螺纹连接；柱状摩擦材料试样上部设有锥形体，柱状摩擦材料试样通过该锥形体定位在所述锥形台阶上。
[0056]本发明中的驱动电机配有可更换的减速器，通过更换减速器可改变内部支撑平台的旋转速度。
[0057]基于上述摩擦力测量装置的摩擦力测量方法，包括以下步骤:
[0058]1、安装摩擦材料试样，将盘状摩擦材料试样安装在内部支撑平台的上端面；将柱状摩擦材料试样放置在空心定位螺杆内，将压力传感器放置在柱状摩擦材料试样上，盖上密封顶盖；通过调节空心定位螺杆使柱状摩擦材料试样与盘状摩擦材料试样接触，再通过调节密封顶盖获得实验工况设定的正压力；
[0059]2、模拟实验工况，通过开启或关闭电磁加热器调节密封腔内的温度，并通过温度传感器反馈的温度数据控制电磁加热器的使用状态；通过调节入口限压安全阀和出口限压安全阀的压强阈值调节密封腔内的压强，通过入口限压安全阀向密封腔内输入高压气体并通过压强测量仪反馈的压强数据控制其输入；
[0060]述实验工况包括常温常压、常温高压、高温常压和高温高压。具体实施方法分述如下:
[0061]2.1常温常压
[0062]关闭电磁加热器并打开入口限压安全阀与出口限压安全阀。
[0063]2.2常温高压
[0064]关闭电磁加热器，选择与实验工况压强对应的入口限压安全阀与出口限压安全阀，安全阀的压强阈值应该略大于实验工况压强。利用气体增压设备通过安全阀向密封腔内部输入高压气体，同时观测由压强测量仪反馈的内部压强数据，当内部压强达到实验工况设定压强时则停止输送高压气体，关闭入口限压安全阀与出口限压安全阀。
[0065]2.3高温常压
[0066]关闭出口限压安全阀，通过入口限压安全阀向密封腔内部加入适量液体介质，液体介质根据具体实验工况而定。保持入口限压安全阀开启，开启电磁加热器，同时观测由温度传感器反馈的密封腔内部温度。当密封腔内部温度达到实验工况设定温度时，调整电磁加热器的温控系统为保温状态。
[0067]2.4高温高压
[0068]关闭出口限压安全阀，通过入口限压安全阀向密封腔内加入适量液体介质，液体介质根据具体实验工况而定。关闭入口限压安全阀后开启电磁加热器，同时观测由温度传感器和压强测量仪反馈的密封腔体内部温度以及压强。当密封腔体内部温度以及压强达到实验工况要求时，调整电磁加热器的温控系统为保温状态。
[0069]3、产生摩擦力，开启外部环形电磁铁与内部环形电磁铁，开启驱动电机，十字旋转架及外部环形电磁铁在驱动电机的带动下转动，内部支撑平台在磁场力的作用下转动，使得柱状摩擦材料试样与盘状摩擦材料试样之间产生摩擦力；
[0070]4、测量摩擦力，开启转矩测量仪，待测得转矩数值稳定时读取驱动电机输出的转矩以及由压力传感器反馈的正压力，根据设计的柱状摩擦材料试样到转动中心的距离参数测得相应工况下的摩擦力。
[0071]最后关闭驱动电机，关闭所有传感器开关。若是高温工况应等到腔体内部温度冷却至室温再清理密封腔，若是高压工况应打开限压安全阀释放腔体内部气压后再清理密封腔。
【主权项】
1.一种摩擦力测量装置，其特征在于，包括: 驱动电机支撑架； 外部支撑平台，连接在驱动电机支撑架上方； 驱动电机，安装在驱动电机支撑架内，其驱动轴穿过外部支撑平台向上伸出； 十字旋转架，安装在驱动电机的驱动轴上，其顶部设有开口向内的环形沟槽； 转矩测量仪，安装在驱动电机的驱动轴上； 外部环形电磁铁，嵌装在十字旋转架顶部的环形沟槽内； 密封腔固定架，安装在外部支撑平台上，是由两立柱和一横梁组成的框架； 密封腔，吊装在密封腔固定架的横梁下方； 内部支撑平台支柱，设置在密封腔内的下部； 内部支撑平台，架设在内部支撑平台支柱上并与密封腔内壁活动相连； 盘状摩擦材料试样，设置在内部支撑平台的上端面； 内部环形电磁铁，对称设置在内部支撑平台的上下端面，上端面的内部环形电磁铁布置在盘状摩擦材料试样的周围； 电磁加热器，设置在密封腔内的底部； 空心定位螺杆，安装在密封腔的上部腔体上并上下贯通，空心定位螺杆内从上到下顺序设有密封顶盖、压力传感器和柱状摩擦材料试样，柱状摩擦材料试样的下端与盘状摩擦材料试样的上端面抵触相连； 温度传感器，安装在密封腔的上部腔体上； 压强测量仪，安装在盘状摩擦材料试样上； 入口限压安全阀，安装在密封腔的上部腔体上； 出口限压安全阀，安装在密封腔的下部腔体上。2.根据权利要求1所述的摩擦力测量装置，其特征在于:所述密封腔包括上半腔体和下半腔体，上半腔体和下半腔体之间通过紧固螺栓连接，并且在连接面上设有两道环形密封圈。3.根据权利要求1所述摩擦力测量装置，其特征在于，所述密封腔内的底部固定有滚珠轴承，所述内部支撑平台支柱的下端安装在该滚珠轴承上。4.根据权利要求1所述的摩擦力测量装置，其特征在于:所述内部支撑平台的外缘设有环槽，所述密封腔内壁设有对应的环槽，双方环槽组合成截面呈圆形的环形滑道，滑道内嵌装有多个滚珠，内部支撑平台通过滚珠与密封腔内壁活动相连。5.根据权利要求1所述的摩擦力测量装置，其特征在于:所述空心定位螺杆上部设有内螺纹，内螺纹下方设有锥形台阶，锥形台阶下方为光滑直管段；所述密封顶盖通过上述内螺纹与空心定位螺杆螺纹连接；所述柱状摩擦材料试样上部设有锥形体，柱状摩擦材料试样通过该锥形体定位在所述锥形台阶上。6.根据权利要求1所述的摩擦力测量装置，其特征在于:所述驱动电机配有可更换的减速器，通过更换减速器可改变内部支撑平台的旋转速度。7.基于权利要求1所述摩擦力测量装置的摩擦力测量方法，其特征在于:包括以下步骤: 7.1、安装摩擦材料试样，将盘状摩擦材料试样安装在内部支撑平台的上端面；将柱状摩擦材料试样放置在空心定位螺杆内，将压力传感器放置在柱状摩擦材料试样上，盖上密封顶盖；通过调节空心定位螺杆使柱状摩擦材料试样与盘状摩擦材料试样接触，再通过调节密封顶盖获得实验工况设定的正压力； 7.2、模拟实验工况，通过开启或关闭电磁加热器调节密封腔内的温度，并通过温度传感器反馈的温度数据控制电磁加热器的使用状态；通过调节入口限压安全阀和出口限压安全阀的压强阈值调节密封腔内的压强，通过入口限压安全阀向密封腔内输入高压气体并通过压强测量仪反馈的压强数据控制其输入； 7.3、产生摩擦力，开启外部环形电磁铁与内部环形电磁铁，开启驱动电机，十字旋转架及外部环形电磁铁在驱动电机的带动下转动，内部支撑平台在磁场力的作用下转动，使得柱状摩擦材料试样与盘状摩擦材料试样之间产生摩擦力； 7.4、测量摩擦力，开启转矩测量仪，待测得转矩数值稳定时读取驱动电机输出的转矩以及由压力传感器反馈的正压力，根据设计的柱状摩擦材料试样到转动中心的距离参数测得相应工况下的摩擦力。8.根据权利要求7所述的摩擦力测量方法，其特征在于:所述实验工况包括常温常压、常温高压、高温常压和高温高压。
【专利摘要】一种摩擦力测量装置，主要包括驱动电机支撑架、外部支撑平台、驱动电机、十字旋转架、转矩测量仪、外部环形电磁铁、密封腔固定架、密封腔、内部支撑平台支柱、内部支撑平台、盘状摩擦材料试样、内部环形电磁铁、电磁加热器、空心定位螺杆、温度传感器、压强测量仪、入口限压安全阀和出口限压安全阀。本发明将摩擦副放置于密封腔体内部，通过温度传感器、压强传感器的反馈调节电磁加热的温控系统，从而获得不同介质条件、不同温度和压力的环境，能够测量常温常压、常温高压、高温常压和高温高压等各种工况下的摩擦力。
【IPC分类】G01L5/00
【公开号】CN104913870
【申请号】CN201510224903
【发明人】来新民, 何俊艺, 彭林法, 易培云
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月5日