本发明涉及一种橡胶材料表面摩擦性能测试装置及测试方法，属于材料力学性能测试技术领域。
背景技术：
轮胎在投入使用之前，必须经过测试，轮胎的主要材料就是橡胶，所以橡胶的力学性能测试是很多轮胎制造厂必须测试的重要环节。只有测量过橡胶的力学性能，确认达到国家安全标准之后才能够广泛地生产。而且，现在许多领域都需要用到橡胶，例如，装置的密封性、鞋子底部的橡胶成分、传送带等等，这些都需要检测橡胶的力学性能。例如中国商用飞机有限责任公司的专利CN102645401A测试橡胶密封件动态阻力的装置，使用力传感器测量竖直方向的正压力和水平方向的摩擦力。青岛科技大学的专利CN104749061A公开了一种短纤维径向取向胎面胶磨耗连续式测试设备。清华大学的专利CN104777094A公开了一种橡胶摩擦性能测试实验装置，可对橡胶摩擦力与不同路面、接触面积、所受载荷、滑动速度以及有杂质路面环境等的规律测试，从而有效地对橡胶性能进行研究。然而现有的橡胶摩擦测试装置普遍只是测量橡胶的摩擦系数，其它的方面基本都忽视了，尤其是高速运动下，橡胶表面的变化情况均未有研究，现在测试橡胶的装置的速度普遍较低，忽视了在高速情况下的橡胶力学性能。另外，现有测试装置中通常使用三维传感器测量橡胶的力学性能，测试成本高。因此，需要提供一种更加高效的、简洁的、成本低的实验装置平台，更好的测试橡胶的实际力学性能。
技术实现要素：
本发明主要解决现在存在的问题，并且，提供一种更加高效的、简洁的实验装置平台，更好的测试橡胶的实际力学性能。通过有限元更好的模拟出橡胶在不同速度下的力学性能。本装置不仅测试摩擦力，还用高速摄像机记录在高速运动下，橡胶表面的变化情况。另外，该装置只用一个拉压传感器和两个悬臂梁传感器就代替了三维传感器，大大节约了实验装置的成本。
本发明解决上述所存在问题的技术方案是：
一种橡胶材料表面摩擦性能测试装置，包括基座、速度动力驱动装置、施加压力装置、承载橡胶器具和高速摄像装置；速度动力驱动装置和施加压力装置的一端安装在基座上，施加压力装置的另一端置于承载橡胶的承载器具上，施加橡胶在不同情况下所需的力，速度动力驱动装置带动承载橡胶器具运动。
进一步的，所述承载橡胶器具安装在双导轨滑轨上，双导轨滑轨设置在基座上。所述速度动力驱动装置通过驱动连接装置带动承载橡胶器具运动。所述承载橡胶器具包括阶梯式铝合金板，将玻璃板铺进阶梯式铝合金板中，从而把橡胶块放在玻璃上面进行试验。所述承载橡胶器具将悬臂梁传感器固定在组装成空心槽上的横板上。所述承载橡胶器具包括阶梯式铝合金板，阶梯式铝合金板固定在悬臂梁传感器上，测试时橡胶的表面的摩擦力传递给阶梯式铝合金槽，通过悬臂梁传感器记录下来。
进一步的，所述施加压力装置具有调节对橡胶的施加压力的升降台。施加压力装置具有拉压力传感器，将玻璃半球固定在拉压力传感器上，所述玻璃半球置于橡胶块上，通过拉压力传感器来检测对橡胶施加的压力。
将所述高速摄像机设置在玻璃板下实时记录橡胶块的表面变化。
本发明还要求一种橡胶材料表面摩擦性能测试方法，利用上述的橡胶材料表面摩擦性能测试装置进行测试，包括如下步骤：
通过施加压力装置调节对所要测试的橡胶块施加压力的大小，设置拉压力传感器检测对橡胶块施加的压力；
所述速度动力驱动装置带动承载橡胶器具运动，从而带动橡胶块运动；
设置悬臂梁传感器实时记录橡胶表面受到的摩擦力；
通过高速摄像机实时记录橡胶块的表面变化。
一种测试橡胶表面力学性能的实验装置，包括基座、橡胶承载器具、玻璃半球、拉压力传感器、悬臂梁传感器、速度动力驱动装置、双导轨滑轨、高速摄像机和施加压力装置，将承载橡胶的承载器具固定在滑轨上，速度动力驱动装置、升降台和双导轨滑轨固定在实验平台上，保持装置的水平，以便测试橡胶在水平速度的情况下的力学性能；施加压力装置放在承载橡胶的承载器具上，施加橡胶在不同情况下所需的力；拉压力传感器设在玻璃半球和施加压力装置之间，用于传递压力并实时测量橡胶受力数据；支架也是铝合金搭建而成，实验平台也使用铝合金，表面光滑水平，确保工作台保持水平。
本发明中所描述的速度动力驱动装置包括直线导轨、伺服电机和连接承载橡胶器具的连接装置，将伺服电机固定在直线导轨的一端，直线导轨上有一螺旋直杆，固定在伺服电机上，螺旋直杆上放置一块连接橡胶承载器具的连接装置，当伺服电机转动时，螺旋杆旋转就会带动连接装置的运动，这样就会带动橡胶承载装置的运动，给橡胶承载装置水平的运动速度，于是固定在橡胶承载装置上的橡胶便有了水平速度。
本发明中所述的橡胶承载器具包括一个由铝合金板结构组装成的长方形空心槽结构、阶梯式铝合金板(空心，如图所示)、有机玻璃板和悬臂式传感器；铝合金板组装成的长方形空心槽结构固定在双导轨滑轨上，双导轨滑轨必须保持平行，将悬臂式传感器使用螺母固定在铝合金板组装成的长方形空心槽结构上，将阶梯式铝合金板固定在悬臂式传感器上，有机玻璃板放在阶梯式铝合金板上，橡胶放置在有机玻璃板上，这样可以实时的测量橡胶在滑动过程中的摩擦力。
本发明中所述的加压装置结构为：实心圆杆若干、可转动连接装置若干、拉压力传感器、升降台和玻璃半球。将升降台固定在实验台面上，将实心圆杆通过可转动连接装置连接成如图所示的结构，在实心圆杆的顶端圆心出钻一个螺母孔，将拉压传感器用螺母固定在实心圆杆上，再将玻璃半球固定在拉压力传感器上，这样我们就可以通过调节升降台来控制所需施加的压力，并通过拉压力传感器实时测量对橡胶的压力。
本发明中的观测材料表面变化现象的装置：主要是用高速摄像机，将高速摄像机放在加压装置的正下方，通过实验平台的正方形孔和有机玻璃板对橡胶进行拍摄记录工作，通过高速摄像机可以实时记录下材料表面的变化现象。
本发明在实验时，通过调节伺服电机的扭矩来控制橡胶在滑行中所需的速度，通过控制调节升降台的高度来控制对橡胶施加的压力，加压装置可以实时测量压力，悬臂式传感器可以实时测量橡胶在滑动过程中所受到的摩擦力，这些数据可以实时的传输到计算机上进行记录、处理。该实验装置通过分析坚硬半球体在橡胶上摩擦出现的Schallamach波的力学行为，可以把实验的分析结果应用于橡胶材料的力学行为，通过有限元模拟出橡胶在不同半球体压力滑动下的力学性能，该装置简单、高效、成本低，测试的实验数据精确，可以按照自己所需的要求准确的测量不同速度、不同压力下的橡胶的力学性能。
附图说明
图1是本发明的橡胶材料表面摩擦性能测试装置的结构示意图。
图2是本发明的摩擦性能测试装置的驱动装置。
图3是本发明的摩擦性能测试装置的压力装置。
图4是本发明摩擦性能测试装置中的橡胶承载器具。
图5是本发明摩擦性能测试装置的三维结构示意图。
附图标记：基座1；伺服电机2；螺杆3；驱动连接装置4；双导轨滑轨5；双导轨滑块6；升降台7；圆杆8；拉压力传感器9；杆10；连接装置11；悬臂梁传感器12；阶梯式铝合金板13；纵板14；横板15；玻璃半球16。
具体实施方式
为了使本发明所述的橡胶材料表面摩擦性能测试装置及测试方法的技术方案更加清楚明白，下面结合附图1‐5和具体实施方式对本方明中的技术方案进行进一步的描述。
如图所示的一种测试橡胶表面力学性能的实验装置，包括基座1、伺服电机2、驱动连接装置4、双导轨滑轨5、施加压力装置、承载橡胶器具和高速摄像装置，将伺服电机2和螺杆3连接在一起，再将驱动连接装置4固定在螺杆3上，这样伺服电机2工作时就会带动螺杆3转动，然后驱动连接装置就会运动，将承载橡胶的器具通过两个圆杆8和铝合金板组装成的空心槽上的纵板14连接，铝合金板组装成的空心槽固定在双导轨滑块6上，双导轨滑块6设置在双导轨滑轨5上，驱动连接装置4运动就会带动承载橡胶器具在双导轨滑轨5上面进行运动，这就会给橡胶一个恒定的速度向前运动。
承载橡胶器具是将悬臂梁传感器12固定在铝合金板组装成的空心槽上的横板15上，每个板上一个，这样当橡胶受到摩擦力时就会被悬臂梁传感器12实时记录下来，将阶梯式铝合金板13固定在悬臂梁传感器12上，再将玻璃板铺进阶梯式铝合金板13里，这样我们就能够把橡胶块放在玻璃上面进行试验，我们可以将高速摄像机放在玻璃块下面进行橡胶的表面变化的实时记录，摩擦力会传递给阶梯式铝合金槽13，最后通过悬臂梁传感器记录下来。
该装置的加压装置如图3，我们可以将几个杆10通过连接装置11固定成如图3所示的结构，通过调节图3中的升降台7，可以调节对橡胶的施加压力的大小，将拉压力传感器9固定在杆10上，将玻璃半球16用螺母固定在拉压力传感器9上，当我们调节升降台圆杆10就会上下移动，我们可以通过拉压力传感器9来观察我们对橡胶施加了多大的压力。
本发明在使用时，首先将橡胶放在承载器具中，然后调节升降台来控制对橡胶所要施加的压力，最后通过伺服电机给橡胶一个恒定的速度，让驱动连接装置在螺杆上做往复运动，带动承载器具在双导轨滑轨上面运动，通过高速摄像机记录下橡胶表面的变化情况，再通过悬臂梁传感器测量橡胶受力的数据，可测橡胶与玻璃半球之间的摩擦力，并传给计算机或与之相连接的存储器上进行记录、处理。本发明结构简单、使用方便，可精确的测量橡胶的刚度、耐磨性能、摩擦特性和使用寿命等性能，为轮胎的制造提供精确的参考数据。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。