一种滑雪板高速摩擦性能测试装置及其测试方法

1.本发明涉及滑雪板摩擦测试技术领域，具体而言，涉及一种滑雪板高速摩擦性能测试装置及其测试方法。


背景技术：

2.滑雪板测试是高性能滑雪板优化的必要过程。每年都有大量的研究人员在进行滑雪板摩擦测试研究，但是由于滑雪运动速度非常快，所处的环境非常恶劣，且很容易受到当地温度、湿度、风速以及地形等问题的影响，因此给滑雪板的摩擦试验带来很大的难度。
3.传统的滑雪板测试是采用高速摄像的方法，通过对高速滑行运动员的运动轨迹进行拍摄以获得相关数据，然后再进行数据处理，又或者是通过在室外单独铺设传感器，将与人体重相当的负重放置在滑雪板上并在滑道上缓慢滑行来进行数据采集。这些方法都避免不了环境中多因素共同作用造成的影响，因而很难判断主导因素所带来的细微变化影响，从而无法实现对单因素改变所产生的效果进行对比。此外，在室外铺设传感器的方法因滑行速度过慢，使得所测得的数据与高速状态存在较大差异。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种滑雪板高速摩擦性能测试装置及其测试方法，旨在降低试验难度的同时提升对单因素改变所造成影响的检测能力以及进一步提高试验数据的可靠性。
5.本发明是这样实现的：
6.一种滑雪板高速摩擦性能测试装置，包括：
7.力传感器，用于配置在机床的刀架上；
8.柔性铰链，配置在所述力传感器上，且其远离所述力传感器的一端固定有一滑雪板；以及
9.夹具，用于固定在机床上，且位于所述力传感器的下方，所述夹具包括外槽结构、恒温顶盖以及用于放置冰雪的内槽，所述内槽设于所述外槽结构内，所述恒温顶盖盖合在所述外槽结构和内槽上，且所述恒温顶盖上还开设有一用于放入所述滑雪板的开口，所述内槽被构造成可在机床主轴的带动下转动以实现所述滑雪板与所述内槽内冰雪之间的相对运动。
10.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述柔性铰链包括上底板、下底板以及对称设于所述上底板和所述下底板之间的缓冲装置，所述缓冲装置包括上固定架、中固定架和下固定架，所述上固定架和所述中固定架之间以及所述中固定架和所述下固定架之间分别设有一薄片。
11.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述柔性铰链还包括一夹头，所述夹头的一端与所述下底板固定连接，该夹头远离所述下底板的一端与所述滑雪板连接。
12.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述外槽结构包括与所述机床固定连接的外槽，所述外槽形成有用于放置干冰的空间，且所述外槽的内侧壁上设有若干个镂空槽。
13.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述外槽结构还包括外槽顶盖，所述外槽顶盖盖合在所述外槽上，且该外槽顶盖为镂空顶盖。
14.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述外槽的中部开设有一通孔，用于套设在所述机床主轴上，所述内槽通过垫圈和螺钉与所述机床主轴固定连接，以在所述机床主轴带动下转动。
15.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述外槽结构由耐低温合金钢制成。
16.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述内槽底部还设有若干个防滑条。
17.一种滑雪板高速摩擦性能测试方法，包括以下步骤：
18.s1、将所述外槽固定在所述机床上，并在所述外槽内放入干冰，然后将外槽顶盖固定在所述外槽上；
19.s2、将所述内槽放置在所述外槽的内部，然后将冰雪样品平铺在所述内槽中，并通过垫圈将其固定在所述机床主轴上，最后将所述恒温顶盖盖合在所述外槽和所述内槽上；
20.s3、将所述滑雪板放置在所述冰雪样品上，并通过所述力传感器向其施加压力直至达到预设压力值；
21.s4、开启所述机床以使所述机床主轴转动，进而带动所述内槽转动以使所述滑雪板与所述冰雪样品之间相对滑动，然后通过所述力传感器即可得到摩擦系数、x轴向力、位移深度和z轴向力。
22.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述恒温顶盖盖合在所述外槽和所述内槽上之前还包括以下步骤：将恒温顶盖注水并放入冰柜中进行冷冻。
23.本发明的有益效果是：
24.1、本发明的滑雪板高速摩擦性能测试装置包括力传感器、柔性铰链和夹具。柔性铰链一端与力传感器连接，其另一端固定有一滑雪板。夹具包括外槽结构、恒温顶盖和内槽，内槽设于外槽结构内。恒温顶盖盖合在所述外槽结构和内槽上，且恒温顶盖上还开设有一用于放入滑雪板的开口。内槽被构造成可在机床主轴的带动下转动以实现滑雪板与内槽内冰雪之间的相对运动。本发明的滑雪板高速摩擦性能测试装置通过将滑雪板的大小与受力状况都进行等比例的缩小，使得在实验室即可完成室外复杂的试验内容。采用室内摩擦性能测试不仅能提供更好的试验环境条件和高精度等级的设备，而且解决了如何检测滑雪板高速摩擦过程中因单因素改变所引起的变化对摩擦系数的影响且对单因素变化的观察更细致。本发明通过对夹具周边温度的精准把控，能够达到室外的滑雪效果，同时还可以避免风阻、温度多变以及场地变化等带来的其他因素干扰，在降低试验难度的同时提升了对单因素改变所造成影响的检测能力，从而能进一步提高试验数据的可靠性。
25.2、在结构上，本发明将装置的旋转工作部分与温度控制部分分开，从而能在较低的环境温度下实现高转速的摩擦性能测试，减少试验过程中雪在非摩擦状态时的消耗，为试验的数据采集与数据的有效性带来更大的保障，同时操作也更加便捷。
26.3、本发明的滑雪板高速摩擦性能测试装置还包括一动平衡装置，该动平衡装置被构造成可在机床主轴的带动下转动并带动动平衡装置转动，以抵消旋转过程中因质量偏心所引起的离心力。本发明将动平衡盘与内槽结合，并通过动平衡块抵消旋转过程中因质量偏心所引起的离心力，从而减小了夹具的径向跳动，使得整个装置可以从低速状态向高速状态运转以达到试验要求的高速滑雪板模拟状态。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1是本发明第一实施例的滑雪板高速摩擦性能测试装置的分解示意图；
29.图2是本发明第一实施例的滑雪板高速摩擦性能测试装置的结构示意图；
30.图3是本发明第一实施例的夹具的结构示意图；
31.图4是本发明第一实施例的夹具的分解示意图；
32.图5是安装有动平衡装置的夹具的部分结构示意图；
33.图6是本发明第一实施例的外槽的结构示意图；
34.图7是本发明第一实施例的柔性铰链的结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.参照图1和图2所示，本发明的第一实施例提供了一种滑雪板高速摩擦性能测试装置，包括力传感器1、柔性铰链2和夹具3。所述力传感器1用于配置在机床的刀架上。所述夹具3固定在机床上，且位于力传感器1的下方。柔性铰链2配置在力传感器1上，且其远离力传感器1的一端用于固定滑雪板4。通过力传感器1可以对滑雪板4施加压力，并在内槽31转动过程中获得滑雪板4与冰雪样品的摩擦系数等参数。
41.参照图1和图7所示，在本实施例中，所述柔性铰链2包括上底板21、下底板22和缓冲装置。所述缓冲装置对称设于上底板21的两端，且位于上底板21和下底板22之间。所述缓冲装置包括上固定架23、中固定架24和下固定架25。在上固定架23和中固定架24之间以及在中固定架24和下固定架25之间分别设有一薄片26。通过在上固定架23和中固定架24之间以及在中固定架24和下固定架25之间设置薄片26，可以降低由于雪面不平整引起的端面跳动从而导致的滑雪板4与雪面脱离的问题，使得滑雪板4与雪面的持续接触以保证接触面的可靠性。
42.参照图7所示，在本实施例中，所述柔性铰链2还包括一夹头27，所述夹头27的一端与下底板22固定连接，该夹头27远离下底板22的一端与滑雪板4连接。需要说明的是，本发明中使用的滑雪板4为等比例缩小型滑雪板，其通过夹头27与柔性铰链2固定连接。通过力传感器1可对该滑雪板4施加等比例缩小的力，从而使滑雪板4与高速旋转的雪面进行接触，以实现滑雪板4的摩擦试验并得到准确的滑雪板摩擦系数。
43.参照图1～图6所示，在本实施例中，所述夹具3包括外槽结构、恒温顶盖32以及用于放置冰雪的内槽31。优选地，外槽结构由耐低温合金钢制成。所述内槽31设于外槽结构内，且该内槽31内设有用于均匀放置冰雪样品的空间。所述恒温顶盖32盖合在外槽结构和内槽31上，且该恒温顶盖32上还开设有一用于放入滑雪板4的开口。通过该开口可将滑雪板4放入夹具3内并与内槽31的冰雪样品进行接触，从而模拟滑雪过程。
44.参照图5和图6所示，具体地，外槽结构包括外槽顶盖33以及与机床固定连接的外槽34。所述外槽34形成有用于放置干冰的空间，且外槽34的内侧壁上设有若干个镂空槽35。所述外槽顶盖33盖合在外槽34上，且位于恒温顶盖32下方。优选地，外槽顶盖33为镂空顶盖。在外槽34内设置干冰的存放空间可确保内槽31在工作时其周围的环境温度维持在一个较低水平。在外槽34的内侧壁设置若干个镂空槽35可在试验过程中持续将外槽34内的干冰产生的低温释放，从而维持环境的低温状态，减少冰雪在非摩擦过程中的损耗。
45.参照图5和图6所示，在本实施例中，所述外槽34的中部开设有一通孔，用于套设在机床主轴上。所述内槽31通过垫圈5和螺钉与机床主轴固定连接，且被构造成可在机床主轴的带动下转动以实现滑雪板4与内槽31内冰雪之间的相对运动。优选地，螺钉为3mm螺钉。将冰雪样品平铺在内槽31后，通过机床主轴的转动即可实现内槽31的高转速转动，进而可带动冰雪样品转动，从而模拟滑雪过程中的运动状态，以获得摩擦系数、x轴向力、位移深度和z轴向力等参数。
46.参照图4所示，在一个优选实施例中，所述内槽31底部还设有若干个防滑条6。通过设置防滑条6可防止在启动阶段冰雪样品与内槽31底部之间发生相对滑动，从而保证冰雪
能均匀平铺在内槽31内。
47.参照图5所示，在另一个优选实施例中，滑雪板高速摩擦性能测试装置还包括一动平衡装置7。所述动平衡装置7设于外槽结构内，且动平衡装置7位于内槽31的下方。所述动平衡装置7被构造成可在机床主轴的带动下转动，以抵消旋转过程中因质量偏心所引起的离心力。
48.具体地，所述动平衡装置7包括一动平衡盘71，所述动平衡盘71通过螺钉与内槽31固定连接以形成一个整体，然后再与机床主轴固定连接。优选地，螺钉为3mm螺钉。在动平衡盘71上开设有若干个凹槽。所述动平衡装置7还包括若干个动平衡块72，动平衡块72对应设置在凹槽内。具体地，动平衡块72通过2mm的螺钉固定在凹槽内。在本实施例中，动平衡块72为3块，当然，需要说明的是，在本发明的其他实施例中，动平衡块72的数量可根据实际情况进行设置，本发明不做具体限定。通过设置动平衡装置7可以平衡在高速试验下因内槽31内的冰雪质量分配不均造成的质量偏心所引起的离心力作用，从而使试验能达到预定转速以在高转速下获得摩擦系数等参数并确保获取的数据的准确性。
49.本发明的滑雪板高速摩擦性能测试装置为符合等比例原则的室内摩擦性能测试。在试验时，通过将滑雪板4的大小与受力状况都进行等比例的缩小，使得在实验室即可完成室外复杂的试验内容。在结构上，本发明的滑雪板高速摩擦性能测试装置的旋转工作部分与温度控制部分单独分开，从而能在较低的环境温度下实现高转速的摩擦性能测试，减少试验过程中雪在非摩擦状态时的消耗，为试验的数据采集与数据的有效性带来更大的保障，同时操作也更加便捷。采用室内摩擦性能测试不仅能提供更好的试验环境条件和高精度等级的设备，而且解决了如何检测滑雪板高速摩擦过程中因单因素改变所引起的变化对摩擦系数的影响且对单因素变化的观察更细致。本发明在降低试验难度的同时提升了对单因素改变所造成影响的检测能力，从而能进一步提高试验数据的可靠性。
50.参照图1所示，本发明的第二实施例提供了一种滑雪板高速摩擦性能测试方法，包括以下步骤：
51.s1、将外槽34固定在机床上，并在该外槽34内放入一定量的干冰。然后将外槽顶盖33固定在外槽34上。
52.s2、将内槽31和动平衡装置7连接成整体并放置在外槽34的内部，然后将冰雪样品平铺在内槽31中，接着通过垫圈6将其固定在机床主轴上，最后将恒温顶盖32盖合在外槽34和内槽31上。其中，恒温顶盖32盖合前先注水并放入冰柜中进行冷冻，待该恒温顶盖32冷冻到所需温度后将其取出盖合在外槽34和内槽31上。通过在外槽34内放置干冰以及将恒温顶盖32放入冰柜中进行冷冻，可以使整个装置控制在低温状态，从而减少试验过程中雪在非摩擦状态时的消耗，保证试验条件的稳定和数据的准确性。
53.s3、将滑雪板4放置在冰雪样品上，并通过力传感器1向其施加压力直至达到预设压力值。其中，该预设压力值为与等比例缩小后的滑雪板4相对应的标准运动员体重等比例缩小后的压力值。然后从低速开始调整三个动平衡块的相对位置，以将旋转过程中因质量偏心所引起的离心力抵消，直到径向跳动达到规定范围后，可将速度提高到预定的高转速进行试验工作。
54.s4、开启机床以使机床主轴转动，进而带动内槽31转动。通过读取力传感器1上的数据，从而可得到摩擦系数、x轴向力、位移深度和z轴向力等参数。本发明通过机床主轴转
动可以带动内槽31进行高速旋转，从而使得滑雪板4与冰雪样品之间进行相对滑动，以模拟滑雪过程。
55.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。