SolidWorks金属材料高速摩擦系数测量装置设计(3)

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（1）该装置上测力传感器的设计

（2）该装置的本体安装

（3）对该装置结构的仿真分析

1.3.2 研究手段

拟采用的研究手段（途径）：

（1）通过查阅文献，分析研究，测力传感器需要测出高速摩擦时的摩擦力和正压力。考虑使用金属应变式传感器，通过应变片不同的变形方式分别得出所需测量量：摩擦力

和正压力。

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（2）通过查阅文献，与老师讨论，该测试装置由以下部分组成：测力传感器，应变放大器和数据采集仪，激光测速仪。测量过程中，由应变片感受正压力与摩擦力并转换为电信号，由应变放大器放大处理，再由数据采集仪采集和显示数据。由激光测速仪分别测量试件 1 与文献综述

试件 2 接触前后的速度。装置的本体安装需考虑极端条件对测力装置的影响。对于测量装置材料的选择，需要有较高的屈强比和弹性极限，良好的塑性和韧性，及较高的疲劳极限。

（3）利用 SOLIDWORKS 画出测量装置的 3D 模型，将它导入 ANSYS 有限元分析软件，进行求解、后处理并对结果进行分析。

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2 摩擦测量装置的设计

2.1 摩擦系数基础理论

本课题所写的是金属与金属在高速高压环境下摩擦时的摩擦系数，在摩擦学中属于固体接触摩擦学的范围。

在经典摩擦学之中，相对滑动的接触表面之间产生的摩擦力与该相接到的表面法向载荷成正比，这个比值就是摩擦系数，计算的公式如下：

式中 ——摩擦系数

f ——接触表面之间的摩擦力（N）

F ——接触表面的法向压力（N)

2.2 测量装置的设计要求

目前，设计并研制成功的摩擦磨损试验机有很多种，对摩擦系数的测量装置也是多种多样[16]。根据摩擦副表面的接触的毁坏形式可将实验机分为 8 类，根据摩擦副的形状不同，可以将它分类分成为 12 类[17]。虽然不同装置的指标和运行原理不是一样的，但大多数的设计要求却是一样的。

（1）测量装置的几何形状简单：在摩擦系数的测量实验中，我们要多次采集数据并对数据进行分析等，而每一次获得的数据与现象都需要测量装置的机构来支撑，若试验机的几何形状简单，结构简易，操作简单，可减少装置测量时出现的误差，使测量数据稳定精确。

（2）试验参数容易控制：本文在进行摩擦试验的过程中，采用法向压力、摩擦力作为试验参数。如果实验过程中，参数很难控制，稳定性不高，那么将会难以获得稳定的实验结果并且影响实验的成功率。

（3）试验结果精确：对于一个设计师来说，不断提高测量装置的精度会是他们一直追求的目标。而实验数据的便于记录对实验结果取得一个较好的精度也是必要的，这也有助于实验结束后结果的理论分析与归纳。

（4）试验费用低：测量装置需要保证测量时有良好的经济性。

2.3 摩擦测量装置的材料选取

在摩擦测试试验时，法向力和切向力是由于摩擦组件与弹体发生相对运动而产生的。切向力会压缩装置从而发生形变，使的粘贴在装置上的应变片发生形变；法向力也会使得摩擦组件发生挤压变形，从而摩擦组件外侧的应变片也会出现形变。为使装置在试验过程中不被破坏，要求装置和摩擦组件在施加载荷时始终在弹性变形阶段内[18]。所以下面的材料性能要求是摩擦组件与装置需要满足的：来`自^751论*文-网www.751com.cn