[发明专利]一种球形颗粒滚动摩擦系数测量方法有效

专利信息
申请号: 201810988170.3 申请日: 2018-08-28
公开(公告)号: CN109060648B 公开(公告)日: 2021-02-05
发明(设计)人: 虞跨海;辛士红;徐鑫东;张云鹏;张振源;姚世乐;岳珠峰;李磊 申请(专利权)人: 河南科技大学
主分类号: G01N19/02 分类号: G01N19/02
代理公司: 郑州睿信知识产权代理有限公司 41119 代理人: 贾东东
地址: 471003 河*** 国省代码: 河南;41
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 一种 球形 颗粒 滚动 摩擦系数 测量方法
【权利要求书】:

1.一种球形颗粒滚动摩擦系数测量方法,其特征在于:包括以下操作步骤,

步骤1,在水平设置的转动的转盘上静止释放或以一定初始速度释放球形颗粒,通过图像采集装置采集球形颗粒在转盘上的实际运动轨迹;

步骤2,给定一个滚动摩擦系数设定值,预测颗粒的理论运动轨迹:以设定的时间步长计算对应的子轨迹,在每个时间步长中,均判断球形颗粒是纯滑动还是滚动滑动共存的运动形式,并且相应的运用纯滑动运动形式或滚动滑动共存运动形式对应的运动规律计算每个时间步长所对应的子轨迹,将所有子轨迹合成所述理论运动轨迹;

步骤3,将所述理论运动轨迹与实际运动轨迹拟合,根据理论运动轨迹与实际运动轨迹的对比结果调整滚动摩擦系数设定值,并不断进行理论运动轨迹的计算迭代,直至理论运动轨迹与实际运动轨迹的误差满足精度要求,相应的滚动摩擦系数值即为待测的滚动摩擦系数;在步骤2中,通过球形颗粒的摩擦力冲量与滚动状态临界值的大小判断球形颗粒的运动形式,摩擦力冲量大于滚动状态临界值时,球形颗粒的运动形式为滑动滚动并存,摩擦力冲量小于滚动状态临界值时,球形颗粒的运动形式为纯滑动;其中,滑动摩擦力与滑动摩擦系数、重力冲量正相关;所述临界值与球形颗粒、球形颗粒角速度、转盘速度、轨迹点所在圆盘位置相关;球形颗粒在每个时间步长内运动子轨迹计算方法:假设球形颗粒与转盘平面的滑动摩擦系数和滚动摩擦系数分别为μs和μr;滚动摩擦系数采用经典方法定义,直角坐标系x,y方向为沿转盘平面方向,z向为沿转盘平面竖直方向;转盘平面绕坐标原点以角速度ωtable转动,球形颗粒平动速度为Vball,且球形颗粒的角速度为ωball,且当转盘平面为水平时,有初始静止时有Vball=ωball=0,采用释放结构,经过一段时间后与圆盘同步释放,球形颗粒平动速度与所在位置圆盘速度相同,颗粒角速度根据接触点速度为零计算得到;

对于球形颗粒释放后在圆盘上运动的任意时刻,球形颗粒接触点与转盘平面的相对运动速度Vbt为:

式中,为Z向单位矢量,R为球形颗粒半径,r为球形颗粒位置距平面转动轴的中心距矢量;当相对速度不为0时,球形颗粒为滑动状态,受到的摩擦力为:

式中,fs为球形颗粒受到的摩擦力,m为球形颗粒质量,为相对速度单位矢量,

球形颗粒滑动摩擦力矩为:

当球形颗粒为滚动状态时,球形颗粒受到的滚动摩擦力矩为:

Tr=-μrmgRωball

球形颗粒在旋转的转盘平面上的运动状态变化是连续的,数值计算是离散化过程,对球形颗粒在旋转的转盘平面上的运动离散化计算方法如下:

将球形颗粒运动状态沿时间轴离散为一系列时间点,各点时间间隔为dt;球形颗粒在dt时间内的重力冲量为水平方向上的摩擦力产生冲量矩在数值上介于μrPn和μsPnR之间,颗粒的运动状态取决于颗粒的速度与冲量矩大小;球形颗粒在到达某个时间节点后,根据前一时间段内累积的法向冲量,瞬时完成切向碰撞,实现该时刻速度更新;离散化方法分别采用速度中心差分方法和一阶前差分方法计算;

(1)速度中心差分方法

对于i节点时刻运动颗粒,其线速度和角速度分别为和所在位置为ri,采用i时刻瞬时速度计算i+1时刻球形颗粒所在位置,即:

(2)速度一阶前差分方法

在计算i+1时刻颗粒所在位置时,考虑i-1时刻到i时刻的速度增量作为速度修正,预测i+1时刻的位置预测,则有:

采用上述两种差分方法,颗粒经过计算时间步长发生位置变化而未考虑切向冲量作用时的接触点相对速度为:

在承受总法向冲量Pn条件下,球形颗粒与平面发生切向碰撞,球形颗粒存在相对速度此时,球形颗粒在平面上进入滚动状态的临界冲量值为:

Pnμs≤Ptc时,球形颗粒在转盘上的运动形式为纯滑动的运动形式;Pnμs>Ptc时,球形颗粒在转盘上的运动形式为滑动滚动并存的运动形式;

在i+1时刻,颗粒的运动速度和角速度分别为:

式中,I为颗粒转动惯量,nt为切向碰撞发生前相对速度方向单位矢量,且有:

和分别为球形颗粒达到临界滚动状态时球形颗粒的平动速度单位矢量和角速度单位矢量,且有:

由式或式计算颗粒位置更新;由i+1时刻颗粒的运动速度公式或角速度公式,计算颗粒速度更新,从而预测得到球形颗粒在旋转平面上的理论运动轨迹。

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于河南科技大学,未经河南科技大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201810988170.3/1.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top