[发明专利]基于磁敏橡胶的可控滚动摩擦系数检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种基于磁敏橡胶的可控滚动摩擦系数检测装置及检测方法，通过调整施加给磁敏橡胶的磁场强度，从而改变待测磁敏橡胶的表面粗糙度、硬度、弹性模量和表面铁磁颗粒聚集度等参数，实现对摩擦表面干燥、湿滑或附着油脂下的磁敏橡胶滚动摩擦状态的调控。用采集非铁磁性摩擦小球在不同磁场强度下在待测磁敏橡胶上运动情况的方式，计算出磁敏橡胶在不同磁场下的滚动摩擦系数，分析磁场对磁敏橡胶滚动摩擦系数的影响。激光位移传感器将信号传递给采集模块，并通过串口将数据传递给上位机，经上位机处理数据后将非铁磁性摩擦小球的运动初末速度、运动过程中所消耗的能量、待测磁敏橡胶的滚动摩擦系数等结果进行在线显示和评价。

技术领域

本发明涉及一种基于磁敏橡胶的可控滚动摩擦系数检测装置及检测方法。

背景技术

滚动摩擦广泛存在于机械器件、装备及系统当中，例如车辆的牵引和制动依靠轮轨滚动接触过程中作用于接触面上的摩擦力得以实现。在降雨、降雪等天气情况或者接触面湿滑、附着油脂等情况下，滚动摩擦系数降低，容易出现车辆打滑，造成列车紧急制动次数增多和紧急制动距离延长，存在一定的安全风险。若能在此过程中控制滚动摩擦便可以有效降低安全风险。

磁敏橡胶一般是以橡胶(或硅树脂)为基体，填充微米级的铁磁颗粒，经过一定的固化工艺制备而成。磁敏橡胶在磁场下能瞬时(毫秒级)改变其弹性模量、力学、电学与磁学等性能。由于是固体状，从而避免了磁流变液易沉降和易磨损等问题。近年来，学者对磁敏橡胶的研究表明，磁敏橡胶内部的铁磁颗粒在磁场作用下会被磁化，易形成磁偶极子对，进而产生相互作用力，外在表现为阻尼和刚度在磁场下发生变化。国内外学者研究了磁材料，显微观察磁场作用下磁敏橡胶的微观结构，发现磁敏橡胶的铁磁颗粒在磁场作用下产生聚集，磁场导致磁敏橡胶的弹性模量、硬度和表面粗糙度等发生变化，离开磁场环境后可恢复至原样，进而导致磁敏橡胶的滑动摩擦系数发生可逆性变化。目前已有磁敏橡胶滑动摩擦的研究，但系统的评价磁敏橡胶的滚动摩擦还未见报道。

在湿滑、附着油脂等复杂表面接触条件下，对机械器件、装备及系统中的滚动摩擦影响很大(一般会降低其滚动摩擦系数，易导致打滑、损伤，存在一定的安全隐患)。但目前在复杂环境下对磁敏橡胶滚动摩擦的研究，尚未有系统的评价，因此很有必要系统地研究磁场对磁敏橡胶滚动摩擦系数的影响。由于滚动摩擦固有的复杂性，不同材料、不同表面粗糙度，两物体间的滚动摩擦系数不同。因此非常有必要设计一种可控磁场下对磁敏橡胶滚动摩擦系数的检测装置，以加深对磁敏橡胶滚动摩擦机理研究与应用的推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁敏橡胶的可控滚动摩擦系数检测装置及检测方法，利用装置能够对在不同磁场作用下磁敏橡胶的滚动摩擦系数的变化进行测量和分析，为磁敏橡胶摩擦可控的工程化应用提供技术支撑。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于磁敏橡胶的可控滚动摩擦系数检测装置，包括上支撑板，所述上支撑板上设有用于安装待测磁敏橡胶的磁敏橡胶托槽，所述托槽上的磁敏橡胶摩擦表面可设置为干燥、湿滑、附着油脂；所述待测磁敏橡胶的一端上方设有非铁磁性摩擦小球，所述上支撑板上设有用于为所述非铁磁性摩擦小球提供初速度的弹射装置和用于测量所述非铁磁性摩擦小球在待测磁敏橡胶上运动过程中的速度检测装置；所述磁敏橡胶托槽下方设有用于向所述待测磁敏橡胶施加磁场的磁场发生组件，所述磁场发生组件与上支撑板之间设有间距调节装置；通过间距调节装置调节磁场发生组件与待测磁敏橡胶之间的间距改变磁场强度，以调控待测磁敏橡胶的表面粗糙度、硬度、弹性模量和表面铁磁颗粒聚集度等参数，进而调控磁敏橡胶的滚动摩擦系数；所述速度检测装置通过采集模块将采集到的数据上传至上位机，所述上位机根据采集到的数据，计算得到不同场强作用下控磁敏橡胶的滚动摩擦系数，实现可控滚动摩擦系数检测。

进一步地，所述弹射装置包括固定在所述磁敏橡胶托槽的一端的底座，固定在所述底座上的连接杆，所述连接杆的一端连接有用于推动所述非铁磁性摩擦小球的推杆，另一端设有拉杆；所述连接杆上套设有弹簧，底座上设有一挡板，所述拉杆的尾部穿过所述挡板与所述拉杆连接，所述弹簧设置在推杆与挡板之间。