[实用新型]重力及小球体滚滑摩擦系数测试仪

说明书

本实用新型是一种计量测试仪器，特别适用于工程与数学试验室中对重力加速度的测定和在机械工程、计量测试工程中滚滑摩擦系数的测试仪器。

公知的在数学试验室中重力加速度的测量，是使用摆类仪器，包括单摆、复摆、卡特摆，设计精度低，测试结果达不到要求。而在机械工程、计量测试工程中尚未实现球体在圆弧轨道上连滚带滑这一混合摩擦系数的测定，常常采用滚动摩擦系数近似地代替连滚带滑混合摩擦系数，影响着工程设计中计算的精确性。

本实用新型的任务，是设计一种精度高达1×10^－6，测试结果比较理想的重力加速度测试仪取代现代工程与教学试验室中各种摆类仪器，同时满足工程界对滚滑摩擦系数精确值的需求，实现对“连滚带滑”混合摩擦系数的直接测定。

为解决这一任务，可采用下述无摆线、无摆杆的特殊“摆”的技术方案：小球沿着带有角度刻度的圆弧形导轨做滚滑运动，当小球运动到导轨最低点（平衡位置）时，挡住从导轨底部矩形细缝透过的由光电门传感器中聚光灯发出的光线，小球两次挡光的时间间隔，正是球体周期运动的半周期，由与光电门传感器通过软线插头相连接的数字计时计测出。根据测出的全周期T，可计算出滚滑摩擦系数。计算公式为（1）〔推导从略〕：

μ=3g2-68π25T2(1)]]>

上式中：T为小球运动周期；

g可以从计量手册中查出，滚滑摩擦系数即可确定。

为了减化计算，上式可用下述的公式近似代替：

μ=85·πT(2)]]>

用于教学中测量重力加速度可以通过下列公式（3）计算（推导从略）：

g＝ (4π2L)/(T2) （1＋ 2/15 ＋ 1/6 Sin (2θ)/2 ＋ (1·T2)/(12·π2) ·μ²） （3）

上式中：L＝ 1/2 （d－Dm）

d为导轨直径；

Dm为小球直径；

θ为小球起始位置偏离导轨中心的角度；

T为小球运动周期；

μ利用公式（1）或（2）求出。

这样重力加速度g可以精确到1×10^－6伽。

如图描述了本实用新型的一个实施例：

图1：本实用新型的主视图，

图2：本实用新型的侧视图。

如图所示，内径为d的圆弧形导轨1用螺栓2通过导轨架3固定在仪器支座4上。在圆弧形导轨1上打印出角度刻度，在导轨底部中心位置制出一个钻有2×20mm的缝隙孔11。仪器支座4上同时固定有光电门支架5，光电门支架上装有光电门传感器6，包括光电二级管7及聚光灯泡8等，通过软线插头12，光电门传感器与数字计时计9相连。

直径为Dm（1＜Dm≤30，Dm最佳尺寸为5mm）的小球从θ≤5°的起始位置沿着环形导轨运动，小球运动到导轨最低点的平衡位置，既挡住了从光电门传感器聚光灯泡发出来的光束，并由数字计时计记录下小球接连两次挡光的时间间隔，正是1／2周期值，换算成周期T。那么则可通过已论证推导出的公式（1）或（2）求出滚滑摩擦系数μ的值，从公式（3）计算出重力加速度g值。

为了保证测试精度，其关键零部件的尺寸、形位公差及测量精度应达到：

小球体：0.001毫米；

圆弧形导轨：0.01毫米；

数字计时器：0.0001秒。

这样，通过本实用新型这样一台设计新颖、结构简单的测试仪器，可实现精度达到1×10^－6的重力加速度值和“连滚带滑”混合摩擦系数的测定。