基于LabVIEW的新型静摩擦试验机测控系统的研究

　　引言

　　摩擦磨损试验在摩擦学研究中有着重要的作用。在一般情况下, 研究者往往只片面地研究滑动摩擦对于研究对象的影响, 而忽视了在自然界中大量存在的静摩擦现象。考虑到对材料在静摩擦条件下研究的需要, 本文开发了一台新型静摩擦试验机。该机可以考察时间、压力、润滑条件和材料特性对于不同摩擦副摩擦学特性的影响, 能够一次性完成对静、动摩擦力及其摩擦系数的测量、曲线绘制与显示、数据处理与分析。传统的摩擦磨损试验机不仅体积大,质量重, 仪表仪器多, 成本高, 功能单一, 自动化水平低, 而且实验数据的采集、读取、处理以及分析完全依靠试验人员手工完成, 工作强度大, 效率低, 而且数据不能实现共享, 在信息化袭卷全球的背景下越来越不适应二十一世纪的发展。结合研制的静摩擦试验平台, 运用现代测控技术编成了一套基于 Lab-VIEW 的新型静摩擦试验机测控系统。该系统运用了国际上流行的虚拟仪器软件 LabVIEW , 极大地提高了系统测试测量的专业水准, 优化了系统的性能, 降低了系统的开发和运行成本。

　　1 新型静摩擦试验机

　　静摩擦试验机主要由驱动机构, 测力系统, 压力加载与调节系统, 测控系统以及机架等五部分构成。试验时, 驱动机构可由砝码产生牵引力, 作用于下试样上。上下试样在接触部位产生的摩擦力使测力系统中的弹性悬臂梁沿作用力方向产生微小位移。而摩擦力的大小与弹性悬臂梁的位移成正比。配合摩擦力传感器, 测力机构能够测量出摩擦力。作用于上试样的正压力由压力加载与调整系统产生。压力加载与调整系统包括电动机、变速机构、丝杆 - 弹簧机构三部分, 电动机提供动力, 经过变速机构的减速,带动丝杆沿垂直方向运动, 进而压缩弹簧, 产生对上试样的正压力。测控系统测量控制系统主要是完成实验参数数据的设定, 压力的调整, 摩擦力和压力的实时采集、显示、分析、处理以及对比等工作。该机使用方便, 成本低, 数据可靠, 重复性好, 自动化程度高。该机的主要技术指标有: ①摩擦力测量范围: ≤200N; ②正压力加载范围: ≤100kg, 最大压力可达到40M Pa 左右; ③综合精度≦0.05。与传统试验机相比,该机具有以下特点:

　　( 1) 采用了更为新颖、精准、可靠的静摩擦力测量方法;

　　( 2) 成本低, 自动化程度高, 能够自动完成实验机的压力加载和驱动, 实时测量摩擦力( 系数) 和正压力;

　　( 3) 采用了计算机测试测量技术, 运用专业软件LabVIEW ,大大提高了实验机的现代化水平, 降低了开发成本;

　　( 4) 实验机具有开放性的结构设计, 为后续功能升级预留了空间。