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专利号: 2018109881703
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

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。

2.根据权利要求1所述的球形颗粒滚动摩擦系数测量方法,其特征在于: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。

3.根据权利要求2所述的球形颗粒滚动摩擦系数测量方法,其特征在于:计算时间步长内球形颗粒发生滚动的状态临界值 为 摩擦力冲量为Pnμs, 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;所述球形颗粒与圆盘接触点相对速度为:式中:μs为滑动摩擦系数;r为颗粒位置距平面转动轴的中心距矢量;Vball为球形颗粒平动速度;为竖直方向单位矢量;R为球形颗粒半径;i节点时刻球形颗粒速度和角速度分别为 和 球形颗粒所在位置为ri; 为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;

为球形颗粒在平面上进入滚动状态的临界切向冲量;Pn为在dt时间内的重力冲量,其大小为Pn=mgdt。

4.根据权利要求3所述的球形颗粒滚动摩擦系数测量方法,其特征在于:球形颗粒在转盘上纯滑动时,通过下列方程组预测球形颗粒的理论运动轨迹,式中:I为球形颗粒转动惯量;nt为切向碰撞发生前相对速度方向单位矢量。

5.根据权利要求4所述的球形颗粒滚动摩擦系数测量方法,其特征在于:球形颗粒在转盘上滑动、滚动并存时,通过下列方程组预测球形颗粒的理论运动轨迹,式中, 和 分别为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。