本實用新型涉及教學實驗儀器，具體是一種三輪支撐式滾動摩擦力和滾動摩擦系數測定裝置，也可用于在生產現場測試不同材料的滾動摩擦力及滾動摩擦系數。
背景技術：
滾動摩擦能減少阻力這一原理早在史前時期即為人們所認識。隨著車輪的發明與使用，人們已比較樸素地理解到滾動摩擦與滑動摩擦有著本質的區別。滾動摩擦與滑動摩擦相比，摩擦阻力更小，功耗更少，磨損率低，傳動效率高，在工程系統中有著廣泛的應用。但滾動摩擦與滑動摩擦相比，摩擦機理及實驗數據的測量都更為復雜。由于滾動摩擦這種固有的復雜性，使得該研究領域中還沒有形成系統的理論體系，許多深層次的問題還有待于進一步研究，特別是由于相關實驗設備的缺乏，在材料的動態變形對滾動摩擦行為的影響機理及規律方面還不十分清楚，對滾動摩擦行為與材料變形之間的影響規律無論在理論模型上還是在實驗數據上都還缺乏。
不同材料、不同表面粗糙度、不同使用環境條件下，兩物體間的滾動摩擦系數不同，故需要儀器設備在具體條件下進行摩擦系數的測定；另外一些實驗已證實，正壓力、滾動速度的大小也會影響滾動摩擦力、滾動摩擦系數的大小，但經文獻查新和專利檢索，目前尚未有設備能夠同時測量試件在滾動過程中的動態變形和滾動摩擦力，而且現有的滾動摩擦力、滾動摩擦系數測試裝置在實驗載荷施加、滾動速度改變方面也存在一些問題，其得出的試驗數據的真實性和工程現場的應用可靠性不能不受到質疑。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本實用新型提供一種三輪支撐式滾動摩擦力和滾動摩擦系數測定裝置，用于探究滾動摩擦系數以及輪試件滾動過程中的彈性滯后變形量。
本實用新型通過以下技術方案實現：一種三輪支撐式滾動摩擦力和滾動摩擦系數測定裝置，包括前后相對布置的兩對支座，每對支座上固定有一根軸，兩根所述軸相互平行，在每根軸上安裝有一個軸承，兩所述軸承前后相對；
在兩所述軸承Ⅰ上放置有一個板試件；在所述板試件的端部設有壓力傳感器Ⅰ和位移傳感器Ⅰ；
在所述板試件上方設有一個可上下移動的倒U型架；在所述倒U型架開口內固定有軸，在軸上通過一個軸承安裝輪試件；在所述倒U型架上端設有位移傳感器Ⅱ和壓力傳感器Ⅱ；在倒U型架上還設有用于檢測輪試件角位移的精密光電編碼器。
其進一步是試件前方設有一個螺母絲杠推進機構Ⅰ，螺母絲杠推進機構Ⅰ包括絲杠Ⅰ、與絲杠Ⅰ連接的步進電機Ⅰ和安裝在絲杠Ⅰ上的螺母Ⅰ；所述螺母Ⅰ靠近板試件一側固定有所述的壓力傳感器Ⅰ。
所述倒U型架上方設有一個螺母絲杠推進機構Ⅱ，螺母絲杠推進機構Ⅱ包括絲杠Ⅱ、與絲杠Ⅱ連接的步進電機Ⅱ和安裝在絲杠Ⅱ上的螺母Ⅱ；所述螺母Ⅱ靠近倒U型架一側固定有所述的壓力傳感器Ⅱ。
實驗時，輪試件以正壓力N壓緊在板試件上，這一過程中，位移傳感器Ⅱ記錄輪試件的徑向變形量Δ；
步進電機Ⅰ按設定速率驅動壓力傳感器Ⅰ以速度v推動板試件運動；壓力傳感器Ⅰ記錄輪試件的滾動摩擦阻力和三個軸承旋轉阻力的合力F1；位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器分別記錄板試件的直線位移L1及輪試件的角位移φ1；
取下輪試件重復以上實驗過程，記錄壓力傳感器Ⅰ、位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器所測各參量：F2、L2、φ2。
F1與F2，相比較可得輪試件的滾動阻力，進而得到滾動摩擦系數。
綜合比較分析v、L1、φ1、Δ、L2、φ2，可以考察輪試件滾動過程中的彈性滯后變形量（軸承裝配時均采用預緊技術，以消除徑向游隙）。
本實用新型的有益效果是：結構簡單，操作方便，通過兩次實驗與記錄可較為精確的得出滾動摩擦系數，并且可以進一步的考察輪試件滾動過程中的彈性滯后變形量。
附圖說明
圖1是本實用新型結構示意圖；
圖中：1、步進電機Ⅰ；2、絲杠Ⅰ；3、壓力傳感器Ⅰ；4、螺母Ⅰ；5、軸承；6、支座；7、軸；8、位移傳感器Ⅰ；9、位移傳感器Ⅱ；10、壓力傳感器Ⅱ；11、倒U型架；12、輪試件；13、步進電機Ⅱ；14、絲桿Ⅱ；15、螺母Ⅱ；16、精密光電編碼器；17、板試件。
具體實施方式
以下是本實用新型的一個具體實施例，現結合附圖對本實用新型做進一步說明。
如圖1所示，一種三輪支撐式滾動摩擦力和滾動摩擦系數測定裝置，在底板上表面固定有兩對前后相對的支座6，每對支座6上固定有一根軸7，兩根軸7相互平行，在每根軸7上安裝有一個軸承5，兩軸承5前后相對；在兩軸承Ⅰ5上放置一個板試件17，板試件17的材質可根據實驗選擇，本實施例選擇花崗巖石板。在板試件17的前方設有一個用于推動板試件17向后運動的螺母絲杠推進機構Ⅰ；螺母絲杠推進機構Ⅰ包括絲杠Ⅰ2、與絲杠Ⅰ2連接的步進電機Ⅰ1和安裝在絲杠Ⅰ2上的螺母Ⅰ4；步進電機Ⅰ1帶動絲杠Ⅰ2轉動，進而推動螺母Ⅰ4；螺母Ⅰ4抵在板試件17前端，推動試件17向后運動，在螺母Ⅰ4靠近板試件17一側固定壓力傳感器Ⅰ3，以檢測推動試件17的力；在板試件17后端設有位移傳感器Ⅰ8，用于檢測試件17的位移。
在板試件17上方設有一個可上下移動的倒U型架11；在倒U型架11開口內固定有軸，在軸上通過一個軸承5安裝輪試件12；輪試件12的材質可根據實驗選擇，本實施例選擇聚合物輪子。在倒U型架11上方設有一個用于推動倒U型架11向下移動的螺母絲杠推進機構Ⅱ；螺母絲杠推進機構Ⅱ包括絲杠Ⅱ14、與絲杠Ⅱ14連接的步進電機Ⅱ13和安裝在絲杠Ⅱ14上的螺母Ⅱ15；步進電機Ⅱ13帶動絲杠Ⅱ14轉動，進而推動螺母Ⅱ15；螺母Ⅱ15下側面與倒U型架11之間設有壓力傳感器Ⅱ10，以檢測施加于倒U型架11上端的力。在倒U型架11上還設有用于檢測倒U型架11向下移動的位移的位移傳感器Ⅱ9，以及用于檢測輪試件12角位移的精密光電編碼器16。
實驗時，輪試件以正壓力N壓緊在板試件上，這一過程中，位移傳感器Ⅱ記錄輪試件的徑向變形量Δ；
步進電機Ⅰ按設定速率驅動壓力傳感器Ⅰ以速度v推動板試件運動；壓力傳感器Ⅰ記錄輪試件的滾動摩擦阻力和三個軸承旋轉阻力的合力F1；位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器分別記錄板試件的直線位移L1及輪試件的角位移φ1；
取下輪試件重復以上實驗過程，記錄壓力傳感器Ⅰ、位移傳感器Ⅰ和精密光電編碼器所測各參量：F2、L2、φ2。
F1與F2，相比較可得輪試件的滾動阻力F=F1-F2，進而得到滾動摩擦系數：k=F*R/N ，式中：F為滾動摩擦阻力，R為試件半徑，N為接觸壓力。
綜合比較分析v、L1、φ1、Δ、L2、φ2，可以考察輪試件滾動過程中的彈性滯后變形量（軸承裝配時均采用預緊技術，以消除徑向游隙），彈性滯后變形量可以用一個簡化的公式來表示：ε =(φ1 -φ2)/L1 。
本實用新型通過這種三輪支撐法的裝置，可以方便的考察實驗材料的黏彈性質、運動速度、載荷、滾動體半徑、潤滑介質對滾動摩擦阻力矩和彈性滯后變形量的影響規律。