材料粘着摩擦性能综合实验台.pdf

制造系统与管理 241 材料粘着一摩擦性能综合实验台 张昊 杨松祥 许巧游 戴振东 颜化冰 (南京航空航天大学，南京，210016) 摘要 为了能够实现机械工程教学中学生对粘性材料的材料特性的认识，并实现对粘结力和 摩擦力的自动测试，我们研制了材料粘着和摩擦性能综合实验台。本文介绍了该实验台的硬 件结构、软件编制、仪器功能、教学实验范例以及调试中的问题和解决方法，同时介绍了软 件中用到的数据处理算法。 关键词 粘结力，摩擦力，测试仪 1 引言 在机械工程教学中的材料粘着和摩擦实验以及不少的科研二[=作中，需要了解粘性材料(例如聚胺 酯材料)在不同工作条件下和负载下的粘着力，摩擦力及两者之间的关系，这对指导学生了解粘性材 料独特的特性和对它们的的研究与实际应用有比较重要的意义。我们根据自己的教学与科研需要，自 行设计并研制了具有此功能的粘结力和摩擦力的综合实验台。实践表明，此仪器简单实用，可以手动 控制也可以完全由计算机控制，适宜学生的实验要求。同时计算机对测试数可据根据要求自动地进行 采集与存储，并可对测试数据进行必要的处理，而且能够将数据动态的显示在计算机的屏幕上，便于 观察与控制。下面我们对该仪器的硬件组成，软件编制以及数据处理做一个比较详细的介绍。 2实验台设计 2．1 硬件设计 整个综合实验台的系统设计原理图如图1所示。其中多路数据采集卡和三维运动控制卡插在计算 机的插槽里，其他的部分都在三维运动工作台下面的箱体内，工作台的实物图如图2所示。为了测试 材料的粘结力和摩擦力的关系，所设计的三维运动的机械传动装置，可通过相互垂直的簧片式微悬臂 结构的传感器可以测量所得的力，力的大小通过位移或者控制卡发出的脉冲数精确控制。 图1实验台工作的原理示意图 242 现代企业与先进制造技术高层论坛 ———————————————————————————————————————————————————————————一一一- 图2工作台的实物图 三个步进电机的驱动装置所需要的控制信号通过三维运动控制卡分别产生，互不干扰。控制号插 在计算机的插槽里，它产生控制信号包括：驱动脉冲信号、方向控制信号：其中驱动脉冲信号可以根 据实际需要连续或者定量的发给驱动装置。我们可以用Visual C++语言对控制卡所自带的函数进行编 程，以便产生我们所期望的控制方法。譬如：我们根据实验的实际需要，开发了三种不同的控制电机 的运动方式。 由于在：】：作时的分工和实验要求的不同，我们选择的三个步进电机以及与自相关的驱动装置是不 同的。 传感器测得的信号经过自行设计的放大电路放大后被数据采集卡所采集．通过数据采集卡的开发 程序LabVIEW开发出的数据采集程序可以将数据动态的以数据波的形式显示在屏幕上，方便了对放 大电路的调节。同时能够对数据进行必要的处理，从而可以根据处理结果准确的控制电机的运行，达 到了采集数据对电机的控制。 整个系统的j：【：作过程如下：首先进行测试功能选择和测试参数设置。本系统可以进行三种功能的 测试：单垂直方向的粘着力测试、单水平方向的摩擦力的测试以及在负压力方向的摩擦力的测试。测 试参数的设置包括了步进电机的运行速度、实验次数、数据采集的频率和数据的极限范围的设置。然 后根据功能和参数，控制程序在驱动步进电机做各自运动的同时，数据采集程序进行相应的数据采集、 实时显示、处理和存储。控制程序和数据采集程序之间通过数据采集程序对数据的处理而产生的不同 结果进行联络。 2．2 设计 软件的设计主要包括了两个方面： 2．2．1 软件程序的设计 我们用Visual C++开发平台，利用控制卡所自带的控制函数开发了适应不同要求的电机运动程序。 根据实验的要求，我们的控制程序可以成功的完成系统所进行的三种功能的测试。为了能够方便使用， 我们将控制电机的参数都放在控制面板上。控制软件程序的界面如图3所示。 2．2．2 程序的设计 在系