本发明公开了一种旋转式表面摩擦系数测试系统，包括水平台面、可调节挡板、固定挡板和旋转加载装置，水平台面用于固定待测地板，旋转加载装置包括由上至下依次设置的电机、圆盘以及标准重物，所述圆盘内设有传感器，所述电机通过一电机转轴与所述传感器顶部连接，所述传感器的底部通过一连接组件与所述标准重物连接，所述传感器与所述圆盘之间连接有弹性元件，初始状态下，所述弹性元件未发生形变。本发明还公开了一种旋转式表面摩擦系数测试系统的测试方法，该测试系统结构简单、体积小巧、操作容易，该测试过程更接近实际状态，测试结果更准确，更具有参考性和科学性。
1.一种旋转式表面摩擦系数测试系统，其特征在于：包括水平台面(3)、可调节挡板(17)、固定挡板(1)和旋转加载装置，所述水平台面(3)、所述可调节挡板(17)和所述固定挡板(1)用于固定待测地板(2)，所述旋转加载装置包括由上至下依次设置的电机(9)、圆盘(6)以及标准重物(5)，所述圆盘(6)内设有传感器(8)，所述电机(9)通过一电机转轴(10)与所述传感器(8)顶部连接，所述传感器(8)的底部通过一连接组件与所述标准重物(5)连接，所述传感器(8)与所述圆盘(6)之间连接有弹性元件(7)，初始状态下，所述弹性元件(7)未发生形变；所述水平台面(3)的一端连接一固定挡板(1)，所述水平台面(3)的另一端设置有一可调节挡板(17)，所述可调节挡板(17)通过调节螺栓(18)与另一所述固定挡板(1)连接，另一所述固定挡板(1)轴向设置有与所述调节螺栓(18)配合的内螺纹，各所述固定挡板(1)上端铰接有一固定钢架(11)，各所述固定钢架(11)的另一端与所述电机(9)的外壳铰接；所述连接组件包括异形连接轴(12)和异形轴套(16)，所述异形连接轴(12)外部套设有所述异形轴套(16)，且所述异形连接轴(12)能够在所述异形轴套(16)内上下移动，所述异形轴套(16)与所述标准重物(5)通过螺丝(15)固定。
2.根据权利要求1所述的旋转式表面摩擦系数测试系统，其特征在于：所述传感器(8)置于所述圆盘(6)内部的中间位置，所述弹性元件(7)设置有多个，且多个所述弹性元件(7)关于所述传感器(8)中心对称设置。
3.根据权利要求2所述的旋转式表面摩擦系数测试系统，其特征在于：所述弹性元件(7)两端分别焊接在所述圆盘(6)的内壁和所述传感器(8)上。
4.根据权利要求2所述的旋转式表面摩擦系数测试系统，其特征在于：所述传感器(8)上设置有第一挂钩(13)，所述圆盘(6)的内壁上设置有第二挂钩(14)，所述弹性元件(7)两端分别与所述第一挂钩(13)和所述第二挂钩(14)连接。
5.根据权利要求1所述的旋转式表面摩擦系数测试系统，其特征在于：所述电机(9)为恒定转速的电机，所述电机(9)的角速度小于6○/s。
6.根据权利要求1所述的旋转式表面摩擦系数测试系统，其特征在于：所述弹性元件(7)中心对称设置有四个或六个。
7.根据权利要求6述的旋转式表面摩擦系数测试系统，其特征在于：所述弹性元件(7)为不锈钢弹簧，所述弹性元件(7)承受拉力的范围在0.1N到2N之间。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的旋转式表面摩擦系数测试系统的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：a.将模拟材料(4)固定连接于所述标准重物(5)下表面；
b.开启所述电机(9)，所述电机(9)通过所述电机转轴(10)带动所述传感器(8)转动，所述传感器(8)转动带动所述弹性元件(7)伸长，所述弹性元件(7)逐渐被拉伸且其所受拉力逐渐增加所述传感器(8)将所述弹性元件(7)对所述传感器(8)施加的拉力传输至一计算机，所述计算机根据所述传感器(8)输送的数据生成模拟材料(4)所受的摩擦阻力随时间变化的曲线，得到最大静摩擦力、静摩擦系数、滑动摩擦力和滑动摩擦系数。
9.根据权利要求8所述的旋转式表面摩擦系数测试系统的测试方法：其特征在于：
a、根据模拟材料(4)与所述待测地板(2)之间的摩擦阻力随时间变化的曲线，模拟材料(4)与待测地板(2)间处于要滑动而尚未滑动的临界状态时，所述传感器(8)所受的拉力为模拟材料(4)所受的最大静摩擦力F，静摩擦系数的计算公式为：u＝F/N
式中：F最大静摩擦力；N为地板所受正压力；u为所求静摩擦系数；
b、根据模拟材料(4)与所述待测地板(2)之间的摩擦阻力随时间变化的曲线，当标准重物(5)与待测地板(2)间发生相对运动时，所述传感器(8)所受的拉力为模拟材料(4)与待测地板(2)之间的滑动摩擦力F’，滑动摩擦系数u’的计算公式为：u’＝F’/N
式中：F’为滑动摩擦力；N为地板所受正压力；u’为所求滑动摩擦系数。
一种旋转式表面摩擦系数测试系统及测试方法
技术领域
[0001] 本发明属于体育地板表面性能检测技术领域领域，具体涉及一种旋转式表面摩擦系数测试系统及测试方法。
背景技术
[0002] 体育地板滑动特性要求地板表面的摩擦系数要适度，如果摩擦力过大，运动员在运动过程中突然停止时容易摔倒，并加大地板对运动员腿部肌肉和韧带的负荷，使运动员过快的疲劳或受伤；反之，如果摩擦力过小，运动员在运动中突然停止时容易滑出，影响运动员技术水平的发挥，因此对于体育地板的表面性能检测尤其是摩擦系数的研究显得尤为重要。
[0003] 运动员鞋底与体育地板面层间的相对运动状态通常为相对静止状态，因此静摩擦力与静摩擦系数更能真实反应体育地板在使用过程中的功能性。一方面，现有技术中，地板表面摩擦系数测试方法通常测试主要为动摩擦系数，其测试结果不能完全地真实反应运动员在运动过程中与体育地板的作用情况，检测方法很难反映运动员的实际运动效果。对于专业的体育地板表面性能的改进和评估造成了一定的阻碍，不利于木质体育地板表面性能检测标准化的应用和普及。
发明内容
[0004] 为解决以上技术问题，本发明提供一种结构简单、体积小巧、操作容易的旋转式表面摩擦系数测试系统及测试方法，该测试过程更接近实际状态，测试结果更准确，更具有参考性和科学性。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006] 本发明提供一种旋转式表面摩擦系数测试系统，包括水平台面、可调节挡板、固定挡板和旋转加载装置，所述水平台面、所述可调节挡板和所述固定挡板用于固定待测地板，所述旋转加载装置包括由上至下依次设置的电机、圆盘以及标准重物，所述圆盘内设有传感器，所述电机通过一电机转轴与所述传感器顶部连接，所述传感器的底部通过一连接组件与所述标准重物连接，所述传感器与所述圆盘之间连接有弹性元件，初始状态下，所述弹性元件未发生形变。
[0007] 可选的，所述水平台面的一端连接一固定挡板，所述水平台面的另一端设置有一可调节挡板，所述可调节挡板通过调节螺栓与另一所述固定挡板连接，另一所述固定挡板轴向设置有与所述调节螺栓配合的内螺纹，各所述固定挡板上端铰接有一固定钢架，各所述固定钢架的另一端与所述电机的外壳铰接；所述连接组件包括异形连接轴和异形轴套，所述异形连接轴外部套设有所述异形轴套，且所述异形连接轴能够在所述异形轴套内上下移动，所述异形轴套与所述标准重物通过螺丝固定；
[0008] 可选的，所述传感器置于所述圆盘内部的中间位置，所述弹性元件设置有多个，且多个所述弹性元件关于所述传感器中心对称设置；
[0009] 可选的，所述弹性元件两端分别焊接在所述圆盘的内壁和所述传感器上；
[0010] 可选的，所述传感器上设置有第一挂钩，所述圆盘的内壁上设置有第二挂钩，所述弹性元件两端分别与所述第一挂钩和所述第二挂钩连接；
[0011] 可选的，所述电机为恒定转速的电机，所述电机的角速度小于6°/s；
[0012] 可选的，所述弹性元件中心对称设置有四个或六个；
[0013] 可选的，所述弹性元件为不锈钢弹簧，所述弹性元件承受拉力的范围在0.1N到2N之间；
[0014] 本发明还提供一种旋转式表面摩擦系数测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0015] a.将模拟材料固定连接于所述标准重物下表面，将所述标准重物固定于所述异形轴套下方；
[0016] b.开启所述电机，所述电机通过所述电机转轴带动所述传感器转动，所述传感器转动带动所述弹性元件伸长，所述弹性元件逐渐被拉伸且其所受拉力逐渐增加所述传感器将所述弹性元件对所述传感器施加的拉力传输至一计算机，所述计算机根据所述传感器输送的数据生成模拟材料所受的摩擦阻力随时间变化的曲线，得到最大静摩擦力、静摩擦系数、滑动摩擦力和滑动摩擦系数；
[0017] 可选的，
[0018] a、根据模拟材料与所述待测地板之间的摩擦阻力随时间变化的曲线，模拟材料与待测地板间处于要滑动而尚未滑动的临界状态时，所述传感器所受的拉力为模拟材料所受的最大静摩擦力F，静摩擦系数的计算公式为：
[0019] u＝F/N
[0020] 式中：F最大静摩擦力；N为地板所受正压力；u为所求静摩擦系数；
[0021] b、根据模拟材料与所述待测地板之间的摩擦阻力随时间变化的曲线，当标准重物与待测地板间发生相对运动时，所述传感器所受的拉力为模拟材料与待测地板之间的滑动摩擦力F’，滑动摩擦系数u’的计算公式为：
[0022] u’＝F’/N
[0023] 式中：F’为滑动摩擦力；N为地板所受正压力；u’为所求滑动摩擦系数。
[0024] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0025] 1、本发明的旋转式表面摩擦系数测试系统设置有旋转加载装置，该摩擦系数测试系统结构简单、体积小巧、操作容易，测试结果更准确，更具有参考性和科学性，能够更加真实的反映运动员所穿鞋底与地板之间的摩擦关系，填补了相关检测方式的空白。
[0026] 2、本发明的摩擦系数测试系统通过旋转加载装置开启，向标准重物施加一个以中轴为中心逐渐增加的扭力，当扭力增大至两种材料表面的最大静摩擦力临界值时，最大静摩擦力与扭力平衡，此时标准重物仍为静止状态可以得到最大静摩擦力和摩擦系数；当扭力继续增大直至大于最大静摩擦力时，标准重物与待测地板间发生相对位移此时摩擦阻力减小为滑动摩擦力，并通过传感器反馈绘制出应力曲线，可以得到滑动摩擦力和滑动摩擦系数。旋转式表面摩擦系数测试系统的测试方法更接近实际状态，测试结果更准确，更具有参考性和科学性。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028] 图1为发明实施例中一种旋转式表面摩擦系数测试系统主视图；
[0029] 图2为发明实施例中一种旋转式表面摩擦系数测试系统的圆盘俯视图；
[0030] 图3为发明实施例中一种旋转式表面摩擦系数测试系统的连接组件示意图；
[0031] 图4为发明实施例中一种旋转式表面摩擦系数测试系统连接组件A-A局部剖视图；
[0032] 图5为发明实施例中一种旋转式表面摩擦系数测试系统测试过程的摩擦阻力变化曲线；
[0033] 附图标记说明：1、固定挡板；2、待测地板；3、水平台面；4、模拟材料；5、标准重物；6、圆盘；7、弹性元件；8、传感器；9、电机；10、电机转轴；11、固定钢架；12、异形连接轴；13、第一挂钩；14、第二挂钩；15、螺丝；16、异形轴套；17可调节挡板；18调节螺栓。
具体实施方式
[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 本发明的目的是提供一种旋转式表面摩擦系数测试系统，该装置结构简易有效、设备小巧，结构，该测试方法与过程更接近实际状态，测试结果更准确，更具有参考性和科学性，能够更加真实的反映运动员所穿鞋底与地板之间的摩擦关系，填补了相关检测方式的空白，具有很大的实用价值。
[0036] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0037] 本发明提供一种旋转式表面摩擦系数测试系统，如图1所示，旋转式表面摩擦系数测试系统包括水平台面3、可调节挡板17、固定挡板1和旋转加载装置，水平台面3、可调节挡板17、固定挡板1用于固定待测地板2，旋转加载装置包括由上至下依次设置的电机9、圆盘6以及标准重物5，圆盘6内设有传感器8，电机9通过一电机转轴10与传感器8顶部连接，传感器8的底部通过一连接组件与标准重物5连接，传感器8与圆盘6之间连接有弹性元件7，初始状态下，弹性元件7未发生形变，电机9通过一电机转轴10带动传感器8转动，传感器8转动带动弹性元件7伸长，弹性元件7逐渐被拉伸且其所受拉力逐渐增加传感器8将弹性元件7对传感器8施加的拉力传输至一计算机，计算机根据传感器8输送的数据生成摩擦阻力随时间变化的曲线，得到最大静摩擦力、静摩擦系数、滑动摩擦力和滑动摩擦系数。结构简单、体积小巧、操作容易，且测试过程更接近实际状态，测试结果更准确。
[0038] 为了适应不同尺寸高度的模拟材料，并提高旋转式表面摩擦系数测试系统的稳定性，于本发明具体的实施例中，如图3和图4所示，水平台面3的一端连接一固定挡板1，水平台面3的另一端设置有一可调节挡板17，可调节挡板17通过调节螺栓18与另一固定挡板1连接，另一固定挡板1轴向设置有与调节螺栓18配合的内螺纹，各固定挡板1上端铰接有一固定钢架11，能够方便横向固定待测地板2，通过调节可调节螺栓18能够调节可调节挡板17与另一固定挡板1之间的距离，方便固定和更换待测地板2；各固定挡板1上端铰接有一固定钢架11，各固定钢架11的另一端与电机9的外壳铰接；连接组件包括异形连接轴12和异形轴套16，异形轴套16与标准重物5连接，异形连接轴12外部套设有异形轴套16，且异形连接轴12能够在异形轴套16内上下移动，可以给模拟材料4、标准重物5留出足够的安装空间，安装好之后，也可以通过异形连接轴12在异形轴套16内的向下移动，使得模拟材料4的下表面与待测地板2的上表面恰好接触，便于后期摩擦试验的进行。
[0039] 于本发明具体的实施例中，如图3和图4所示，为了方便异形轴套16与标准重物5的安装和拆卸，异形轴套16两端通过螺丝15与标准重物5连接，该安装方式，使得异形轴套16和标准重物5可进行重复使用，且某一个部件损坏后，无需全部更换，只需更换损坏的部件即可，节约了成本。
[0040] 于本发明具体的实施例中，如图2所示，传感器8置于圆盘6内部的中间位置，弹性元件7设置有多个，且多个弹性元件7关于传感器8中心对称设置，弹性元件7从受力拉伸发生形变至拉伸变形极限所受拉力范围应在0.1N到2N之间，使得装置整体处于平衡状态，传感器所检测到的数值也比较平稳，使得测试结果更加准确。
[0041] 弹性元件7两端分别焊接在圆盘6的内壁和所述传感器8上。
[0042] 优选的，为了提高实验结果的准确性，需要保证弹性元件7在使用寿命之内，因此经过一段时间的变形之后，需要更换弹性元件7来保证实验结果的真实性和准确性，因此于本发明的具体实施例中，传感器8上设置有第一挂钩13，圆盘6的内壁上设置有第二挂钩14，弹性元件7两端分别与第一挂钩13和第二挂钩14连接，优选的，弹性元件7中心对称设置有四个或六个，弹性元件7只需要从第一挂钩13和第二挂钩14上取下来即可，更换方便。
[0043] 优选的，电机9选为恒定转速的电机，能够提供稳定的输出动力。
[0044] 优选的，弹性元件7为不锈钢弹簧，不锈钢弹簧结构简单、制作成本低，大大节约了试验成本。
[0045] 本发明提供的旋转式表面摩擦系数测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0046] a.将模拟材料4固定连接于标准重物5下表面，将标准重物5固定于异形轴套16下方；
[0047] a.开启电机9，电机9通过电机转轴10带动传感器8转动，传感器8转动带动弹性元件7伸长，弹性元件7逐渐被拉伸且其所受拉力逐渐增加传感器8将弹性元件7对传感器8施加的拉力传输至一计算机，向标准重物5施加的一个以中轴为中心逐渐增加的扭力，当扭力增大至两种材料表面的最大静摩擦力临界值时，最大静摩擦力与扭力平衡，此时标准重物5仍为静止状态可以得到最大静摩擦力和摩擦系数；当扭力继续增大直至大于最大静摩擦力时，标准重物5与待测地板间2发生相对位移此时摩擦阻力减小为滑动摩擦力，并通过传感器反馈绘制出应力曲线，可以得到滑动摩擦力和滑动摩擦系数。
[0048] 于本发明具体的实施例中，如图5所示，
[0049] a、根据模拟材料4与待测地板2之间的摩擦阻力随时间变化的曲线，模拟材料4与待测地板2间处于要滑动而尚未滑动的临界状态时，传感器8所受的拉力为模拟材料4所受的最大静摩擦力F，静摩擦系数的计算公式为：
[0050] u＝F/N
[0051] 式中：F最大静摩擦力；N为地板所受正压力；u为所求静摩擦系数；
[0052] b、根据模拟材料4与待测地板2之间的摩擦阻力随时间变化的曲线，当标准重物5与待测地板2间发生相对运动时，传感器8所受的拉力为模拟材料4与待测地板2之间的滑动摩擦力F’，滑动摩擦系数u’的计算公式为：
[0053] u’＝F’/N
[0054] 式中：F’为滑动摩擦力；N为地板所受正压力；u’为所求滑动摩擦系数.[0055] 最终结果显示，利用传统摆锤式摩擦系数测定仪无法测得静摩擦系数，只能测得动摩擦系数，动摩擦系数的测定结果为0.45，然而利用本发明的旋转式表面摩擦系数测试系统不仅可以测得动摩擦系数还可以得到静摩擦系数，动摩擦系数为0.46，静摩擦系数为0.53，本发明的旋转式表面摩擦系数测试系统及测试方法能够更加真实的反映运动员所穿鞋底与地板之间的摩擦关系，该数据相对于传统摆锤式摩擦系数测定仪的测定结果更具有说服力。
[0056] 由此可见，本发明的旋转式表面摩擦系数测试系统及测试方法，结构简单、体积小巧、操作容易，测试结果更准确，更具有参考性和科学性，能够更加真实的反映运动员所穿鞋底与地板之间的摩擦关系，填补了相关检测方式的空白。
[0057] 需要说明的是，本发明的旋转式表面摩擦系数测试系统中的弹性元件不一定为不锈钢弹簧，只要是具有一定弹性且能自行恢复的弹性元件均可，电机也不一定为恒定转速的电机，只要是能够提供稳定的输出动力的电机均可。
[0058] 本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
