一种演示线接触摩擦中摩擦空化及迸流现象的教具的制作方法

1.本实用新型涉及摩擦技术领域，具体涉及一种演示线接触摩擦中摩擦空化及迸流现象的教具。


背景技术：

2.当一个物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的摩擦趋势时，在两个物体的接触面之间会产生阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。接触面之间的这种现象或特性叫“摩擦”。摩擦有利也有害，但在多数情况下是不利的，例如，机器运转时的摩擦，造成能量的无益损耗和机器寿命的缩短，并降低了机械效率。因此常用各种方法减少摩擦，如在机器中加润滑油等。
3.当润滑油中存在低压区域，可能释放出气体和蒸汽，即形成气泡和空穴，这可能导致摩擦表面的空化腐蚀，即，出现摩擦空化现象。在摩擦过程中，除摩擦空化现象外，在接触弹性变形摩擦表面收敛区域中与摩擦方向相反的润滑层会出现二次回流现象(迸流现象)。
4.但是，在现有技术中，无法用肉眼直观地观察在线接触摩擦过程中润滑油的发散区域内液体的摩擦空化现象，以及在固体润滑弹性变形接触收敛区域的逆流、回流动态迸流现象。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种演示线接触摩擦中摩擦空化及迸流现象的教具，采用该教具能够直观地展示线接触摩擦中润滑油膜内的摩擦空化及迸流现象。
6.一种演示线接触摩擦中摩擦空化及迸流现象的教具，包括机体、驱动装置、传动装置、润滑油槽、转动摩擦件以及板状摩擦件；
7.所述驱动装置固定安装于所述机体内；
8.所述润滑油槽固定安装于所述机体的顶部，并在内部容置有润滑油；
9.所述板状摩擦件容置于所述润滑油槽内；
10.所述转动摩擦件与所述板状摩擦件之间形成线接触摩擦副；
11.所述传动装置传动连接于所述驱动装置和所述转动摩擦件之间，用于将所述驱动装置产生的驱动力传递给所述转动摩擦件以带动所述转动摩擦件转动；
12.当所述驱动装置驱动所述转动摩擦件转动时，在所述转动摩擦件与所述板状摩擦件之间形成线接触摩擦；
13.所述润滑油槽采用透明材料制成。
14.更进一步地，所述板状摩擦件能够转动地安装于所述润滑油槽；
15.所述板状摩擦件的旋转轴线与所述转动摩擦件的旋转轴线均位于平行设置的水平面内，并且垂直设置。
16.更进一步地，还包括固定安装于所述机体内的光源；
17.所述光源位于所述润滑油槽的底部；
18.所述机体顶部设置有用于嵌装所述润滑油槽的开口。
19.更进一步地，所述转动摩擦件为设置有中心轴的圆盘，所述圆盘的外周面与所述板状摩擦件之间形成线接触摩擦副。
20.更进一步地，所述驱动装置包括封装为一体结构的电动机和变速箱；
21.所述传动装置为对称设置在所述转动摩擦件两侧的带传动装置，所述带传动装置包括安装于所述变速箱的输出轴的主动皮带轮、安装于所述转动摩擦件的中心轴的从动皮带轮以及传动连接于所述主动皮带轮和所述从动皮带轮的传动皮带；
22.所述上壳体设置有用于穿设所述传动皮带的皮带槽。
23.更进一步地，还包括固定安装于所述机体内的控制器；
24.所述控制器用于控制所述驱动装置和所述光源。
25.更进一步地，所述控制器包括用于接收无线信号的无线信号接收器。
26.更进一步地，还包括与所述驱动装置和所述光源电连接的电源；
27.所述光源为面光源。
28.更进一步地，所述机体包括沿竖直方向相对设置的上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体之间固定连接；
29.所述开口形成于所述上壳体的顶部。
30.一种采用上述教具演示迸流现象的方法，包括以下步骤：
31.开启驱动装置，驱动转动摩擦件转动，在转动摩擦件与板状摩擦件之间产生摩擦；
32.在转动摩擦件的顶部投放标记物，使标记物进入润滑油。
33.有益效果：
34.本实用新型提供的教具用于演示线接触摩擦中润滑油膜内的摩擦空化及迸流现象，在机体上安装有润滑油槽，润滑油槽内容置有润滑油和板状摩擦件，转动摩擦件与板状摩擦件之间形成线接触摩擦副，当通过设置于机体内的驱动装置和传动装置驱动转动摩擦件转动时，在转动摩擦件和板状摩擦件之间形成线接触摩擦，同时，由于润滑油槽采用透明材料制成，使得可以直观地观察到转动摩擦件与板状摩擦件之间的线接触摩擦，并能够直观地观察到发生在润滑油膜的发散区域内的摩擦空化现象以及发生在润滑油膜内弹性变形接触收敛区域的逆流、回流动态迸流现象。
附图说明
35.图1为本实用新型的演示线接触摩擦中摩擦空化及迸流现象的教具的结构示意图；
36.图2为图1中教具的爆炸结构示意图；
37.图3为采用图1中教具演示迸流现象的方法的流程图。
38.其中，1
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机体，2
‑
润滑油槽，3
‑
转动摩擦件，4
‑
传动装置，5
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电动机，6
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变速箱，7
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板状摩擦件，8
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光源，9
‑
主动皮带轮，10
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从动皮带轮，11
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传动皮带，12
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控制器，13
‑
上壳体，14
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下壳体，15
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开口，16
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电源，17
‑
中心轴
具体实施方式
39.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
40.实施例一
41.如图1和图2结构所示，本实施例提供了一种演示线接触摩擦中摩擦空化及迸流现象的教具，该教具包括机体1、驱动装置、传动装置4、润滑油槽2、转动摩擦件3以及板状摩擦件7；机体1为教具的基础，用于支撑驱动装置、传动装置4、润滑油槽2、转动摩擦件3和板状摩擦件7，以使转动摩擦件3与板状摩擦件7之间形成线接触，并通过驱动装置和传动装置4实现对转动摩擦件3的驱动，使转动摩擦件3进行转动的同时与板状摩擦件7之间发生线接触摩擦，同时实现对线接触摩擦过程中出现的摩擦空化和迸流现象的反复重现以便于观察；
42.驱动装置固定安装于机体1内；如图2结构所示，机体1可以由相对设置的上壳体13和下壳体14构成，上壳体13和下壳体14沿竖直方向相对设置，上壳体13位于下壳体14的顶部，上壳体13和下壳体14之间固定连接，上壳体13与下壳体14之间的固定连接可以采用螺栓和螺母实现，也可以通过铆钉或销轴实现；驱动装置安装于上壳体13和下壳体14之间的空间内；
43.润滑油槽2固定安装于机体1的顶部，并在内部容置有润滑油；如图1和图2结构所示，润滑油槽2支撑于机体1的顶部，通过润滑油槽2为转动摩擦件3和板状摩擦件7之间的摩擦提供润滑环境，保证转动摩擦件3和板状摩擦件7之间的润滑状态；
44.板状摩擦件7容置于润滑油槽2内；板状摩擦件7能够转动地安装于润滑油槽2；板状摩擦件7的旋转轴线与转动摩擦件3的旋转轴线均位于平行设置的水平面内，并且垂直设置；如图2结构所示，板状摩擦件7的两端部设置有转轴，并在润滑油槽2内设置有与转轴配合地轴孔，通过转轴使板状摩擦件7能够转动地安装于润滑油槽2内，转轴的轴心线沿水平方向设置，使得转动摩擦件3能够与板状摩擦件7之间始终保持线接触；转轴的轴心线与转动摩擦件3的轴心线垂直设置，转动摩擦件3的轴心线沿水平方向设置且可以与机体1的宽度方向一致，而板状摩擦件7的转轴的轴心线沿水平方向设置且可以与机体1的长度方向一致，使得转轴摩擦件的轴心线与板状摩擦件7的轴心线虽然不在同一个水平面，但是垂直设置；
45.转动摩擦件3与板状摩擦件7之间形成线接触摩擦副；如图2结构所示，转动摩擦件3可以为设置有中心轴17的圆盘，圆盘的外周面与板状摩擦件7之间形成线接触摩擦副；板状摩擦件7为平板状结构；
46.传动装置4传动连接于驱动装置和转动摩擦件3之间，用于将驱动装置产生的驱动力传递给转动摩擦件3以带动转动摩擦件3转动；如图2结构所示，驱动装置可以包括封装为一体结构的电动机5和变速箱6；电动机5与变速箱6之间通过联轴器进行连接，将电动机5的转速通过变速箱6进行变速，并通过变速箱6的输出轴进行输出；传动装置4可以为对称设置在转动摩擦件3两端的带传动装置4，即，在转动摩擦件3的两侧分别设置有一个传动装置4，从而从转动摩擦件3的两侧进行驱动，使得转动摩擦件3的两侧受力平衡，能够实现与板状摩擦件7之间的稳定线接触；带传动装置4包括安装于变速箱6的输出轴的主动皮带轮9、安装于转动摩擦件3的中心轴17的从动皮带轮10以及传动连接于主动皮带轮9和从动皮带轮10的传动皮带11；如图2结构所示，在变速箱6两端分别设置有两个主动皮带轮9，在转动摩擦件3的中心轴17两侧分别设置有一个从动皮带轮10，两侧的传动皮带11分别缠绕在两个主动皮带轮9和一个从动皮带轮10上，通过传动皮带11与主动皮带轮9和从动皮带轮10进行
摩擦传动，实现转动摩擦轮的转动，进而实现线接触摩擦；为了方便传动皮带11穿出机体1，上壳体13设置有用于穿设传动皮带11的皮带槽；
47.当驱动装置驱动转动摩擦件3转动时，在转动摩擦件3与板状摩擦件7之间形成线接触摩擦；
48.润滑油槽2采用透明材料制成，透明材料可以为玻璃、树脂等透光材料。
49.上述教具用于演示线接触摩擦中润滑油内摩擦空化及迸流现象，通过转动摩擦件3与板状摩擦件7实现线接触摩擦，使转动摩擦件3与板状摩擦件7的接触摩擦部位位于润滑油槽2的润滑油中，通过润滑油槽2内的润滑油实现润滑作用；当通过设置于机体1内的驱动装置和传动装置4驱动转动摩擦件3转动时，在转动摩擦件3和板状摩擦件7之间形成线接触摩擦，同时，由于润滑油槽2采用透明材料制成，使得透过教具可以通过肉眼直观的观察到转动摩擦件3与板状摩擦件7之间的线接触摩擦，也可以采用摄像机等设备对转动摩擦件3与板状摩擦件7之间的线接触摩擦过程进行视频录制便于后续研究分析，因此，采用上述教具能够直观地观察到发生在润滑油膜的发散区域内的摩擦空化现象以及发生在润滑油膜内弹性变形接触收敛区域的逆流、回流动态迸流现象。
50.为了提高观察效果，上述教具还包括固定安装于机体1内的光源8，光源8位于润滑油槽2的底部；通过光源8发出的光线能够照亮转动摩擦件3与板状摩擦件7的接触摩擦部位，使得该教具在白天使用时可以提高观察效果，而且还可以在自然光不充足的地方进行演示；如图2结构所示，光源8可以为面光源；为了方便对润滑油槽2的固定安装，机体1顶部设置有用于嵌装润滑油槽2的开口15，通过与润滑油槽2形状配合地开口15可以将润滑油槽2限位在机体1上，使转动摩擦件3与板状摩擦件7之间能够进行稳定的摩擦；当机体1由上壳体13和下壳体14组装构成时，开口15形成于上壳体13的顶部。
51.如图2结构所示，上述教具还包括固定安装于机体1内的控制器12；控制器12用于控制驱动装置和光源8，通过设置在机体1内的控制器12可以对驱动装置的开关和速度进行控制，同时，还可以对光源8的开关和亮度进行调节。控制器12包括用于接收无线信号的无线信号接收器，通过设置无线信号接收器，便于对教具进行无线控制，提高了控制的便利性。
52.在上述各种实施例的基础上，上述教具还可以包括与驱动装置和光源8电连接的电源16。如图2结构所示，电源16可以为电池组；电源16还可以为蓄电池或市电。
53.实施例二
54.本实施例提供了一种采用上述教具演示迸流现象的方法，参考图3，具体包括以下步骤：
55.步骤s10，开启驱动装置，驱动转动摩擦件3转动，在转动摩擦件3与板状摩擦件7之间产生摩擦；
56.步骤s20，在转动摩擦件3的顶部投放标记物，使标记物进入润滑油。标记物可以为带颜色的小颗粒物。
57.通过在转动摩擦件3的顶部投放标记物，标记物会进入形成于转动摩擦件3与板状摩擦件7之间的润滑油膜内，从而通过标记物对润滑油膜的流动进行标示，从而直观地展示发生在润滑油膜内的润滑油迸流现象。
58.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的
保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。