【正文】 相互隔絕。圖 16 電容傳感器結(jié)構示意圖電容傳感器具有功耗低、噪聲特性好、高靈敏度以及對溫度和振動敏感性小等優(yōu)點。根據(jù)國外從事微動摩擦學試驗儀研究發(fā)表論文的數(shù)量統(tǒng)計,英、法、美、日、加這5個國家進行動摩擦學研究的總體水平最高。以保證[[9]。圖14 測試儀原理圖該測試儀的測力部件采用了兩個測力簧片，通過一個立方體連接到一起，如圖15。采用二維精密平移臺上下移動實現(xiàn)正壓力的加載和測頭位置的移動。硅片的撓度反映了探針和試件間作用力大小，反映到CCD上就是光斑所在像元幾何位置的變化，由此通過標定可得到正壓力及摩擦力大小。光電探測系統(tǒng)如圖12所示，由兩套激光光源、準直及聚焦透鏡、硅傳感器、兩套CCD探測器及其機械調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。例如，機械杠桿式測力計。隨著微機械應用日益廣泛，其微摩擦學問題日漸突出．微摩擦學引發(fā)了對表面改性納米膜(或涂層)的關注，表面微納米膜可以大幅度降低微摩擦磨損，從而提高微機械的使用壽命，微動摩擦測試系統(tǒng)機械裝置成為評估這些膜的必要和有效工具。本課題旨在設計一種考慮微機械工況的銷盤式微摩擦測試儀與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),采用微應變片獲取摩擦力及載荷導致的變形信號，通過A/ D 卡采集數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)處理，從而獲得微摩擦力和微載荷的數(shù)值，為微摩擦特性測試和分析提供一種手段，主要設計任務是為摩擦測試儀器機械裝置的設計，我的本次畢業(yè)設計選擇了微摩擦測試系統(tǒng)機械裝置的設計的設計這個課題。 文獻[6]中就利用杠桿原理來實現(xiàn)對法向載荷的加載與測量。激光器硅傳感器1及CCD1用來測量正壓力，激光器硅傳感器2及CCD2用來測量摩擦力。實驗測試結(jié)果表明，該儀器摩擦力測試滿足分辨率為50微牛，量程200毫牛的技術指標，%，%a(3)壓電法，利用晶體的壓電效應，將力轉(zhuǎn)換成電荷并通過二次儀表轉(zhuǎn)換成電壓。測試試件粘貼在工作臺上，采用電機帶動工作臺轉(zhuǎn)動，完成摩擦副的運動。 ； ； ； 圖 15測力部件結(jié)構由立方體來保證兩簧片間相互垂直。測頭設計并制作成半球形或其他形狀，與簧片豁結(jié)在一起，測頭的材料和尺寸可根據(jù)實際所需更換。這里主要介紹位移法的微動摩擦學試驗儀。與橫向電容式傳感器(改變電容極板正對面積)相比，縱向電容式傳感器(改變電容極板間距離)具有更高的靈敏度，但是其存在較大的線性誤差。當傳感器探針受到軸向力，單向彈簧產(chǎn)生彎曲變形，使得內(nèi)部的可動電容極板((2)移動，朝x正方向時，極板(2)遠離極板(1)且靠近極板(3)，導致電容差值在外部圖 17傳感器及讀出電路示意框圖固定電容極板((1)、(3)上加上交流信號，形成如圖17所示差分電路。光學法具有最高的精度，但是需要的投資較大。國外關于微動摩擦測試儀的研究一般體現(xiàn)在繼續(xù)向工礦企業(yè)傳播微動摩擦學知識和研究成果，主要開展失效分析與交流，收集和研究微動損傷的例證，建立圖譜,，以求準確處理微動失效故障，促進微動損傷研究的深化與發(fā)展，并探索微動損傷的早期診斷和監(jiān)控等。最后進行小結(jié)和進一步工作的展望。而這里要開發(fā)的微小摩擦力測量儀則是在微小面積接觸和微小載荷作用下測試摩擦力的一種儀器。由滑動摩擦的宏觀研究得出，固體摩擦遵循 Amontons (阿蒙頓)摩擦公式[15]，即摩擦力F與載荷P成正比，其比例常數(shù)μ為摩擦系數(shù) ?=μΡ ()在界面摩擦過程中[15]，有 ? = C1P2/3+C2P+C3P4/3 ()式(2，2)中，C1，C2，C3分別為于粘著能w、彈性常數(shù)K、球體半徑r等有關的函數(shù)。這樣在研究中我們只需研究摩擦系數(shù)在不同條件下的變化，從而在實際應用中為設計和制造選擇最優(yōu)的工作條件創(chuàng)造實驗依據(jù)。就微小正壓力施力系統(tǒng)的設計而言，該系統(tǒng)必須具有很高的細分能力，其次，微負荷的測量本身需要采取一些特殊的技術措施，目前主要采用的有擺錘法[18][19]、變形法與位移法[16]～[23]。不但適用于摩擦系數(shù)的測量，而且可用來進行摩擦與磨損試驗。 、易更換的實現(xiàn)。 在此處鍵入公式。測力臂由兩組平行板彈簧組成:前端水平安裝的平行板彈簧用來測量正壓力，叫正壓力平行板彈簧。在本測試系統(tǒng)中，所用應變傳感器的靈敏系數(shù)約為2. 0，因此，可以近似的認為測力系統(tǒng)的測力傳感器是線性的. 在本測試系統(tǒng)中，所用傳感器元件材料的靈敏系數(shù)約為2. 0，非線性誤差小于0. 1，橫向靈敏度K≤%.由此可見，該傳感器可實現(xiàn)高精度測量，且只反映主應力，除選用靈敏系數(shù)K較大的傳感元件外，還需合理設計測力臂的幾何尺寸。 (3)轉(zhuǎn)動系統(tǒng) 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動裝置、電機驅(qū)動系統(tǒng)。該位移臺采用了線性滾珠導軌，交又滾柱導軌和精研燕尾副等多種導軌形式，細牙螺桿，微分頭和精研絲杠等驅(qū)動方式，多種安裝孔位設計適應不同安裝需求，如圖3. 1所示.圖3. 1精密位移臺組合 功能模塊的分析一 精密位移臺TMS202M TMS202M型精密位移臺，是整體式三維位移臺，可以調(diào)節(jié)X, ，微分頭驅(qū)動，調(diào)解范圍較大，行程為2 S mm，. 2所示。摩擦速度可由下式得到，υ由公式(()，要改變滑移速度除了改變轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速外，也可以在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速一定的情況下，通過改變摩擦頭在轉(zhuǎn)盤上的摩擦半徑來實現(xiàn)。 R—轉(zhuǎn)盤半徑 (已知)。因此，在實際測試過程中，在計算摩擦半徑r，只有通過式子 ()來求得。效果圖如圖所示，尺寸圖如圖所示技術指標:u 調(diào)整軸數(shù): 一軸u 導軌: 線性滾珠u 行程: 25 mmu 驅(qū)動方式: 微分頭u 最小刻度: mmu 分辮率: mmu 精度: u 臺面尺寸: 65x65mmu 驅(qū)動位置:中心 TMS 10 3M型一維位移臺效果圖 小結(jié) 進給系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)位置的進給，而且，直接影響到整個系統(tǒng)的傳感器的精度。同時，該系統(tǒng)具有結(jié)構簡單，安裝方便，便于操作等特點.4 微摩擦測試儀轉(zhuǎn)動系統(tǒng) 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動裝置、電機驅(qū)動系統(tǒng)，如圖5. 、主軸、主軸套、殼體等組成。一、主軸的結(jié)構的設計要求 在轉(zhuǎn)動裝置設計中，主軸的設計又顯得非常地重要。在本文中，主軸支承的方案如下:，因此兩角接觸球軸承采用“背對背“的形式安裝。五、軸承的預緊 滾動軸承的預緊是指在安裝時使?jié)L動體與滾動保持一定的初始壓力和彈性變形，以減少工作載荷下軸承的實際變形量。而定位預緊時，軸和軸承座溫度差引起的軸向伸長，軸承內(nèi)外圈溫度差引起的徑向膨脹量等均會影響到預緊變形量?？刂坡菽傅木o固轉(zhuǎn)矩來調(diào)整預緊量。 為了避免由于轉(zhuǎn)動裝置的故障而對電機引起損壞。 3).制造和安裝精度不象嚙合傳動那樣嚴格。 主軸結(jié)構圖 轉(zhuǎn)軸的校核 本系統(tǒng)對主軸的剛度要求很高，并且，在主軸結(jié)構設計時，主軸的最小端徑選的較大，在這里就不做詳細的強度計算，只做主軸的彎曲剛度校核分析。mm0450④ 2M1’+M2’124⑤ 2M2’+M1’9⑥分段長度li/mm152045⑦慣性矩Ii(mm4)104⑧( li/Ii)102⑨M1(2M1’+M2’) L 軸的計算總長 當載荷作用于兩支承間時，L = l 當載荷作用于懸臂段時，L = l + K。m由公式(4. 3) (4. 5)計算，得到y(tǒng)= 由于結(jié)果太小，可不計。SI==eFaII= x + x =Cor4)計算疲勞壽命Lk Lk=10660nCPε ()ε=3，C=，P=PrII =Lk=10660=1255702h 轉(zhuǎn)軸精度分析一、轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)精度 1)前軸承軸心偏移量為占。 電機驅(qū)動系統(tǒng)的設計 電機的選用一、電動機類型的選擇 電動機分直流電動機和交流電動機兩種。過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載且啟動轉(zhuǎn)矩大、機電時間常數(shù)小。因此綜合各方面考慮，在滿足要求的前提下，選用深陽市宏達電機有限公司的60SYX03型永磁直流伺服電動機. 605YX03型永磁直流伺服電動機性能參數(shù)如下: 額定功率:30W 額定轉(zhuǎn)矩:200NF—軸承載荷，N， F=Fa2+Fr2d—軸承內(nèi)徑，mm FI=FaI2+FrI2=+= FII=FaII2+FrII2=+=MI=μFId/2=mm TT額定=200N=J系統(tǒng)i2=J系統(tǒng)l2=J系統(tǒng)=104kg?m22. 電機上的轉(zhuǎn)動慣量 J電機=104N?m?s=104kg?m23. 折合到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 JM=J39。 — 電動機轉(zhuǎn)速(r / min)。mmT額定=200NФ—電動機磁通。 該公式也可以是直流電動機的調(diào)速公式，改變加在電動機電樞回路的電阻R，外加電壓U或磁通中，都可以改變電動機的機械特性，從而對電動機進行調(diào)速.1，改變電樞電路電阻調(diào)速 從式子(4. 10 )可知，當電樞電路串聯(lián)附加電阻R時，見圖4. 3, 其機械特性方程式變?yōu)? n=UCeCT?2R+R0CeCT?2T (4. 11) 式中: R0—電動機電樞電阻。因而實際轉(zhuǎn)速降低了，如圖4. 3所示。因此，改變磁通調(diào)速適合于功率負載，實現(xiàn)恒功率調(diào)速。如采用閉環(huán)控制，調(diào)速范圍可達幾百至幾千.改變電樞電壓調(diào)速方式屬于 n恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，并在空載或負載轉(zhuǎn) T1矩變化時也能得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速， UN通過電壓正反方向變化，使電動 U1機能平滑地運動和工作在四個 U2象限，能實現(xiàn)回饋制動，而且控 U3制功率小，效率高，配上各種調(diào)節(jié)器可組成指標較高的調(diào)速系 0 T統(tǒng)，因此在工業(yè)中得到廣泛地應用