【文章內(nèi)容簡介】 損測試組件和摩擦力測試組件組成。 工作原理：（參看圖1：工作原理圖）圖1 本系統(tǒng)通過電動機帶動可調(diào)凸輪做旋轉(zhuǎn)運動，凸輪帶動連桿上下運動，再經(jīng)三角形位移縮小機構(gòu)將較小幅值的位移傳遞給導軌，導軌拖動平面試件夾具一同實現(xiàn)小幅的往復運動，球試件和平面試件在砝碼重力作用下形成一對微動摩擦副，從而構(gòu)成整個微動摩擦磨損試驗裝置。彈性梁在摩擦力作用下產(chǎn)生變形，在小幅情況下，變形量與摩擦力成正比，利用在彈性梁上貼應變片的方法測量摩擦力，即通過彈性梁的變形而使貼在上面的應變片伸長或縮短，再通過動態(tài)應變儀將應變片電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，然后將電壓信號乘以標定系?shù)即為摩擦力。工作時，平面試件夾具體與導軌中需加注潤滑油。為使試驗機在高頻情況下運動平穩(wěn)、輕快，并具有較長的使用壽命，因而采用了精密直線導軌。 主軸及往復運動系統(tǒng)本實驗為微動摩擦磨損實驗，所以電動機的轉(zhuǎn)速不能過高，而且要求電動機的轉(zhuǎn)速恒定，這樣能減小振動，保證了實驗結(jié)果的準確性。綜合以上考慮，我選擇了轉(zhuǎn)速可調(diào)的伺服電機。并且采用凸輪連桿機構(gòu)，實現(xiàn)實驗平臺的往復運動，綜上所述本試驗機采用盤形凸輪機構(gòu)將電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成往復運動通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速從而改變往復速度采用帶反饋的可調(diào)電機保證了電機轉(zhuǎn)速恒定其轉(zhuǎn)速可在5~80r/min之間連續(xù)自由調(diào)節(jié) （如圖2所示）圖2 位移縮小機構(gòu)系統(tǒng)微位移器根據(jù)工作原理可以分為六大類：機械傳動、彈性變形、受熱變形、磁致伸縮、電磁型、壓電陶瓷?，F(xiàn)將上述幾類微位移機構(gòu)的特點進行分析。（1）機械傳動微位移機構(gòu)機械傳動式微位移機構(gòu)在精密機械和儀器中應用廣泛。其結(jié)構(gòu)形式比較多，主要有螺旋機構(gòu)、杠桿機構(gòu)、楔塊凸輪機構(gòu)等，以及它們之間的組合機構(gòu)。機械傳動式微位移機構(gòu)存在間隙、傳動誤差、摩擦損耗以及爬行現(xiàn)象等，其運動靈敏度、精度很難達到微米級精度，故只適用于中等精度的微位移系統(tǒng)。（2）彈性變性微位移機構(gòu)彈性縮小機構(gòu)主要利用兩個彈簧的剛度比進行位移縮小，該縮小機構(gòu)的缺點是當微動臺承受外力或部分摩擦力時，它將直接成為定位誤差的因素，而且對于步進狀態(tài)的輸入位移，容易產(chǎn)生過渡性的振蕩；杠桿式位移縮小機構(gòu)是微動機構(gòu)中常見的一種形式。這種機構(gòu)雖然能夠通過數(shù)級杠桿得到大的縮小比，但其定位精度易受末級杠桿回轉(zhuǎn)支點和著力點的結(jié)構(gòu)、加工精度的影響。（3）電熱式微位移機構(gòu)電熱式微位移是利用物體的熱膨脹來實現(xiàn)微位移的。這種機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。但由于傳動桿與周圍介質(zhì)之間有熱交換，從而影響位移精度。由于熱慣性的存在，不適于高速位移。當隔熱不合理時，相鄰的零部件由于受熱變形，以致影響整機的精度，這些原因限制了它的應用。（4）磁致伸縮微位移機構(gòu)磁致伸縮微位移機構(gòu)是利用鐵磁材料在磁場的作用下產(chǎn)生微伸長運動來實現(xiàn)微位移的。但由于鐵磁材料在磁場的作用下，除產(chǎn)生磁致伸縮外，還伴隨著受熱伸長，因此其應用受到了限制。（5）電磁鐵驅(qū)動的微位移機構(gòu)這種機構(gòu)利用電磁原理，通過控制線圈中的電流大小來控制電磁力的大小，使具有彈性支承的工作臺產(chǎn)生精密微位移。它的缺點是電磁鐵中始終要通過一定的電流，結(jié)果由于發(fā)熱而影響精度。此外這種機構(gòu)的位移階躍響應存在瞬間的振蕩，靈敏度高時系統(tǒng)難于穩(wěn)定。（6）壓電陶瓷微位移機構(gòu)壓電／電致伸縮陶瓷驅(qū)動的柔性支承微位移機構(gòu)是利用某些晶體的逆壓電效應來工作的。它的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，體積很小，無機械摩擦，無間隙，具有很高的位移分辨率。使用壓電或電致伸縮器件驅(qū)動，由于機電耦合效應進行的速度很快，來不及與外界熱交換，因此不存在發(fā)熱問題，同時沒有噪聲，適用于各種介質(zhì)環(huán)境工作，是一種理想的微位移器。 綜合以上考慮，在結(jié)合經(jīng)濟性的要求，本試驗機采用機械傳動微位移機構(gòu)，——三角形位移縮小機構(gòu)，如上圖所示的連桿機構(gòu)。 摩擦副及摩擦力測量系統(tǒng)該試驗機主要是以球面摩擦副來模擬工程中的摩擦磨損現(xiàn)象的，摩擦球通過夾具夾持在彈性梁上，通過與夾在導軌上的摩擦平面進行摩擦，產(chǎn)生的摩擦力使彈性梁變形，從而測出彈性梁的變形量，求出摩擦力的大小。如圖3所示圖3作用在試件上的載荷Fn由砝碼重力產(chǎn)生，為固定值，作用在摩擦副間的摩擦力為Ft，若兩個試件間的摩擦系數(shù)為μ，則有：μ=Ft/Fn故只要預先確定加載砝碼的重力，再測出傳感器受力大小，即可計算出摩擦系數(shù)μ。測力傳感器的精度分辨力對測試儀器的性能至關(guān)重要并與測力方法密切相關(guān)微力測量方法常見有如下幾種：(1) 力平衡法是用一個已知的力來平衡待測的未知力例如機械杠桿式測力計。(2) 光學反射法是一種廣泛應用于微納米測試儀器中測量方法由激光器發(fā)出的束紅光經(jīng)過光學透鏡照射到一個對力非常敏感的背面帶光滑鏡面的微懸臂上激光經(jīng)鏡面反射后最終照射到四象限光敏檢測器上微懸臂與樣品的接觸導致微懸臂彎曲變形從而影響激光反射最終使照射到光敏檢測器上的激光光斑位置發(fā)生移動光敏檢測器將光斑位移信號轉(zhuǎn)換成電信號從而得到作用在懸臂上力的大小。(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(4) 應變片法其原理是把檢測力轉(zhuǎn)變成彈性元件的應變再利用電阻應變效應將應變轉(zhuǎn)化為電阻變化繼而通過電橋進一步轉(zhuǎn)換成電壓信號從而間接地測出力的大小。(5) 位移法,是通過位移傳感器間接測量力。上述方法中力平衡法精度較低不適合微摩擦測試，光學法具有最高的精度但是需要的投資較大，壓電式測量法其缺點是僅適用于動態(tài)力的測量，電阻應變片法測試電路相對簡單結(jié)構(gòu)緊湊工作穩(wěn)定其實踐應用也相當成熟雖然其分辨力無法與光學法相比但已能滿足測試系統(tǒng)的精度要求。 （1）綜合上述分析本實驗通過電阻應變片來間接測量摩擦力。力的測量基于應變片法將四個箔式應變片貼在彈性梁薄壁處如圖4所示 圖4（2）該試驗機采用全橋電路來測量摩擦力，使用全橋回路一方面可提高傳感器的靈敏度另一方面可消除溫度影響實現(xiàn)溫度自補償。如圖5所示圖5第三章 摩擦磨損實驗機設計準則 實驗機的材料性能實驗摩擦副的材料要盡可能使實驗的幾何形狀簡單，容易制造。而且能夠滿足實驗的剛度和強度要求，便與大批量生產(chǎn)，如鋼球，環(huán)塊或塊狀。 實驗機性能試件的接觸形式和運動狀態(tài)要和實際零件工作情況相同，實際的工作零件可能出現(xiàn)的運動方式有滑動，滾動，滾動兼滑動，沖擊，其中有連續(xù)運動和往復運動。接觸形式分為只有一個設計表面和有兩個設計表面。其中有點接觸，面接觸和線接觸。不同的接觸形式對摩擦磨損產(chǎn)生不同的影響，這里設計的兩試件的接觸為點接觸，是滑動現(xiàn)象。摩擦副工作的環(huán)境因素對其摩擦磨損性能有顯著影響。在和實際工作環(huán)境不同的情況下進行實驗，常導致不正確的結(jié)果。本設計模擬無潤滑時摩擦。如圖6所示圖6 調(diào)節(jié)試件的能力實驗設備必須具有足夠的機械穩(wěn)定性，在摩擦磨損實驗機上，測定摩擦系數(shù)時，由于機構(gòu)內(nèi)的摩阻，常常導致數(shù)值不穩(wěn)定。實驗機的精度不夠，影響數(shù)據(jù)的正確性；壽命短，影響實驗的長期進行；有震動，使得測得的數(shù)據(jù)之間誤差較大。試件的調(diào)節(jié)能力，對實驗參數(shù)選擇很重要。實驗機應調(diào)節(jié)方便，實驗結(jié)果的分散度很小，重復性很高，實驗精度也就很高。為了簡單，方便，而且能滿足實驗條件的要求，本實驗機采用應變片通過測量彈性梁的變形來計算出摩擦力的大小，采用砝碼實現(xiàn)法向載荷的加載，其結(jié)構(gòu)如圖7所示：圖7 如上圖中的調(diào)平螺母，試驗開始前，首先使用螺母調(diào)整彈性梁的平衡，使法相載荷從零開始依次遞增。 實驗機的設計和選擇原則試驗機的種類繁多，目前還沒有標準化。模擬性的試驗應根據(jù)實驗目的和要求設計和選