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1、毕业设计（论文）开题报告题目 微摩擦测试仪机械装置的设计专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2012 年 1 月 14 日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。一、选题的依据及意义：1、微机械构件表面的微摩擦不同于宏观摩擦，也不同于原子力/ 摩擦力显微镜探针与基片之间的微摩擦，因此，宏观或微观摩擦实验仪器对于微摩擦的研究有很大的局
2、限。随着微机械应用日益广泛，其微摩擦学问题日渐突出微摩擦学引发了对表面改性纳米膜(或涂层)的关注，表面微纳米膜可以大幅度降低微摩擦磨损，从而提高微机械的使用寿命，微动摩擦测试系统机械装置成为评估这些膜的必要和有效工具。2、本课题旨在设计一种考虑微机械工况的销盘式微摩擦测试仪与数据处理系统,采用微应变片获取摩擦力及载荷导致的变形信号，通过A/ D 卡采集数据，在数据处理系统中进行数据处理，从而获得微摩擦力和微载荷的数值，为微摩擦特性测试和分析提供一种手段，主要设计任务是为摩擦测试仪器机械装置的设计，我的本次毕业设计选择了微摩擦测试系统机械装置的设计的设计这个课题。二、 国内外研究概况及发展趋势（
3、含文献综述）：1、国内外研究现状 随着我国信息科学技术的不断进步与测试水平持续提高为研制微动摩擦测试仪器提供了可行性基础。目前关于微动摩擦测试仪的常见类型有如下几种:(1)力平衡法，是用一个已知的力来平衡待测的未知力。例如，机械杠杆式测力计; 文献Error! Reference source not found.中就利用杠杆原理来实现对法向载荷的加载与测量。图1-1力平衡法测力示意图(2)光学反射法，是一种广泛应用于微纳米测试仪器中测量方法。图1-2光路系统原理图 中科院长春光机所研制的光反射法微摩擦测试仪，由微位移进给机构、光电探测系统、数据采集处理系统组成。光电探测系统如图1-2所示，由
4、两套激光光源、准直及聚焦透镜、硅传感器、两套CCD探测器及其机械调节系统组成。激光器1、硅传感器1及CCD1用来测量正压力，激光器2、硅传感器2及CCD2用来测量摩擦力。激光光源采用可见光半导体激光器(GaAIAs Laser，波长为670nm，功率为3mW)作为单色光源，光束经准直及聚焦透镜汇聚，入射到硅传感器上，再经硅传感器的抛光面反后照射到CCD探测器的光敏面上，得到光斑的初始位置。两硅片相互垂直安放，当两硅片受到正压力及水平摩擦力时发生偏转，反射激光也偏转相应的角度，CCD上的光斑位置也发生了相应变化。硅片的挠度反映了探针和试件间作用力大小，反映到CCD上就是光斑所在像元几何位置的变化
5、，由此通过标定可得到正压力及摩擦力大小。实验测试结果表明，该仪器摩擦力测试满足分辨率为50微牛，量程200毫牛的技术指标，重复率约为1.3%，总精度为2.257%a(3)压电法，利用晶体的压电效应，将力转换成电荷并通过二次仪表转换成电压。1图1-3 压电法测力示意图(4)应变片法，其原理是把检测力转变成弹性元件的应变，再利用电阻应变效应将应变转化为电阻变化，继而通过电桥进一步转换成电压信号，从而间接地测出力的大小。南昌大学机电工程学院研制的球盘式微摩擦测试仪I21I81，基于簧片和应变片，通过应变仪测量压力和摩擦力。采用二维精密平移台上下移动实现正压力的加载和测头位置的移动;测试试件粘贴在工作
6、台上，采用电机带动工作台转动，完成摩擦副的运动;将电阻应变片贴在一个簧片上，当簧片产生变形时，相应的应变片的电阻就会发生变化，从而力所产生的应变就被转换成了电信号.这个电信号通过一定的信号处理后，被A/D卡采集下来，然后输入到计算机中进行加工处理。可以得出应变的大小，最终能够将应变还原成载荷和摩擦力的值，从而实现测试的目的，如图1-4所示。图1-4 测试仪原理图该测试仪的测力部件采用了两个测力簧片，通过一个立方体连接到一起，如图1-5。A.测头 ；B.簧片 ； C.立方块 ； D.应变片图 1-5测力部件结构由立方体来保证两簧片间相互垂直。这样的设计加工的工艺性和精度得料和尺寸可根据实际所需更
7、换。同时，采用箔式应变片，在结构上，每一个测力簧片上有一组4个应变片，被两两分贴在簧片的正反两面，组成一个全桥回路，这样的结构既提高了电桥对微力的灵敏度，又能够进行温度补偿，因而提高了测量的精度。以保证9。测头设计并制作成半球形或其他形状，与簧片豁结在一起，测头的材料和尺寸可根据实际所需更换。同时，采用箔式应变片，在结构上，每一个测力簧片上有一组4个应变片，被两两分贴在簧片的正反两面，组成一个全桥回路，这样的结构既提高了电桥对微力的灵敏度，又能够进行温度补偿，因而提高了测量的精度。 该摩擦测试仪测量的加载范围在微牛到毫牛之间，正压力和摩擦力的分辨率能够分别达到20微牛和10微牛。根据国外从事微
8、动摩擦学试验仪研究发表论文的数量统计,英、法、美、日、加这5个国家进行动摩擦学研究的总体水平最高。这里主要介绍位移法的微动摩擦学试验仪。 所谓位移法，是通过位移传感器间接测量力。目前主要用以测量位移的传感器有电容式位移传感器和非接触电涡流位移传感器。图 1-6 电容传感器结构示意图电容传感器具有功耗低、噪声特性好、高灵敏度以及对温度和振动敏感性小等优点。与横向电容式传感器(改变电容极板正对面积)相比，纵向电容式传感器(改变电容极板间距离)具有更高的灵敏度，但是其存在较大的线性误差。梳齿差分式电容传感器，能够克服纵向电容传感器的这一缺点，在获得高灵敏度的同时保证线性关系。其结构由三部分组成，中间
9、可移动部分和上下两边固定部分，如图4所示。固定电容器的两个梳齿分别放于中间可移动电容器梳齿的两边，可以使固定电容器的梳齿间相互隔绝。当传感器探针受到轴向力，单向弹簧产生弯曲变形，使得内部的可动电容极板(2)移动，朝x正方向时，极板(2)远离极板(1)且靠近极板(3)，导致电容差值在外部图 1-7传感器及读出电路示意框图固定电容极板(1)、(3)上加上交流信号，形成如图1-7所示差分电路。存在于微动腐蚀中的摩擦，其加载的接触压力大约在O.O1N到2N，运动幅度在微米量级，是介于宏观摩擦与微观摩擦之间的微摩擦力。上述方法中力平衡法精度较低，不适合微摩擦测试;压电式测量法其缺点是仅适用于动态力的测量
10、。光学法具有最高的精度，但是需要的投资较大;电阻应变片法测试电路相对简单，结构紧凑，工作稳定，其实践应用也相当成熟，虽然其分辨力无法与光学法相比，但是已能满足测试系统的精度要求;位移法通过位移传感器间接测量力也是一种合适的方法，且市场上的位移传感器分辨力最高能达到0.01微米，动态特性也好，也能满足要求。2、国内外技术发展趋势微动摩擦测试仪的研究越来越受到国内研究人员的重视，并目己经取得了明显的进展，但与工程实际需要尚有很大差距，微动损伤问题在设计阶段是很难甚至无法解决的，而微动摩擦研究本身，又具有多学科性、多影响因了性和因了参量时变性的特点，故此研究工作十分困难与复杂在这种情况下，我们必须面
11、向工程实际需要进行深入系统的微动摩擦测试仪的研究。国外关于微动摩擦测试仪的研究一般体现在继续向工矿企业传播微动摩擦学知识和研究成果，主要开展失效分析与交流，收集和研究微动损伤的例证，建立图谱,，以求准确处理微动失效故障，促进微动损伤研究的深化与发展，并探索微动损伤的早期诊断和监控等。三、研究内容： 1、微摩擦测试仪机械装置的基本原理微摩擦测试仪机械装置一种专用的测量装置，能够同时测量法向微力和横向微摩擦力并使之具有高灵敏度和足够大的测量范围，为了研究微机电系统运动构件材料界面的微摩擦磨损性能，需要得到在不同材料、速度、气氛(如温度、湿度)等条件下其摩擦力、载荷及摩擦系数的数值。微动摩擦测试仪机
12、械装置主要承担产生这些数据的任务，主要包括高速直流电机和直流电机调速器、工作盘、摩擦加载和测力部件、精密二维平移台等部分。2、微动摩擦测试仪机械装置总体方案的比较与确定 经过仔细的研究和参考任务书的要求后选择下列性能参数的方案：高速直流电机：速度可达5 000 r/min，PWM直流电机调速器，测力簧片，应变片。四、目标、主要特色及工作进度1、目标：通过对微动摩擦测试仪机械装置的设计达到产生试验仪所需的硬件数据。2、主要特色：根据传感器的原理，在一定范围内，与一个簧片相连的应变片的应变会与加载于这个簧片上的力成正比2如果可以得到应变的大小，通过转换就能够得到相应的力的大小.本次微动摩擦测试仪机
13、械装置的设计也是根据上述应变原理，这两个力可以通过电阻应变片来获得，即将电阻应变片贴在一个簧片上，当簧片产生变形时，相应的应变片的电阻就会发生变化，从而力所产生的应变就被转换成了电信号.这个电信号通过一定的信号处理后，被A/D卡采集下来，然后输入到计算机中进行加工处理，可以得出应变的大小，最终能够将应变还原成载荷和摩擦力的值。3，工作进度：1. 查阅相关资料，外文资料翻译（6000字符以上），撰写开题报告第01周第 04周2阅读与摩擦学相关的一些理论与文献 第05周第 06周3提出摩擦测试方案 第07周第 07周4设计摩擦测试装置，绘制摩擦测试进给装置的简图 第08周第 10周5完成摩擦测试装
14、置装配图的绘制 第11周第 12周6绘制轴图 第13周第 13周7编写设计计算说明书（毕业论文）一份 第14周第 15周8毕业设计审查、毕业答辩 第16周第 17周五、参考文献1.温诗著,黄平主编. 摩擦学原理M. 北京：清华大学出版社，20022.濮良贵,纪名刚主编.机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社,20063.孙桓,陈作模,葛文杰主编. 机械原理（第七版）M. 北京：高等教育出版社，20064.杨捷斐.微动摩擦测试仪的研究设计D. 北京：北京邮电大学硕士学位论文，20085.刘文广,刘莹,李小兵.微摩擦测试仪的研制J. 南昌大学学报（工科版），2004，266.邹继斌，孙桂瑛，齐
15、毓霖，等.微负荷摩擦测试系统JJ.摩擦学学报， 1998，18(4):3697.DAVID G. U. THE MECHANICAL DESIGN PROCESS M. New York: MCGRAW-HILL，INC,19928.孟庆杰,于化东.微小摩擦力测试仪的研制与开发D长春理工大学硕士学位论文，2002.9.Nervanasatnv K. Measurement of wear in small bores wear. 1978,49:24710.Demian T，Paslu A. Measuring of friction totque in vertical center bea
16、rings Ploc of 3”Inter Conf,Warsaw,Poland,1982 666811.Hubel A. Wear of small bearings made of plastic material一test method of3”Inter Conf，warsaw，Poland,1981.13714012.张宝铭，李勇。电刷摩擦系数测量。哈尔滨工业大学学报。1995:10510813.石来德，袁礼平。机械参数电测技术.上海科学技术出版社。1981:51714.王玲，黄克威，杨昆元。C7046112轴承摩擦力矩的研究。摩擦学报。1993:687215.温诗铸.纳米摩擦学.清
17、华大学出版社.2001:25728216.范炯，戴振东，姜澄宇等.多功能摩擦试验机的研制与应用.南京航空航天学报.200017.邹继斌，孙桂瑛，齐毓霖等.微负荷摩擦测试系统.摩擦学报.1998,Vo1 18(4):290-318.NeryanasatnyK.Measurementofwearinsmallbores.Wear,1978,49:24719.DemianT,Pas1uA.Measuringoffrictiontorqueinverticalcenterbearings.PolandrdInterConf, Warsaw, Poland, 1982:66一6820.HuberA.We
18、arofsmallbearingsmadeofplasticmaterial-testmethodandresults.PrnterConf,Warsaw,Poland,1981:137 -14021.张宝铭，李勇.电刷摩擦系数测量.哈尔滨工业大学学报，1995,3:10510822.石来德，袁礼平.机械参数电测技术.上海:上海科学技术出版社，1981,5,1723.王玲.黄克威.杨昆元.C7046112轴承摩擦力矩的研究.摩擦学学报，1993, 1,6824.曲中谦.实用轴承手册.辽宁:辽宁科学技术出版社.2001:449 55025.Bhushan B. Handbook of micro/nanotribology. Boca Raton. CRC Press,1995.45326.毛谦德，李振清。袖珍机械设计手册第二版.北京:机械工业出版社2001:202 -16527.杨黎明.机电一体化设计手册北京:国防工业出版社.1997:584 729
