微摩擦测试仪机械装置设计)最终修改版

1绪论1.1引言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讨论有很大的局限。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。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,采纳微应变片猎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。1.2国内外讨论现状及进展趋势1.2.1国内外讨论现状 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[6][6]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。激光光源采纳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，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%...