本文關(guān)鍵詞：MEMS微觀摩擦磨損測試裝置研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：用于微機電系統(tǒng)的微摩擦學研究設備，主要依賴于研究人員根據(jù)自身學科需要開發(fā)的各種微觀摩擦測試儀器。鑒于高速微機電系統(tǒng)的涌現(xiàn)以及國內(nèi)目前尚無適用于高速微機電系統(tǒng)的摩擦磨損試驗設備，本文研制了一臺能夠模擬高速微機電系統(tǒng)工況的微摩擦測試裝置，可用于研究高速微機電系統(tǒng)中摩擦、磨損和潤滑行為。 采用銷－盤式摩擦模式用以模擬微機電系統(tǒng)中的滑動摩擦磨損，利用直徑為2mm的單晶硅圓柱和單晶硅片構(gòu)成摩擦副，分別選用位移法和光學杠桿法作為正壓力和摩擦力的測量方法，進而設計了測試裝置的總體結(jié)構(gòu)，并詳細論述了其測量原理，其中，為了提高摩擦力的測量精度同時增加測力量程，引入了帶有壓電致動器的反饋系統(tǒng)。 設計了用于微力測量的測力懸臂，在其測試端通過縱向彈性敏感元件測量正壓力，在其固定端通過周向彈性敏感元件測量摩擦力，通過理論計算分析了敏感元件的剛度和最大應力，利用Creo Simulate軟件對縱向彈性敏感元件進行強度仿真分析，，利用微加工技術(shù)制作了敏感元件和試件。 采用硬盤主軸電機實現(xiàn)摩擦盤的轉(zhuǎn)動，采用三相逆變電橋驅(qū)動電路和兩兩導通的通電方式，以ATmega8為控制核心，采用反電動勢過零點檢測法檢測轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)電機的啟動與調(diào)速，利用Delphi軟件編寫上位機PWM波發(fā)生器，利用HY-441數(shù)字轉(zhuǎn)速表標定了電機轉(zhuǎn)速與PWM信號脈沖寬度的關(guān)系曲線。 使用激光位移傳感器測量縱向彈性敏感元件形變位移；采用激光器、反射鏡組、光斑位置探測器和壓電致動器構(gòu)成帶有反饋的測量系統(tǒng)，利用光學杠桿法實現(xiàn)周向彈性敏感元件扭轉(zhuǎn)角的測量。描述了上述儀器在本裝置中的使用方法與步驟，根據(jù)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征設定了系統(tǒng)的控制參數(shù)。 檢測了不同轉(zhuǎn)速下摩擦盤的端面跳動，結(jié)果表明電機轉(zhuǎn)速在4000~7000轉(zhuǎn)區(qū)間內(nèi)，摩擦盤的端面跳動較小，有利于進行微摩擦測試。標定了縱向彈性敏感元件的剛度，標定值與理論分析和仿真分析相一致。分析了測試裝置的靜態(tài)特性，摩擦力測量滯后約為6%，重復性約為0.6%，分辨力為0.011mN。實驗測試表明，該微摩擦測試裝置符合設計要求，可以作為高速微觀摩擦試驗的有效工具。
【關(guān)鍵詞】：微機電系統(tǒng) 微摩擦 微加工 無刷直流電
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH-39;TH87
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• Contents10-12
• 圖清單12-17
• 表清單17-18
• 變量注釋表18-19
• 1 緒論19-31
• 1.1 課題的背景與來源19-23
• 1.2 微觀摩擦磨損測試裝置的研究現(xiàn)狀23-29
• 1.3 本文的研究目的和意義29-30
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容30-31
• 2 測試裝置的總體設計31-39
• 2.1 測試裝置的設計要求31-32
• 2.2 摩擦力測量原理32-33
• 2.3 測試裝置的結(jié)構(gòu)設計33-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 3 微力測量單元設計39-59
• 3.1 測力懸臂結(jié)構(gòu)39-40
• 3.2 周向彈性敏感元件40-48
• 3.3 縱向彈性敏感元件48-56
• 3.4 試件56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 4 回轉(zhuǎn)運動的速度控制系統(tǒng)59-70
• 4.1 無刷直流電機的選用59-60
• 4.2 電機驅(qū)動電路60-63
• 4.3 電機轉(zhuǎn)子位置檢測63-66
• 4.4 電機控制程序設計與轉(zhuǎn)速標定66-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 5 傳感器與數(shù)據(jù)采集70-76
• 5.1 激光位移傳感器70-71
• 5.2 光斑位置探測器與壓電致動器71-75
• 5.3 本章小結(jié)75-76
• 6 系統(tǒng)靜態(tài)特性和測試分析76-86
• 6.1 摩擦盤端面跳動檢測76-78
• 6.2 縱向彈性敏感元件標定78-80
• 6.3 測試裝置靜態(tài)特性分析80-84
• 6.4 實驗測試分析84-85
• 6.5 本章小結(jié)85-86
• 7 結(jié)論和展望86-88
• 7.1 結(jié)論86
• 7.2 展望86-88
• 參考文獻88-92
• 附錄92-102
• 作者簡歷102-104
• 學位論文數(shù)據(jù)集104

【參考文獻】

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本文編號：354383