MEMS微觀摩擦磨損測(cè)試裝置研制.pdf

1、用于微機(jī)電系統(tǒng)的微摩擦學(xué)研究設(shè)備,主要依賴于研究人員根據(jù)自身學(xué)科需要開(kāi)發(fā)的各種微觀摩擦測(cè)試儀器。鑒于高速微機(jī)電系統(tǒng)的涌現(xiàn)以及國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)適用于高速微機(jī)電系統(tǒng)的摩擦磨損試驗(yàn)設(shè)備,本文研制了一臺(tái)能夠模擬高速微機(jī)電系統(tǒng)工況的微摩擦測(cè)試裝置,可用于研究高速微機(jī)電系統(tǒng)中摩擦、磨損和潤(rùn)滑行為。
　　采用銷(xiāo)-盤(pán)式摩擦模式用以模擬微機(jī)電系統(tǒng)中的滑動(dòng)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(xué)杠桿法作為正壓力和摩

2、擦力的測(cè)量方法,進(jìn)而設(shè)計(jì)了測(cè)試裝置的總體結(jié)構(gòu),并詳細(xì)論述了其測(cè)量原理,其中,為了提高摩擦力的測(cè)量精度同時(shí)增加測(cè)力量程,引入了帶有壓電致動(dòng)器的反饋系統(tǒng)。
　　設(shè)計(jì)了用于微力測(cè)量的測(cè)力懸臂,在其測(cè)試端通過(guò)縱向彈性敏感元件測(cè)量正壓力,在其固定端通過(guò)周向彈性敏感元件測(cè)量摩擦力,通過(guò)理論計(jì)算分析了敏感元件的剛度和最大應(yīng)力,利用Creo Simulate軟件對(duì)縱向彈性敏感元件進(jìn)行強(qiáng)度仿真分析,利用微加工技術(shù)制作了敏感元件和試件。
　　采

3、用硬盤(pán)主軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)摩擦盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng),采用三相逆變電橋驅(qū)動(dòng)電路和兩兩導(dǎo)通的通電方式,以ATmega8為控制核心,采用反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速,利用Delphi軟件編寫(xiě)上位機(jī)PWM波發(fā)生器,利用HY-441數(shù)字轉(zhuǎn)速表標(biāo)定了電機(jī)轉(zhuǎn)速與PWM信號(hào)脈沖寬度的關(guān)系曲線。
　　使用激光位移傳感器測(cè)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(cè)器和壓電致動(dòng)器構(gòu)成帶有反饋的測(cè)量系統(tǒng),利用光學(xué)杠桿法實(shí)現(xiàn)周向彈

4、性敏感元件扭轉(zhuǎn)角的測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征設(shè)定了系統(tǒng)的控制參數(shù)。
　　檢測(cè)了不同轉(zhuǎn)速下摩擦盤(pán)的端面跳動(dòng),結(jié)果表明電機(jī)轉(zhuǎn)速在4000~7000轉(zhuǎn)區(qū)間內(nèi),摩擦盤(pán)的端面跳動(dòng)較小,有利于進(jìn)行微摩擦測(cè)試。標(biāo)定了縱向彈性敏感元件的剛度,標(biāo)定值與理論分析和仿真分析相一致。分析了測(cè)試裝置的靜態(tài)特性,摩擦力測(cè)量滯后約為6％,重復(fù)性約為0.6%,分辨力為0.011mN。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,該微摩擦測(cè)試裝置符合設(shè)