基于应变电测法的微小电控摩擦测试系统设计及实验

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1、分类号：TH82学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（专业型）学位论文题目：基于应变电测法的微小电控摩擦测试系统设计及实验研究生姓名：何军乐导师姓名及职称：张炜副教授培养单位：机械工程学院工程领域/专业：机械工程论文提交日期：2015年04月1日论文答辩日期：2015年05月19日答辩委员会主席：孟文俊教授中文摘要中文摘要为了研究不同水基润滑液中陶瓷/不锈钢摩擦副的摩擦行为对外加电场的响应情况，现设计基于应变电测法的微小电控摩擦测试系统。该系统主要结构有：摩擦头进给系统、摩擦盘转动系统、外部电压施加装置、应变传感机构、测量与数据处理系统。进给系统由三维手动五轴精密

2、位移台和单向精密滑台组成。转动系统由主轴，步进电机，步进电机驱动器和PLC控制器组成。电压的施加采用了石墨辅助电极。应变传感机构采用了双平行悬臂结构，该悬臂结构可以很好的实现正压力与摩擦力的解耦，并且就有良好的线性度、恢复性和回复性，这一点通过ANSYS数值模拟和标定实验得到验证；采用该结构在实验中可以分别测量正压力和摩擦力，进而得到摩擦系数。测量方法则采用了应变电测法，在每组平行悬臂上使用四个完全相同应变片传感器作为桥臂组成全桥应变电路，将悬臂的应变转换为电压信号输出，经由数据采集卡将模拟信号转化为数字信号；用LabVIEW软件编写程序来记录和处理实验数据。利用完成的电控摩擦测试

3、系统进行电控摩擦试验，通过实验发现，陶瓷/不锈钢摩擦副在不同润滑液中不同外加电压下电控摩擦行为有所不同：（1）当陶瓷/不锈钢摩擦副分别处于氯化钠溶液、十二烷基硫酸钠溶液和十二烷基二甲基苄基氯化铵溶液中时，其摩擦特性在外加电场的作用下会发生改变，摩擦系数会增大。其中后两种溶液相对于前者溶液来说对外加电场的响应更为显著；（2）摩擦副的相对滑动速度会影响陶瓷/不锈钢摩擦副在同一润滑状态下的电控摩擦特性，摩擦系数会随着相对滑动速度的增加而减小；（3）对于氯化钠溶液而言，其浓度对陶瓷/不锈钢摩擦副的电控摩擦特性的影响并不明显，但相同外加电压条件下，电流会随着浓度的增加而增大。关键词电控摩擦；

4、应变电测法；双平行悬臂结构；微小摩擦测试IABSTRACTABSTRACTWehavedevelopedelectronically-controlledsmallfrictiontestsystemsoastoanalyzetheresponseofthefrictionbehaviortoexertedelectronic-fieldforCeramic/StainlessSteelFrictionPairwithdifferentwater-basedlubrication.Andthistestsystemiscomposedofseveralparts:friction-

5、headfeedsystem;friction-diskrotationsystem;externalvoltage-applyingsystem;strain-sensordevice;anddatameasurement/processingsystem.Thefeedsystemismadeofamanualthree-dimensionfive-axis'sprecisiondisplacementplatform,andaonedirectionprecisionslideplatform.Andtherotationsystemconsistsofmainshaft,s

6、tepmotor,stepmotordriverandPLCcontroller,whilethevoltage-applyingsystemisaccompaniedwiththeauxiliarygraphite-electrode.Thestrainsensordeviceisrealizedwithdual-parallelcantileverstructure,whichcoulddecouplethepositivepressureandshearfrictionproperly,anddemonstrategoodlinearity,recovery,andresil

7、ience,withverificationsfromANSYSsimulation/calibrationexperiment.Thisdual-parallelstructureprovidesuswithmeasurementofpressureandstressseparately,andthenleadstocalculationoffrictioncoefficient.Weapplystrain-electronicmeasuringmethod,tha