沉井侧壁摩阻力室内试验研究

沉井侧壁摩阻力的大小和分布是沉井结构设计以及助沉方法选择的依据。目前,其计算方法带有较强的经验性,计算结果与实际情况往往存在较大差异。为了进一步认识和掌握其分布规律,研制了能够直接测量沉井侧壁阻力的微型摩阻力仪,并对其准确性、稳定性和可靠性进行了验证;然后,利用该仪器以及静态应变测试系统等电测设备开展沉井下沉阻力的模型试验。试验表明:随着入土深度的增加,沉井侧壁摩阻力的变化特征可分为3个阶段,在第1阶段,侧壁摩阻力随深度的增加接近线性增加;在第2阶段,随着深度的增加,侧壁摩阻力总体仍是上升的,但其上升速率则有所降低,在下沉一定深度后,摩阻力达到峰值;在第3阶段,侧壁摩阻力随入土深度的增加而逐渐减小。运用极限分析理论,对上述变化规律的原因进行了分析。上述试验及分析成果可作为现场原位测试数据的补充,两者共同为沉井下沉阶段的侧壁摩阻力计算研究提供基础数据支持。

微摩擦测试的微力传感器设计

论述了一种新的应用于微摩擦测试的微力传感器,这种微力传感器能同时测定微小摩擦力及相应正压力的大小,其独特的悬臂结构消除了多维力传感器普遍关注的耦合问题.正压力和摩擦力的测力原理分别基于应变片法和位移法.标定及静态特性的分析表明,该微力传感器具有较高的测力精度和分辨力,适合于mN级的摩擦测试.摩擦测试实验表明,该微力传感器完全能进行各种润滑膜的微摩擦性能评估测试,从而为微摩擦研究提供了一种有效的实验工具.

微摩擦测试仪力传感器的研究

讨论了微尺度构件的摩擦力测试问题。Bhushan和Koinkar分别对硅材料的宏观摩擦系数和纳米摩擦系数进行了对比实验 ,实验表明纳米摩擦系数远远低于宏观摩擦系数。而在微机械构件中 ,零件的大小一般为微米级 ,甚至更大 ,接触面积也较大。载荷介于宏观和微观之间 ,有时会大于nN范围 ,因此其摩擦特殊 ,有可能不完全等同于宏观摩擦和纳米摩擦 ,因此需进一步研究。但现有的微摩擦测试仪器不管是载荷还是测量范围都是基于纳米量级 ,因此需要一种用于研究微机械样品间摩擦的专用仪器。本文主要对这种微摩擦测试仪中关键技术之一力传感器进行了研究。由于普通传感器在测量精度较高时 ,分辨率、灵敏度等均较低 ,不能满足系统的要求。针对普通传感器的不足 ,本文采用微机械工艺加工微力传感器的办法。这是由于微机械工艺采用的技术多是半导体工业的硅表面工艺和体硅加工工艺 ,因此这种传感器可以大批量制造 ,且具有低成本、高精度、低驱动、高可靠性、低功耗、占用空间小、重量轻和响应速度快等优点。

光反射法微摩擦测试仪

为研究MEMS的微摩擦需设计一种能够测量微米尺度样品摩擦特性的专用仪器,尤其是能进行微机构摩擦力和正压力测试的大范围、高灵敏度的微摩擦检测装置。给出了一种基于光反射法的微摩擦测试仪的设计方法,介绍了该仪器的设计原理、测力传感器的结构设计、仪器的标定方法。硅测力传感器采用MEMS工艺制作,具有变形量大、线性度好、灵敏度高等优点。实验结果表明,该测试仪能满足微机电系统微摩擦测试的需要。

用于微摩擦测试的微力传感器及其制作

微构件表面的摩擦状况和磨损机理与宏观构件有较大的区别,需一种能够测量微米尺度样品摩擦特性的专用仪器。给出了一种新型硅微力传感器的设计原理、结构、制作工艺及其弱信号采集方法。静态性能测试结果表明,传感器最大输出电压2000μV,重复性约为1 3%,灵敏度约为65V/N,分辨率为46μN,总精度为2 3%,基本上满足了微摩擦测试的需要。实验及计算表明,通过优化微力传感器的结构,改进芯片的封装,可以大大减少其体积,并提高其各项性能指标。

微小摩擦测试系统设计

针对介观尺度下的微小摩擦测试系统进行了设计，给出了一种基于平行梁结构的微小摩擦力测试方法及其测试装置，介绍了该测试装置的设计方法、测力传感器的结构设计、微小摩擦力测试原理及测力传感器标定方法。通过光反射法对测力传感器进行标定及微小摩擦力测量，通过对测量数据分析，得到微小摩擦力实验规律。实验结果表明：该装置分辨率可达到为10μN，可满足短行程高分辨率的微小摩擦力测试的需要，同时对测量过程中出现的载荷不稳定情况进行了分析。

超声物料输送的微摩擦驱动力实验研究

提出一种沿长度方向突变的变截面直梁压电振子结构,该振子能保证输送工作台面上各质点振幅均匀一致。由于振子具有结构对称性,可在空间上实现两个互相垂直的同阶弯曲模态（近似同频）,这两个模态的叠加使工作面上各质点做可更改运动参数的椭圆运动。应用悬臂梁结构研制了一个毫牛量级的微力测试装置,完成输送振子微小摩擦驱动力的测试。对微摩擦驱动力的主要影响因素进行了实验分析。实验结果表明,工作面质点椭圆运动轨迹的长轴在水平面上比在铅垂面上时更有利于物料的超声振动输送。振子振幅增大时,振子对试件的摩擦驱动力也相应增大;当振子两个方向振动的速度相位差从0°~90°增大时,摩擦驱动力呈增大趋势。

微米级电液位置反馈控制系统的研究

为了研究轴向柱塞泵配流盘/缸体摩擦副的润滑机理,研制了微米级电液位置反馈控制系统.基于该控制系统的组成和工作原理,使用系统中的高精度电涡流微位移传感器对润滑膜厚度进行精密测量.采用比例-积分-微分(PID)控制算法对微米级的润滑膜厚度进行反馈控制,对微米级电液位置反馈控制系统进行了数学建模,并研究了整个电液位置反馈控制系统的动态特性.结果表明,随着V0/βe、Kce的适当减小,润滑膜厚度的振荡幅度减小.适当选取PID参数值可以使系统的振荡周期变短,响应速度加快.微位移传感器的测量误差小于1μm.该系统可以测量轴向柱塞泵配流盘/缸体摩擦副润滑膜厚度、承载力和泄漏流量.

一种微摩擦力光学测试方法

为了测试微观条件下材料表面的摩擦学性能,给出了一种微摩擦力的光学测试方法。基于MEMS工艺制作了硅微力传感器,通过标定的方法得到了微力与传感器的变形量之间的关系,采用光反射的方法测量了试验过程中传感器的变形量,进而通过数据处理得到微摩擦力。简要介绍了微摩擦力的光学测试原理,给出了硅微力传感器的结构及制作过程,并对铜和铝的表面进行了微摩擦力测量。初步试验结果表明,该方法具有测试精度高、重复性好、系统性能稳定的优点,能满足微机电系统中摩擦力测试的需要。

基于微控单元的摩擦力测量装置

基于微控单元,利用电阻应变式传感器、超声波测速、无线传输、液晶显示、直流加减速电机等技术设计了一种新型的测量滑动摩擦力装置.与传统测量滑动摩擦力的实验相比,该装置具有操作便捷、测量精度高、现象直观、外表美观、应用前景广等优点.不仅可以作为教具用于课堂演示,而且可为企业对产品的光滑度测定、材料摩擦系数测量与鉴定等提供借鉴和思路.