而且摩擦面温度的升高是造成边界润滑膜失效的直接和本质原因，作为评价润滑油边界润滑能力的新试验方法，临界温度法对各种油样有好的分辨能力，并且与使用结果之间有好的一致性。采用临界温度法还可以获得的f — T曲线，这不仅能清楚的反映边界膜开始失效的临界温度值，而且能反映出添加剂的影响区间，以及添加剂与金属发生化学反应的温度范围。
3.1.2. 试验装置的特点
试验装置旨在研究边界摩擦时，润滑油边界膜的温度特性，因此，必须具有如下特点：
a、试验机应能较精确地测出摩擦面间润滑油边界膜的温度;
b、在试验的过程中应能根据试验的需要，比较方便且快速地将摩擦面间润滑油边界膜的温度调整控制到预定值;
c、应始终保证摩擦的性质为边界摩擦。
d、试验机能准确测出预测时刻的摩擦力。
由此可见，对试验过程中摩擦表面温度的测量和控制以及摩擦力的测量是本项研究成功的关键，而这正是摩擦学研究中最困难的问题之一，为了满足上述要求，在试验过程中，试样的相对滑动速度应取得很低很低，并且同时采用较小的试验载荷，这是因为：
a、当滑动速度很低很低，并且载荷较小时，可以最大限度地减少摩擦发热，从而将摩擦温升限制到一个很微小的范围内，因而可以用摩擦面附近一点的温度来近似代表摩擦面间润滑油边界膜的温度，而不引起太大的误差。因为要直接测量摩擦面间的温度在技术上目前是非常困难的，甚至是不可能的。
b、当摩擦面温升非常小，小到可以忽略不计时，使可以认为摩擦面间润滑油边界膜的温度与试样周围油浴润滑介质的温度近似一致。这样，就可以利用控制油浴润滑介质的温度来达到有效地控制摩擦面间润滑油边界膜温度的目的。并可以根据试验的需要将其自由地调整到预定值。
c、低滑动速度可防止流体润滑效应的影响，从而始终保持边界润滑状态。
在设计试验装置中，主轴转速为每分钟一转，载荷为12Kg，能够满足以上各项要求。
3.1.3 试验方法的选择
根据本项研究的特点，设计了两种类型的试验方法。
a. 逐级升温试验法
对于一种油样-摩擦副边界膜温度特性的检验，要有计划地选择若干个有代表性的温度点，在这些温度点分别做独立的试验，每个试验的试验时间为1min，即主轴旋转一圈，由此获得每一个试验温度点的摩擦系数与磨斑面积值，然后将这些独立的试验结果汇总起来，便可以观察到该油样在该摩擦副上的边界润滑膜各个不同温度点的性态。原则上每个温度点的试验都要更换新的试样和油样。温度点的选择以能够将其温度特性表现清楚为原则。
逐级升温试验法能够较全面的反应各温度点的摩擦与磨损性能特征，并且各温度点的数据独立，便于进行摩擦表面分析，是本项研究中主要采用的试验方法
b. 连续升温试验法
对于一种油样-摩擦副边界膜温度特性的检验，确定一个合适的温升速度，在连续升温的条件下进行试验，获得摩擦系数随温度连续变化的数值，以反应出边界膜的摩擦特征。这种试验适用于对润滑油边界膜温度特性的快速评价。但各温度点的试验结果不独立，不能评价材料在各温度点的磨损特征。
连续升温试验法与逐级升温试验法具有互补性，可针对不同的研究目的进行选用。
3.1.4.温度的控制与测量的原理以及方法
a，加热系统的选择
根据本项研究对设备的要求，必须采用升温快，且温度变化惯性小，且安全方便的加热系统。所以，经过实际的核实与研究，拟采用电磁加热的方法或电加热方法。
电磁加热设备是一种利用电磁感应原理将电能转换成热能的电器，在电磁设备控制机芯内部，由整流电路将50HZ/60HZ的交流电变换成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换频率为20-40KHZ的高频电压，高速变化的电流通过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场磁力线通过金属时，会在金属体内产生无数的小旋涡流，使金属器皿等被加热物体本身自行高速发热，从而起到加热的效果。
b，温度控制与测量的方法
总体的设计框图如下：
主机的核心器件是单片机，它是整个系统的心脏，由它来接受信号并控制协调各功能模块的正常工作，考虑到系统的功能和经济性因素，采用的是当今流行的性价比比较高的AT89C51。主控单片机采用一片ATMEL AT89S51。根据题目要求，充分利用了单片机灵活控制的优点，发挥其优势功能，采用单片机控制显示信号灯，提高了系统的灵活性，设置方便。
AT89S51芯片本身集成了看门狗(WDT)电路，这是为了系统更加的稳定可靠，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生这种做法对于实际上长时间运行在恶劣状况的交通灯控制系统来说是十分必要的。它可以完成自动加载复位，省去人工调整的麻烦，同时，AT89S51 是一个低功耗， 高性能CMOS 8 位单片机，是一块可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
温度测量与控制系统示意图如下：
温度传感器部分将温度线性地转变为电压信号，经过滤波放大，一路输入A/D转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与滑变分压预先设置的温度经过电压比较器进行比较输出高低电平指示信号，传输给温度控制执行模块，相应的控制温度的变化。
3.1.5 摩擦力的测量原理与方法
摩擦力测量的装置中传感器安装示意图如下：
图中圆盘安装在一个平面轴承上(摩擦力可忽略不计)，圆盘上面安装三个球(即，四球试验中，下面的三个球)，在摩擦力的作用下，圆盘随球一起旋转，但同时受到绳子拉力的作用，达到一个力矩平衡，这时安装在绳子上的S型拉压力传感器就会因为受到相应的拉力，而输出电信号。
根据试验机的要求和实际的情况，摩擦力测量系统的硬件结构拟采用LSR-2F型拉压力传感器，ZDB-1型变送器，PCL-812PG多功能数据采集卡以及上位PC机等部件组成。其中S型拉压力传感器采用最常用的应变片电桥式传感器，其主要由弹簧片、电阻应变片、电缆线等组成。
摩擦力测
3.研究内容及技术路线
3.1.研究内容
3.1.1.用温度法来评价润滑油添加剂性能的优点
目前采用的各种润滑油评价方法归根到底大部分都是采用了临界载荷法和临界速度法，针对这些研究方法所存在的问题，在进行了系统研究和分析的基础上，指出摩擦面温度的升高是造成边量的方框示意图如下所示：
3.1.6.主轴转速的控制
驱动元器件的选择：
目前常用的驱动与案件有很多，大体分为以下几类：步进电机，直流伺服电机，交流伺服电机，液压阀等。但是根据我们实验的需要，我们将采用步进电机。
步进电机的优点：
步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置。 当施加适当的电脉冲指令时，电机转子的出轴或外转子将会以不连续的步进增量旋转。 电机的旋转与施加的脉冲之间有几个方面的直接关系： 首先所加脉冲的顺序直接决定着电机转轴旋转的方向。 其次电机转轴旋转的速度取决于所加脉冲的频率，而旋转的角度或者圈数和所加的脉冲数成正比。
步进电机的优缺点：
优点：
1. 电机旋转的角度正比于脉冲数;
2. 电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);
3. 由于每步的精度在 3%-5%，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性;
4. 优秀的起停和反转响应;
5. 由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命;
6. 电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本
7. 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。
8. 由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。
单片机对步进电机的控制示意图：
3.1.6.研究难点
1、 实验方法的研究与实验参数的确定;
2、 摩擦表面温度的精确测量与控制;
3、 摩擦力的精确测量;
4、 实验机控制系统与数据采集系统开发;
5、 人机界面和通讯技术的开发;
6、 评价体系的建立。
3.2.技术路线
4.进度安排
2010.09～2010.11 文献检索，调研，确定研究方向和研究方案，撰写开题报告。
2010.11～2011.01 学习相关资料，确定试验设备的设计、制作、安装和调试。
2011.01～2011.11 进行试验及课题研究，对研究的结论进行比较分析 。
2011.11～2011.12 整理研究结论，撰写学位论文。
2011.12～2012.01 准备论文答辩的工作。
参考文献：
[1] Peterson M B,http://www.51lunwen.com/shuoshikait/ Winter W O. Wear Control Handbook[M]. ASME, 1980
[2] 克拉盖尔斯基. 摩擦磨损计算原理[M]. 北京：机械工业出版社，1982
[3] R M. Matveevskii, Problems of boundary lubrication[J]. Tribological internation, 1995, 28(1):1-5
[4] 严珩志，钟掘，不同温度与摩擦副条件下极压剂的减摩性能[J]. 中南工业大学学报，1996,27(5)，578-582
[5] 常 颖，曾 平，摩擦表面温度分析中滑摩功的计算[J]. 机械研究与应用，2004,17(3)12-14
[6] Bundschuh W, Zum Gahr K H. Effect of temperature on friction and oscillating wear of dence and porous 3Y-TZY Zirconia ceramics[J]. Tribological internation, 1994, 27(2):47-51
[7] W. Piekoszewski, M. Szczerek,W. Tuszynski, The action of lubricants under exterme pressure conditions in a modified four-ball tester[J]. Wear,2001, 249:188-193.
[8] V. Panin, A. Kolubaev, Subsurface layer formation during sliding friction[J]. Wear,2002, 249:860-867.
[9] 赵广林. 常用电子元器件识别/检测/选用一读通. 电子工业出版社，2008
[10] 赵文博，刘文涛. 单片机语言C51程序设计. 人民邮电出版社，2005
[11] Michael Quirk,Julian Serda. 半导体制造技术. 电子工业出版社2004.1
[12] 王为青，邱文勋. 51单片机应用开发案例精选. 人民邮电出版社，2007
[13] 邓志杰、郑安生. 半导体材料. 化学工业出版社，2004.4
[14] 杨欣，王玉凤，刘湘黔. 51单片机应用从零开始.清华大学出版社，2008
[15]K. Ishikawa, H. Suwabw, M. Uneda and N. Kurata.Dynamical Study on ID-Blade Slcing Utilizing Elliptical Vibration:Mechanism of Elliptical Vibration Slicing and Behavior ofSlicing Force.J. Japan Society for Precision Engineering，1999：1605～1610.
[16]I Kao, M. Bhagavat, V Prasad,et al.Integrated modeling of wiresaw in wafer slicing.The NSF Grantees Conference，1998.
[17]S.E. Forman andW.J. Rhines. Vibration Characteristics of Crystal Slicing ID Saw Blade.J. Electrochemical Society，1972：686～690.
[18]Z J Pei.A study on surface grinding of 300mm silicon wafers.International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2002：385～393.
[19]I Kao,V Prasad, J Li,et al.Wafer slicing and wire saw manufacturing technology.The NSF Grantees Conference，1997.
[20]Z J Pei.A study on surface grinding of 300mm silicon wafers.International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2002：385~393.
更多内容请进入：