使用超声波润滑实验一压电辅助摩擦试验机和光学轮廓

我们提出了一种使用压电辅助摩擦计和光学轮廓仪来研究超声波磨损和摩擦减少对线速度、接触压力和表面特性的依赖性。

以下实验的总体目标是研究超声润滑中摩擦和磨损减少对线速度的依赖性。这是通过首先对圆盘 TER 上的修改销进行测试，同时在测试过程中记录实时摩擦力来实现的，第二步，使用光学轮廓仪来表征磨损，提供 2D 和 3D 轮廓、表面粗糙度和凹槽中的体积损失。接下来，减少摩擦和磨损 3。

使用测量的摩擦力和计算的磨损率来量化线速度。结果表明，超声波润滑使有效摩擦力降低高达 62%，表面磨损降低高达 49%随着线速度的增加而减少，而磨损减少在三个线速度上基本保持不变。考虑超声波润滑是一种成熟的技术，用于减少并实际上控制滑动物体之间的有效摩擦系数。

它的工作原理是以 20 kHz 以上的超声波频率振动一个或两个物体。超声波润滑已应用于制造工艺中，例如挤压和拉丝是一种固态润滑技术。它可用于不需要传统润滑剂的应用。

例如，在太空中 要首先构建必要的 TER，组装卡盘电机子系统，在隔离台上执行此组装。第一级，带垫片的直流电机，并使用支柱和螺栓固定其位置。然后将支撑框架放置在电机周围。

接下来，使用键将花键连接到电机轴上，然后将支撑板滑到花键轴上。然后将推力滚针轴承定位在支撑板上。如果需要，用切削液润滑轴承，以完成卡盘电机子系统的组装。

使用三个螺栓将卡盘连接到转接板并拧紧螺栓。通过推力滚针轴承将卡盘放在支撑板上。将带有支撑框架的万向节组件安装到位。

它有一个水平方向的称重传感器，通过电线连接到万向臂上，以测量摩擦力。接下来，组装 piso 电动推杆。首先，将一根 3 英寸的螺纹杆插入 Piso 电堆。

用垫圈和螺母固定它，在一端留下大约八分之一英寸的杆可用。然后拧紧螺母以预加载堆栈。接下来，使用螺母和垫圈将长外露的螺纹连接到万向臂上。

将橡子螺母拧到皮索执行器的另一端，用于设置目的，非测试。然后将圆盘插入卡盘并调整圆盘的位置，使橡子螺母与圆盘顶部接触，云台臂水平。调整万向节组件的位置，使螺母与光盘接触，距离光盘中心约 25 毫米。

最后，拧紧设置中的所有螺栓并将设置连接到计算机。测试盘和螺母必须戴手套清洁。使用乙醇清洁测试盘和橡子螺母的表面。

现在移除用于设置目的的 acorn 螺母。然后拧上新的干净螺母并拧紧。拧紧后，检查对齐情况并拧紧卡盘，使圆盘牢固，并确保橡子螺母牢固地拧紧到执行器上。

acorn 螺母牢固地拧紧到 epi 电动推杆上至关重要，否则在测试过程中可能会松动，导致超声波振动无法传输，从而变得无效。要设置测试，请在连接到万向节臂的一个挂钩上悬挂一个 2 牛顿的重物，从而在测试螺母和圆盘之间施加正常负载。然后将另外两个牛顿的重量挂在连接到万向节臂的另一个钩子上。

这为称重传感器提供了水平预紧力。接下来，将执行器和信号发生器连接到放大器。将信号发生器设置为提供连续的正弦信号。

使用 3 伏的振幅和 22 kHz 的频率。pizo 促动器的谐振频率包括 3 伏特的直流偏移，以防止压电促动器中的张力。现在开始收集数据以测量减小的摩擦力。

打开放大器并将增益设置为 15，这对应于 4.67 的实际增益。接下来，打开电机并根据需要设置转速。运行测试三个小时，然后关闭电机和放大器并结束数据采集。

拆下橡子螺母和测试盘，并在测试盘上贴上测试条件的标签。每次测试始终使用新的螺母和测试表面。要测量内禀摩擦，请在关闭放大器和信号发生器的情况下使用相同的线速度。

对其他线速度重复相同的测试。最后应该创建六个磨损槽。准备工作应在测量前立即清洁测试盘。

和以前一样，在进行 perter 测量之前清洁样品盘很重要，并且将磨损颗粒或异物松散地附着在磨损槽上。被测轮廓的位置和体积损失受到影响。接下来，在圆盘边缘做八个均匀分布的标记。

现在使用该软件打开轮廓仪软件。抬起透镜，使透镜和样品平台之间有足够的间隙。然后调平样品平台，并在平台上放置一块实验室擦拭布。

轻轻地将样品放在组织顶部，八个标记中的一个朝向气压计的正面。在软件中设置扫描参数。扫描凹槽并保存轮廓图像和粗糙度数据。

然后逆时针转动样品，直到下一个标记面向轮廓仪的正面，然后对剩余的标记重复该过程。用一张光盘完成后，对剩余的 5 张光盘重复测量。使用两个第二采样窗口在 400 赫兹处对摩擦力进行采样，计算测得的摩擦力的平均值，并根据销的行程距离绘制

固有摩擦力用点表示，而超声波振动的摩擦力用点表示。使用 xs，一旦实现稳态作，摩擦力几乎保持不变。接下来，将每个线速度的减少百分比与销的行进距离作图。

超声波振动降低了每个测试线速度下的稳态摩擦力。然而，在比较有和没有超声波振动的凹槽时，随着线速度的增加，好处会减少。可以看出，当施加超声波振动时，凹槽显得更加不均匀且不反射。

从轮廓仪扫描中获得 3D 轮廓、表面粗糙度值和凹槽的体积损失。与没有超声波振动的 3D 凹槽相比，有超声波振动的 3D 凹槽狭窄、粗糙且较浅。这支持了以下观点：当存在超声波振动时，超声波振动会减少磨损，磨损率和表面粗糙度参数会更小，这也是减少磨损的指标。

随着速度的增加，磨损减少百分比几乎保持不变。看完这个视频后，您应该对如何对光盘上的修改销进行超声波润滑测试有一个很好的了解，并表征使用这种减少超声波摩擦和磨损的地方，不仅可以研究线速度，还可以研究关键参数，如法向应力、材料组合、 以及超声波功耗。