Experimente an Ultraschall-Schmierung Verwenden eines piezoelektrisch unterstützten Tribometer und optische Profilometer

Wir präsentieren ein Protokoll für die Verwendung eines piezoelektrisch unterstützten Tribometers und eines optischen Profilometers, um die Abhängigkeit von Ultraschallverschleiß und Reibungsreduzierung von linearer Geschwindigkeit, Kontaktdruck und Oberflächeneigenschaften zu untersuchen.

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die Abhängigkeit von Reibungs- und Verschleißreduzierung von der linearen Geschwindigkeit in der Ultraschallschmierung zu untersuchen. Dies wird erreicht, indem zunächst Tests an einem modifizierten Stift auf der Scheibe TER durchgeführt werden, während während der Tests Echtzeit-Reibungskräfte aufgezeichnet werden. In einem zweiten Schritt wird ein optisches Profilometer zur Charakterisierung des Verschleißes eingesetzt, das 2D- und 3D-Profile, Oberflächenrauheiten und Volumenverluste in den Rillen liefert. Als nächstes folgt die Reduzierung von Reibung und Verschleiß bei drei.

Lineare Geschwindigkeiten werden anhand von gemessenen Reibungskräften und berechneten Verschleißraten quantifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ultraschallschmierung die effektive Reibungskraft um bis zu 62 % und den Oberflächenverschleiß um bis zu 49 % reduziert. Die Reibungsreduzierung nimmt mit zunehmender linearer Geschwindigkeit ab, während die Verschleißreduzierung bei den drei linearen Geschwindigkeiten im Wesentlichen konstant bleibt. Die Ultraschallschmierung ist eine etablierte Technologie zur Reduzierung und Steuerung des effektiven Reibungskoeffizienten zwischen gleitenden Objekten.

Es funktioniert, indem es eines oder beide Objekte mit Ultraschallfrequenzen vibriert, d. h. Frequenzen über 20 Kilohertz. Die Ultraschallschmierung wurde in Fertigungsprozessen wie der Extrusion und dem Drahtziehen als Festkörperschmiertechnologie eingesetzt. Es kann in Anwendungen eingesetzt werden, in denen herkömmliche Schmierstoffe unerwünscht sind.

Zum Beispiel im Weltraum Um zuerst das erforderliche TER zu bauen, montieren Sie das Futtermotor-Subsystem, führen Sie diese Montage auf einem Isolationstisch durch. Erste Ebene, ein Gleichstrommotor mit Unterlegscheiben und Fixierung seiner Position mit Federbeinen und Schrauben. Positionieren Sie dann den Stützrahmen um den Motor.

Verbinden Sie anschließend die Keilwelle mit einem Schlüssel mit der Motorwelle und schieben Sie anschließend die Stützplatte auf die Keilwelle. Positionieren Sie dann das Axialnadellager auf der Auflageplatte. Schmieren Sie das Lager bei Bedarf mit Schneidflüssigkeiten, um den Zusammenbau des Futtermotor-Subsystems abzuschließen.

Verbinden Sie das Spannfutter mit drei Schrauben mit einer Adapterplatte und ziehen Sie die Schrauben fest. Setzen Sie das Spannfutter durch das Axialnadellager auf die Stützplatte. Setzen Sie die Gimbal-Baugruppe mit dem Stützrahmen ein.

Es verfügt über eine horizontal ausgerichtete Wägezelle, die über einen Draht mit dem kardanischen Arm verbunden ist, um die Reibung zu messen. Montieren Sie als Nächstes den elektrischen Stellantrieb piso. Führen Sie zunächst eine drei Zoll lange Gewindestange durch den Piso Elektrostapel

Befestigen Sie es mit Unterlegscheiben und Muttern, sodass an einem Ende etwa ein Achtel Zoll der Stange verfügbar bleibt. Ziehen Sie dann die Muttern fest, um den Stapel vorzuspannen. Verbinden Sie als Nächstes die langen freiliegenden Gewinde mit Muttern und Unterlegscheiben mit dem Gimbal-Arm.

Schrauben Sie eine Eichelmutter auf das andere Ende des Piso-Aktuators zu Einrichtungszwecken, ohne Tests. Setzen Sie dann die Scheibe in das Spannfutter ein und stellen Sie die Position der Scheibe so ein, dass die Eichelmutter mit der Oberseite der Scheibe in Kontakt kommt und der kardanische Arm waagerecht ist. Stellen Sie die Position der Gimbal-Baugruppe so ein, dass die Mutter die Scheibe in einem Abstand von etwa 25 Millimetern von der Mitte der Scheibe berührt.

Ziehen Sie abschließend alle Schrauben im Setup fest und befestigen Sie das Setup am Computer. Die Prüfscheiben und Muttern müssen mit Handschuhen gereinigt werden. Verwenden Sie Ethanol, um die Oberfläche der Prüfscheibe und der Eichelmutter zu reinigen.

Entferne nun die Eichelmutter, die du für die Einrichtung verwendet hast. Schrauben Sie dann die neue saubere Mutter auf und ziehen Sie sie fest fest. Überprüfen Sie nach dem Festziehen die Ausrichtung und ziehen Sie das Spannfutter so fest, dass die Scheibe fest ist, und stellen Sie sicher, dass die Eichelmutter fest mit dem Aktuator angezogen ist.

Es ist wichtig, die Eichelmutter fest mit dem epi-elektrischen Aktuator anzuziehen, da sie sich sonst während des Tests lösen könnte, was dazu führt, dass die Ultraschallschwingungen nicht übertragen werden und somit unwirksam werden. Um den Test einzurichten, bringen Sie eine normale Last zwischen der Testmutter und der Scheibe auf, indem Sie ein Gewicht von zwei Newton an einen Haken hängen, der mit dem Gimbal-Arm verbunden ist. Hängen Sie dann weitere zwei Newton Gewicht an den anderen Haken, der mit dem Gimbal-Arm verbunden ist.

Dadurch wird eine horizontale Vorspannung zur Wägezelle bereitgestellt. Verbinden Sie als nächstes den Aktuator und den Signalgenerator mit dem Verstärker. Stellen Sie den Signalgenerator so ein, dass er ein kontinuierliches sinusförmiges Signal liefert.

Verwenden Sie eine Amplitude von drei Volt und eine Frequenz von 22 Kilohertz. Die Resonanzfrequenz des piso-Aktuators beinhaltet einen DC-Offset von drei Volt, um Spannungen im pizo-Aktuator zu verhindern. Beginnen Sie nun mit dem Sammeln von Daten, um die reduzierte Reibungskraft zu messen.

Schalten Sie den Verstärker ein und stellen Sie die Verstärkung auf 15, was einer tatsächlichen Verstärkung von 4,67 entspricht. Schalten Sie anschließend den Motor ein und stellen Sie die Drehzahl nach Bedarf ein. Führen Sie den Test drei Stunden lang durch, schalten Sie dann den Motor und den Verstärker aus und beenden Sie die Datenerfassung.

Entfernen Sie die Eichelmutter und die Testscheibe und beschriften Sie die Testscheibe mit den Testbedingungen. Verwenden Sie für jeden Test immer eine neue Mutter und Prüffläche. Um die Eigenreibung zu messen, verwenden Sie die gleiche lineare Geschwindigkeit bei ausgeschaltetem Verstärker und Signalgenerator.

Wiederholen Sie den gleichen Test für andere lineare Geschwindigkeiten. Am Ende sollten sechs Verschleißrillen entstehen. Reinigen Sie die Testscheiben zur Vorbereitung unmittelbar vor den Messungen.

Nach wie vor ist es wichtig, die Probenscheiben vor der Messung zu reinigen und die Verschleißpartikel oder Fremdkörper locker auf der Verschleißrille zu befestigen. Beeinträchtigt wurden die Position der gemessenen Profile und der Volumenverlust. Machen Sie als Nächstes acht gleichmäßig verteilte Markierungen um den Rand der Scheibe.

Öffnen Sie nun die Profilometer-Software mit der Software. Heben Sie die Linse so an, dass zwischen der Linse und der Probenplattform genügend Abstand besteht. Nivellieren Sie dann die Probenplattform und legen Sie ein Stück Labortuch auf die Plattform.

Legen Sie die Probe vorsichtig auf das Taschentuch, wobei eine der acht Markierungen zur Vorderseite des Barometers zeigt. Richten Sie die Scanparameter in der Software ein. Scannen Sie die Nut und speichern Sie die Profilbilder und Rauheitsdaten.

Drehen Sie dann die Probe gegen den Uhrzeigersinn, bis die nächste Markierung zur Vorderseite des Profilometers zeigt, und wiederholen Sie den Vorgang für die restlichen Markierungen. Wenn Sie mit einer Scheibe fertig sind, wiederholen Sie die Messungen für die restlichen fünf Scheiben. Die Reibungskraft wurde bei 400 Hertz unter Verwendung von zwei zweiten Abtastfenstern gemessen; die Mittelwerte der gemessenen Reibung wurden berechnet und gegen die Strecke aufgetragen, die der Stift zurücklegt.

Eigenreibungskräfte werden mit Punkten dargestellt, während Reibungskräfte mit Ultraschallschwingungen dargestellt werden. Mit xs blieb die Reibungskraft praktisch konstant, sobald ein stationärer Betrieb erreicht war. Als Nächstes wurde der Reduktionsprozentsatz bei jeder linearen Geschwindigkeit gegen die vom Pin zurückgelegte Strecke aufgetragen.

Ultraschallschwingungen reduzierten die stationäre Reibungskraft bei jeder getesteten linearen Geschwindigkeit. Die Vorteile nahmen jedoch mit zunehmender linearer Geschwindigkeit ab, wobei Rillen mit und ohne Ultraschallschwingungen verglichen wurden. Es ist zu erkennen, dass Rillen ungleichmäßiger und nicht reflektierender erscheinen, wenn Ultraschallschwingungen angewendet werden.

Aus den Profilometer-Scans wurden 3D-Profile, Oberflächenrauheitswerte und Volumenverluste der Rillen gewonnen. Die 3D-Rillen mit Ultraschallschwingungen waren im Vergleich zu denen ohne Ultraschallschwingungen schmal, rau und flach. Dies unterstützt die Annahme, dass die Ultraschallschwingungen den Verschleiß reduzieren, die Verschleißraten und die Oberflächenrauheitsparameter waren kleiner, wenn Ultraschallschwingungen vorhanden waren, was ebenfalls ein Indikator für die Verschleißreduzierung ist.

Der prozentuale Verschleißreduzierungsgrad blieb mit zunehmender Geschwindigkeit nahezu konstant. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Ultraschallschmierungstests an einem modifizierten Stift auf der Scheibe durchgeführt werden, und charakterisieren, wo mit optischem Prophy die Reibungs- und Verschleißreduzierung nicht nur in Bezug auf die lineare Geschwindigkeit, sondern auch auf Schlüsselparameter wie Normalspannung, Materialkombinationen, und Ultraschall-Stromverbrauch.