초음파 윤활에 대한 실험은 압전 이용한 마찰 계 및 광학 프로파일로 사용

요약

우리는 압전 보조 마찰 계와 광학 프로필로미터를 사용하여 선속도, 접촉 압력 및 표면 특성에 대한 초음파 마모 및 마찰 감소의 의존성을 조사하기 위한 프로토콜을 제시합니다.

초록

마찰 및 마모가 설계 시스템에 해로운 있습니다. 두 슬라이딩면 사이의 계면이 탄성 범위 (20 KHZ) 상기 주파수에서 진동 할 때 초음파 윤활이 달성된다. 종래의 윤활제 또는 실현성 바람직 어디에 고체 기술 된 바와 같이, 초음파 윤활을 사용할 수있다. 또한, 초음파 윤활이 슬라이딩 표면 사이의 유효 마찰 계수의 전기 변조 할 수 있습니다. 이 속성은 자신의 마찰 상태와 운전 조건 변화에 따라 관련 동적 응답을 수정 적응 시스템을 가능하게한다. 표면의 마모 또한 초음파 윤활 통해 감소 될 수있다. 우리는 마찰력 감소의 의존도를 조사하고 초음파 윤활 표면 사이의 선형 슬라이딩 속도에 감소를 착용 할 수있는 프로토콜을 개발했다. 핀 온 디스크 마찰 계는 압전 스택 (22)에 핀을 진동하도록 사용되는 것을 상업적인 단위와 다른 지어진회전 디스크면에 수직 kHz로. 20.3, 40.6, 및 87mm / 초 : 유효 마찰력, 용적 감소, 및 표면 거칠기를 포함하여 마찰 및 마모 측정은하지 않고, 4 MPa의 세 가지 다른 슬라이딩 속도로 (1)의 일정한 압력에서 초음파 진동에 의해 측정된다. 광 프로파일로는 마모 표면을 특성화하는데 이용된다. 효과적인 마찰력 20.3 mm / sec로 62 %만큼 감소된다. 지속적으로 기존의 초음파 윤활 이론, 마찰력의 감소 퍼센트는 87mm / sec의 29 % 아래로 마찰력 감소, 속도 증가에 따라 감소한다. 착용 감소는 고려 세 가지 속도 (49 %) 본질적으로 일정하게 유지된다.

서론

그들이 서로에 대해, 롤 밀거나 할 때 마찰이 두 접촉면의 계면에 존재한다. 마찰은 일반적으로 연마 또는 접착제 마모와 함께 발생합니다. ¹ 초음파는 즉, 고주파 현상 뒤에 과학, 파도 음향 범위 (20 kHz에서) 이상의 주파수에서 여행. 초음파 분야는 두 개의 근본적으로 다른 제도를 포함한다. 하나 정권 의료용 초음파 또는 구조물의 비파괴 검사와 같은 화상 형성 공정에서 이용 된 것과 같은 저 강도의 전파를 포함한다. 다른 고 에너지 파가 실행 또는 플라스틱과 금속의 용접과 같은 엔지니어링 프로세스를 지원하기 위해 이용되는 고전력 체제이다. 슬라이딩 접촉하는 계면에 효과적인 마찰력을 감소 그것은 두 개의 표면의 계면에서의 초음파 진동의 후자 종류의 애플리케이션을 보여왔다. 이러한 현상은 초음파 윤활로 알려져있다.

달성하기 위해두 개의 슬라이딩 개체 사이의 초음파 윤활, 초음파 주파수에서 상대적으로 진동이 그들 사이에 설정해야합니다. 진동은 일반적으로 종 방향, 횡 방향 또는 슬라이딩 속도에 대하여 수직 한 방향 중, 두 객체 중 하나에 적용된다. 선단이 마찰 계의 회전 디스크에 수직 인 방향으로 진동되도록 본 연구에서는 마찰 계의 핀은 압전 액츄에이터가 장착되어있다. 압전 물질은 여기 필드와 동일한 주파수에서 진동하....

프로토콜

수정 마찰 계 1. 개발

1. 척 모터 서브 시스템을 설치합니다.
   1. 레벨 진동 절연 테이블. 테이블에 DC 모터를 배치; 심과 모터를 수평 및 스트럿과 볼트로 고정합니다. 모터 주변의지지 프레임을 배치합니다.
   2. 키를 이용하여 모터 축에 스플라인 샤프트를 연결한다. 스플라인 축이 판의 구멍을 통해가는 프레임에지지 플레이트를 넣습니다. 집합 지지판과 스플라인 축 주위 바늘 롤러 스러스트 베어링. 유체를 절단와 베어링 윤활.
   3. 스플라인 일측에 축 결합하고, 다른 쪽의 척 볼트 패턴이 어댑터 플레이트를 통해 척에 스플라인 샤프트를 연결한다. 이 시점에서, 척은 스러스트 베어링을 통하여 상기 프레임에 의해지지되고, 어댑터 플레이트를 통해 모터에 연결.
2. gymbal 어셈블리를 설치합니다.
   1. U-채널 스트럿, 괄호를 사용하여지지 프레임을 구축하고,볼트. 기둥과 같이 네 개의 긴 스트럿을 사용하고, 크로스 빔 3 개의 짧은 것을 사용.
   2. 브래킷과 볼트를 사용 제진 테이블 네 기둥을 고정. 볼트와 너트를 사용하여 중앙 크로스 빔에 gymbal 어셈블리를 연결합니다.
   3. gymbal 어셈블리의 수평 중심의로드 셀을 설치; 와이어 gymbal 팔에 반대편을 연결하는 동안....

결과

여기에 제시된 대표적인 측정은도 1에 도시 된 수정 된 마찰 계에서 얻었다. 압전 액추에이터는 22 kHz의 주파수에서 2.5 ㎛의 진폭으로 진동을 발생시킨다. 마찰 의존성을 연구하고, 선 속도에 감소를 착용, 세 가지 다른 속도 (20.3, 40.6, 및 87mm / 초)은 모터의 회전 속도를 변경함으로써, 디스크에 적용 하였다. 세 그룹 모두에 대해, 디스크의 회전 수 및 상기 핀의 이동 거리를 각각 1,600 292.5 m로 선택되었다. 공칭 회전 직경은 50mm이었다. 이러한 수직력, 진동 주파수 및 진폭과 같은 다른 파라미터는 모든 시험 (표 1)에 대해 동일한 남았다.

마찰력은 2 초 샘플링 윈도우를 이용하여 400 Hz의 주파수로 샘플링 하였다. (2)가 하나의 샘플링 윈도우에서 일반적인 데이터를 나타낸다. 관찰 fluctuatio마찰력에 N은.......

토론

실험은 초음파 마찰 및 마모 저감에 선 속도의 효과를 연구하기 위해,이 프로토콜을 이용하여 수행 하였다. 측정은 초음파 진동을 효과적으로 마찰을 줄이고, 3 개의 선형 속도로 마모 보여준다. 이전의 관찰과 일치 마찰 감소량는 87mm / sec의 29.3 % 20.3 mm / sec로 62.2 % 감소 함. 착용 감소는 선형 속도 (48.6 %에 45.8 %)의 변화와 무시할 수있다.

초음파는 물질을 통해 전송 될 때 이러한 탄성 계수 및 항복 강도 등의 물성이 변경 될 수 있습니다. 이것은 종종 초음파 연화 ^{(23)이라고합니다.} 이 연구에서, 압전 작동기 및 셋업의 다른 부분 사이에 강성의 차이에 기인는 액추에이터에 의해 생성 된 22 kHz의 진동은, 실험 장치의 다른 부분으로 전달되지 않았다의 진동 모드 비록 약 100 Hz에서 구조 흥분했을 때 초음파 VIB식량이 적용되었다. 핀과 디스크 사이의 계면에서, 초음파 진동은 계면에서의 온도 상승을 야기한.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
직류 전동기	미나릭	SL14
전기 증폭기	AE Techron	LVC5050
신호 컨디셔너	Vishay Measurements Group	2310
신호 발생기	Agilent	33120A
압전 스택	EDO corporation	EP200-62
로드 셀	트랜스듀서 기술	MLP-50
로드 센서 패드	FlexiForce	A201
레이저 미터	Keyence corporation	LK-G32
홀 효과 프로브 및 가우스미터	Walker Scientific, Inc.	MG-4D
데이터 수집 모듈	데이터 물리학	Quattro
데이터 수집 소프트웨어	데이터 물리학	SignalCalc Ace
열전대 리더	Omega	HH22
광학 프로필로미터	Bruker	Contour GT
프로필로미터 운영 소프트웨어	Bruker	환상 64