Artykuł metodologiczny

Eksperymenty nad smarowaniem ultradźwiękowym przy użyciu trybometru wspomaganego piezoelektrycznie i profilometru optycznego

DOI:

10.3791/52931

28 września 2015

W tym artykule

Podsumowanie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiamy protokół użycia trybometru wspomaganego piezoelektrycznie i profilometru optycznego do zbadania zależności zużycia ultradźwiękowego i redukcji tarcia od prędkości liniowej, nacisku kontaktowego i właściwości powierzchni.

Streszczenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tarcie i zużycie są szkodliwe dla systemów inżynieryjnych. Smarowanie ultradźwiękowe uzyskuje się, gdy powierzchnia styku między dwiema powierzchniami ślizgowymi jest wibrukowana z częstotliwością powyżej zakresu akustycznego (20 kHz). Jako technologia półprzewodnikowa, smarowanie ultradźwiękowe może być stosowane tam, gdzie konwencjonalne smary są niewykonalne lub niepożądane. Ponadto smarowanie ultradźwiękowe pozwala na elektryczną modulację efektywnego współczynnika tarcia między dwiema powierzchniami ślizgowymi. Ta właściwość umożliwia układom adaptacyjnym, które modyfikują swój stan tarcia i związaną z nim reakcję dynamiczną wraz ze zmianą warunków pracy. Zużycie powierzchni można również zmniejszyć poprzez smarowanie ultradźwiękowe. Opracowaliśmy protokół do zbadania zależności redukcji siły tarcia i redukcji zużycia od prędkości poślizgu liniowego między powierzchniami smarowanymi ultradźwiękowo. Zbudowano tribometr typu pin-on-disc, który różni się od jednostek komercyjnych tym, że stos piezoelektryczny jest używany do wibrowania pinu z częstotliwością 22 kHz normalną do obracającej się powierzchni dysku. Wskaźniki tarcia i zużycia, w tym efektywna siła tarcia, utrata objętości i chropowatość powierzchni, są mierzone bez i z drganiami ultradźwiękowymi przy stałym ciśnieniu od 1 do 4 MPa i trzech różnych prędkościach poślizgu: 20,3, 40,6 i 87 mm/s. Profilometr optyczny służy do charakteryzowania powierzchni zużywalnych. Efektywna siła tarcia jest zmniejszona o 62% przy 20,3 mm/s. Zgodnie z istniejącymi teoriami smarowania ultradźwiękowego, procentowa redukcja siły tarcia zmniejsza się wraz ze wzrostem prędkości, aż do 29% redukcji siły tarcia przy 87 mm/s. Redukcja zużycia pozostaje zasadniczo stała (49%) przy trzech rozpatrywanych prędkościach.

Wprowadzenie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tarcie występuje na styku dwóch stykających się powierzchni, gdy ślizgają się lub toczą względem siebie. Tarcie zwykle występuje wraz ze zużyciem ściernym lub adhezyjnym. 1 Ultradźwięki to nauka zajmująca się zjawiskami o wysokiej częstotliwości, czyli falami rozchodzącymi się z częstotliwościami powyżej zakresu akustycznego (20 kHz). Dziedzina ultradźwięków obejmuje dwa zasadniczo różne reżimy. Jeden reżim obejmuje fale o niskiej intensywności, takie jak te wykorzystywane w procesach obrazowania, takich jak ultradźwięki medyczne lub nieniszcząca inspekcja konstrukcji. Drugi to reżim dużej mocy, w którym fale o wysokiej energii są wykorzystywane do wykonywania lub wspomagania procesów inżynieryjnych, takich jak spawanie tworzyw sztucznych i metali. Wykazano, że zastosowanie tego ostatniego rodzaju drgań ultradźwiękowych na styku dwóch powierzchni w styku ślizgowym zmniejsza efektywną siłę tarcia na styku. Zjawisko to jest znane jako smarowanie ultradźwiękowe.

Aby uzyskać smarowanie ultradźwiękowe między dwoma przesuwającymi się obiektami, muszą być między nimi ustalone względne wibracje o częstotliwościach ultradźwiękowych. Drgania są zwykle przykładane do jednego z dwóch obiektów, w kierunku wzdłużnym, poprzecznym lub prostopadłym w stosunku do prędkości ślizgu. W tym badaniu trzpień trybometru jest wyposażony w siłownik piezoelektryczny, dzięki czemu jego końcówka wibruje w kierunku prostopadłym do obracającej się tarczy tribometru. Materiały piezoelektryczne to klasa "inteligentnych" materiałów, które odkształcają się pod wpływem pól elektrycznych, wibrując z tą samą częstotliwością co pole wzbudzenia. Materiały piezoelektryczne mogą wibrować z częstotliwościami mieszczącymi się w zakresie MHz. Nakładając się na prędkość makroskopową, drgania ultradźwiękowe powodują zmianę kierunku chwilowej siły tarcia i kontaktu między powierzchniami, co w połączeniu prowadzi do zmniejszenia efektywnej siły tarcia i zużycia powierzchni.

Ultradźwiękowa redukcja tarcia została zademonstrowana w praktycznych systemach produkcyjnych. Na przykład technologia ta została wykorzystana do zmniejszenia siły między narzędziem a obrabianym przedmiotem w procesach obróbki i formowania metali, takich jak wiercenie, prasowanie, walcowanie blach i ciągnienie drutu. Korzyści obejmują lepsze wykończenie powierzchni2 oraz zmniejszone zapotrzebowanie na drogie i szkodliwe dla środowiska detergenty do usuwania smarów z produktu końcowego. Istnieją również potencjalne zastosowania smarowania ultradźwiękowego w innych obszarach. Na przykład smarowanie ultradźwiękowe może znacznie poprawić wrażenia użytkownika w produktach do higieny osobistej, eliminując potrzebę stosowania smarów lub powłok. W zastosowaniach samochodowych modulacja tarcia może poprawić wydajność przegubów kulowych, podczas gdy redukcja tarcia między siedzeniami pojazdu a szynami ułatwia ruch siedzenia, oszczędzając przestrzeń i masę, które w przeciwnym razie byłyby zajmowane przez tradycyjne komponenty i mechanizmy. Smarowanie ultradźwiękowe może również przyczynić się do poprawy efektywności paliwowej poprzez zmniejszenie tarcia w układzie napędowym i zawieszeniu. 3 W zastosowaniach kosmicznych, w których nie można stosować tradycyjnych smarów, smarowanie ultradźwiękowe może być stosowane w celu zmniejszenia zużycia i znacznego wydłużenia żywotności krytycznych komponentów.

Laboratoryjne demonstracje redukcji tarcia za pomocą smarowania ultradźwiękowego są liczne. Redukcja tarcia jest określana ilościowo jako różnica między siłą tarcia mierzoną bez smarowania ultradźwiękowego a siłą tarcia przy zastosowanych drganiach ultradźwiękowych. W obu przypadkach siła tarcia jest mierzona bezpośrednio za pomocą czujników siły. Littmann i wsp. 4-5 połączyli siłownik napędzany piezoelektrycznie z suwakiem, na którym zainstalowano czujnik siły i ramę do pomiaru sił tarcia i przykładania normalnych obciążeń. Zastosowano siłownik pneumatyczny do przesuwania suwaka wraz z siłownikiem po szynie prowadzącej. Drgania ultradźwiękowe zastosowano w kierunku podłużnym do prędkości poślizgu. Bharadwaj i Dapino6-7 przeprowadzili podobne eksperymenty przy użyciu piezoelektrycznego siłownika kominowego podłączonego do stożkowego falowodu na obu końcach stosu. Kontakty odbywały się między sferycznymi krawędziami stożków a powierzchnią szyny prowadzącej. Zbadano wpływ parametrów systemu, takich jak sztywność styku, obciążenie normalne i sztywność globalna. Kumar i Hutchings8 zainstalowali szpilkę na sonotrodzie, która była zasilana przez przetwornik ultradźwiękowy. Generowane były drgania ultradźwiękowe, które przenoszono na sworzeń, który stykał się z powierzchnią ze stali narzędziowej. Normalna siła była przykładana przez siłownik pneumatyczny i mierzona przez ogniwo obciążnikowe. Ruch względny między sworzniem a tarczą został wytworzony przez stół posuwisto-zwrotny.

Pohlman i Lehfeldt9 również przeprowadzili eksperyment z przypinką na dysku. W przeciwieństwie do innych badań, wykorzystali przetwornik magnetostrykcyjny do generowania drgań ultradźwiękowych. Aby zbadać optymalny kierunek redukcji tarcia ultradźwiękowego, przetwornik został starannie ustawiony tak, aby kierunek drgań był wzdłużny, poprzeczny i pionowy do prędkości makroskopowej. Badali oni ultradźwiękową redukcję tarcia zarówno na suchych, jak i smarowanych powierzchniach. Popov i wsp.10 wykorzystali siłownik ze stożkowymi falowodami. Siłownik został umieszczony w kontakcie z obracającą się płytą podstawy. Stożki wykonane z dziewięciu materiałów o różnej twardości zostały przyjęte do badania wpływu twardości materiału na redukcję tarcia ultradźwiękowego. Dong i Dapino11-13 wykorzystali przetwornik piezoelektryczny do generowania i przesyłania drgań ultradźwiękowych do pryzmatycznego falowodu o zaokrąglonych krawędziach. Drgania wzdłużne powodują drgania pionowe z powodu efektu Poissona. Suwak z zakrzywionym wierzchołkiem został umieszczony pod falowodem i stykał się z nim. Zbudowano ramę, aby przyłożyć siły normalne na styku. Suwak został przeciągnięty ręcznie wokół środkowego obszaru falowodu; Siła tarcia była mierzona przez ogniwo obciążnikowe, które było połączone z suwakiem.

Redukcja zużycia wywołana ultradźwiękami została również zbadana i zademonstrowana. Utrata objętości, utrata masy i zmiany chropowatości powierzchni są wykorzystywane do ilościowego określenia stopnia zużycia. Chowdhury i Helali14 wprawiali w wibracje obracający się dysk w układzie kołek na dysku. Drgania były generowane przez konstrukcję nośną składającą się z dwóch równoległych płyt umieszczonych pod obracającą się tarczą. Górna płyta ma kulistą kulkę zainstalowaną poza środkiem na dolnej powierzchni, która wsuwa się w szczelinę, która została wygrawerowana na górnej powierzchni dolnej płyty. Rowek został obrobiony z okresowo zmienną głębokością, dzięki czemu górna płyta porusza się pionowo podczas obrotu. Częstotliwości wahały się w granicach 100 Hz w zależności od prędkości obrotowej.

Bryant i York15-16 badali wpływ mikrowibracji na redukcję zużycia. Umieścili oni cylinder węglowy przez uchwyt, którego jeden koniec spoczywał na obracającym się stalowym krążku, a drugi koniec był połączony ze sprężyną śrubową. W jednym przypadku cylinder był dobrze dopasowany do uchwytu, dzięki czemu nie było miejsca na wibracje. W innych przypadkach pozostawiono luzy, aby umożliwić mikrodrgania cylindra, gdy cylinder stykał się z obracającą się tarczą. Ubytek masy cylindra został zmierzony w celu obliczenia wskaźnika zużycia. Wykazano, że samodzielnie generowane mikrowibracje pomogły zmniejszyć zużycie nawet o 50%.

Goto i Ashida17-18 również przyjęły eksperyment z przypinką na dysku. Połączyli próbki pinów z przetwornikiem za pomocą stożkowego stożka i tuby. Kołek wibrował w kierunku prostopadłym do powierzchni tarczy. Masa została podłączona do przetwornika na jego górze w celu przyłożenia normalnych obciążeń. Siły tarcia zostały przeniesione z momentu obrotowego, który został przyłożony do obrócenia tarczy. Zużycie zostało zidentyfikowane jako adhezyjne, ponieważ zarówno sworzeń, jak i tarcza były wykonane ze stali węglowej. Wskaźniki zużycia obliczono na podstawie pomiarów utraty objętości.

Wykazano, że prędkość liniowa odgrywa ważną rolę w smarowaniu ultradźwiękowym. Eksperymentalny komponent tych badań koncentruje się na zależności tarcia i redukcji zużycia od prędkości liniowej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Rozwój zmodyfikowanego trybometru

  1. Zainstaluj podsystem uchwyt-silnik.
    1. Tabela izolacji drgań poziomu. Umieść silnik prądu stałego na stole; Wypoziomuj silnik za pomocą podkładek regulacyjnych i przymocuj go za pomocą rozpórek i. Umieść ramę nośną wokół silnika.
    2. Podłącz wał wielowypustowy do wału silnika za pomocą klucza. Umieść płytę nośną na ramie z wałem wielowypustowym przechodzącym przez otwór w płycie. Ustawić łożysko igiełkowe wzdłużne na płycie nośnej i wokół wału wielowypustowego. Nasmaruj łożysko płynami chłodząco-smarującymi.
    3. Podłącz wał wielowypustowy do uchwytu przez płytę adaptera, która ma z jednej strony sprzęgło wału wielowypustowego, a po drugiej stronie układ uchwytu. W tym momencie uchwyt jest podtrzymywany przez ramę przez łożysko oporowe i połączony z silnikiem przez płytę adaptera.
  2. Zainstaluj zespół gymbal.
    1. Zbuduj ramę nośną za pomocą rozpórek ceownika w kształcie litery U, wsporników i. Użyj czterech długich rozpórek jako filarów i użyj trzech krótszych jako belek poprzecznych.
    2. Przymocuj cztery filary do stołu wibroizolacyjnego za pomocą wsporników i. Połącz zespół gymbal ze środkową belką poprzeczną za pomocą i nakrętek.
    3. Zainstaluj poziomo zorientowany czujnik wagowy w zespole gymbal; sztywno połącz jedną stronę ogniwa obciążnikowego z ramą zespołu gymbal, jednocześnie łącząc drugą stronę z ramieniem gymbal za pomocą drutu.
  3. Zmontuj siłownik piezoelektryczny.
    1. Włóż 3 cale długiego, w pełni gwintowanego pręta przez otwór stosu piezoelektrycznego; umieść jedną podkładkę i jedną nakrętkę na każdym końcu stosu; pozostaw około 1/8 cala gwintu wystającego z końca jednej nakrętki.
    2. Dokręć nakrętki na obu końcach, aby utworzyć napięcie wstępne w stosie. Połącz długie, odsłonięte gwinty z ramieniem gimnastycznym za pomocą nakrętek i podkładek. Nakręć nakrętkę żołędziową na drugi koniec siłownika piezologicznego i włóż tarczę do uchwytu (ta nakrętka żołędziowa i tarcza są używane do celów konfiguracyjnych, a nie do testowania).
    3. Dostosuj wysokość zespołu gymbal tak, aby nakrętka żołędziowa stykała się z górną częścią dysku, a ramię gymbal było wypoziomowane.
    4. Dostosuj położenie zespołu gimnastycznego tak, aby punkt styku między nakrętką żołędziową a tarczą znajdował się około 25 mm od środka obrotu tarczy. Dokręć wszystkie w ustawieniu, aby zapewnić stabilność.
  4. Skonfiguruj podsystemy generowania sygnału, wzmacniania sygnału i akwizycji danych.
    1. Podłącz system akwizycji danych do komputera laboratoryjnego. Podłącz wyjście generatora sygnału do wejścia wzmacniacza elektrycznego. Połącz wyjście wzmacniacza z przewodami wejściowymi stosu piezoelektrycznego. Podłącz amplifier monitory do systemu akwizycji danych.
    2. Podłącz ogniwo obciążnikowe do kondycjonera sygnału, a następnie podłącz wyjście kondycjonera sygnału do systemu akwizycji danych.
  5. Dodatkowa konfiguracja.
    1. Podłącz wąż powietrzny do powietrza w sklepie. Przymocuj koniec węża do ramy tak, aby jego wylot był skierowany na siłownik piezoelektryczny. Przyklej końcówkę termopary do siłownika piezo. Podłącz przewody termopary do czytnika; Zawieś czytnik na ramie.

2. Przygotowanie do testu

  1. Skalibruj prędkość obrotową silnika.
    1. Przymocuj magnes do krawędzi uchwytu. Umieść sondę Halla blisko uchwytu. Podłącz wyjście sondy Halla do gaussmetru, który jest podłączony do systemu akwizycji danych.
    2. Otwórz oprogramowanie do akwizycji danych i rozpocznij akwizycję danych. Włącz silnik; Przekręć pokrętło prędkości sterownika silnika na 10 (najniższa prędkość obrotowa zapewniana przez silnik). Po obróceniu się silnika o 10 obrotów wyłącz silnik. Zakończ pobieranie danych.
    3. Przeanalizuj zapisane dane; czas pomiędzy dwoma szczytami sygnału wyjściowego z gaussmetru to czas na obrócenie silnika o jeden pełny obrót.
    4. Obróć pokrętło od 10 do 100 (najwyższa prędkość obrotowa zapewniana przez silnik) w krokach co 10; powtórz kroki od 2.1.2 do 2.1.3.
  2. Umieść podkładkę czujnika obciążenia między nakrętką żołędziową a tarczą, aby zmierzyć normalną siłę na interfejsie. Dokładnie obrobić powierzchnię tarcz testowych za pomocą tokarki.
  3. Oczyść nakrętkę żołędziową i tarczę, które mają być testowane bezpośrednio przed testem.
    1. Załóż plastikowe rękawiczki i maskę na twarz. Przygotuj kawałki chusteczek laboratoryjnych; Złóż je w kwadraty o średnicy 1 cala. Rozpyl etanol na kwadraty tkanki; Delikatnie przetrzyj nimi powierzchnię nakrętki żołędziowej i krążka.
  4. Zamontuj czystą nakrętkę żołędziową i dysk.
    1. Nakręcić nakrętkę żołędziową na siłownik piezoelektryczny, dokręcić ją kluczem płaskim. Włóż dysk do uchwytu; Dostosuj pozycję, aby upewnić się, że końcówka nakrętki żołędziowej styka się z powierzchnią tarczy.
    2. Wyrównaj górną powierzchnię dysku i ramię gimnastyczne. Dokręć uchwyt tak, aby tarcza była mocno trzymana.
  5. Zmierz bicie obrotu tarczy.
    1. Zainstaluj laserowy czujnik przemieszczenia w oprawie i umieść urządzenie obok trybometru. Dostosuj wysokość i kąt czujnika tak, aby tarcza znajdowała się w zasięgu czujnika, a wiązka laserowa była normalna do tarczy.
    2. Podłącz wyjście czujnika do systemu akwizycji danych. Rozpocznij pobieranie danych. Włącz silnik i obróć tarczę o 10 obrotów; Wyłącz silnik. Zakończ pobieranie danych.

3. Wykonaj testowanie

  1. Testy z wibracjami ultradźwiękowymi.
    1. Zawieś ciężar 2 N na jednym haku, który łączy się z ramieniem gimnastycznym za pomocą drutu i dwóch kół pasowych. Ciężarek służy do przyłożenia normalnego obciążenia między nakrętką żołędziową a tarczą.
    2. Zawieś kolejny ciężar 2 N na drugim haku, który łączy się z ramieniem gimnastycznym, aby zapewnić poziome naprężenie wstępne ogniwa obciążnikowego.
    3. Ustaw generator sygnału tak, aby dostarczał ciągły sygnał sinusoidalny z przesunięciem DC 3 V, amplitudą 3 V i częstotliwością 22 kHz (częstotliwość rezonansowa piezosiłownika). Należy pamiętać, że przesunięcie 3 V służy do zapobiegania naprężeniom w siłowniku piezoelektrycznym.
    4. Rozpocznij akwizycję danych (zmniejszona siła tarcia). Włącz amplifier i przekręć pokrętło gain na 15, co odpowiada rzeczywistemu wzmocnieniu 4,67 (liczby na pokrętle gain są dowolne).
    5. Włącz silnik; ustaw prędkość obrotową na 6,67 obr./min, aby zapewnić prędkość liniową 20,3 mm/s. Uruchom test na 4 godziny.
    6. Wyłącz silnik i amplifier, a następnie zatrzymaj pobieranie danych. Zdejmij testowaną nakrętkę żołędziową i krążek z zestawu; Powtórz kroki od 2.3 do 2.5, aby zainstalować nową nakrętkę żołędziową i dysk.
    7. Powtórz kroki od 3.1.1 do 3.1.6. W kroku 3.1.5 ustaw prędkość obrotową na 13,3 obr./min i 28,7 obr./min, aby zapewnić prędkości liniowe odpowiednio 40,6 mm/s i 87 mm/s; Uruchom testy odpowiednio przez 2 i 0,94 godziny.
  2. Testy bez wibracji ultradźwiękowych.
    1. Powtórz krok 3.1.6, aby wymienić nakrętki i krążki żołędziowe. Powtórz kroki od 3.1.1 do 3.1.6 przy wyłączonym generatorze sygnału i wzmacniaczu sygnału (mierzone tarcie to tarcie wewnętrzne).

4. Pomiary profilometru optycznego

  1. Przygotowanie do pomiaru
    1. Wyczyść dyski bezpośrednio przed pomiarami, wykonując krok 2.3. Wykonaj osiem równomiernie rozmieszczonych znaków wokół krawędzi dysku. Otwórz oprogramowanie profilometru.
    2. Podnieś soczewkę tak, aby był wystarczający odstęp między soczewką a sample platforma. Wypoziomuj platformę próbki. Umieść kawałek chusteczki laboratoryjnej na platformie.
    3. Delikatnie umieścić próbkę na wierzchu tkanki tak, aby jeden z ośmiu znaków był skierowany do przodu profilometru.
  2. Ustawienia pomiaru.
    1. Wybierz VSI (Interferometria ze skanowaniem pionowym) jako typ przetwarzania. Wybierz obiektyw 5X, aby uzyskać duże pole widzenia i ogólny kształt. Wybierz powiększenie 0,55x, aby uzyskać obszar skanowania 1,8 mm na 2,4 mm.
    2. Wybierz prędkość skanowania 1X. Ustaw zakres skanowania od -100 m do 100 m. Przesuń obiektyw w dół w kierunku próbki, aż na ekranie pojawi się rozmazany obraz. Dostosuj wysokość obiektywu, aż obraz będzie wyraźny.
    3. Wybierz 2 jako liczbę skanów do uśrednienia dla każdego pomiaru. Kliknij przycisk pomiaru.
  3. Procedury popomiarowe.
    1. Użyj receptury wizyjnej zdefiniowanej w oprogramowaniu, aby skorygować surowy obraz pod kątem nachylenia całej próbki. Otwórz przybornik analizy w oprogramowaniu.
    2. Uzyskaj zmierzone wartości chropowatości z pozycji "Podstawowe statystyki". Uzyskaj zmierzoną utratę objętości blizny po zużyciu w obszarze skanowania z pozycji "Objętość".
    3. Zapisz obrazy profili 1D w kierunkach x i y, profil 2D, profil 3D, a także tabelę wartości chropowatości. Obróć sample zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż następny znak będzie skierowany w stronę przodu profilometru.
  4. Powtórz kroki od 4.2 do 4.3 dla pozostałych 7 znaków.
  5. Powtórz kroki od 4.1 do 4.4 na wszystkich sześciu płytach.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Reprezentatywne pomiary przedstawione tutaj zostały uzyskane z zmodyfikowanego trybometru pokazanego na rysunku 1. Siłownik piezoelektryczny generuje drgania o amplitudzie 2,5 μm przy częstotliwości 22 kHz. Aby zbadać zależność tarcia i redukcji zużycia od prędkości liniowej, do tarczy zastosowano trzy różne prędkości (20,3, 40,6 i 87 mm/s) poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika. Dla wszystkich trzech grup liczba obrotów tarczy i droga przesuwu sworznia zostały wybrane odpowiednio jako 1.600 i 292,5 ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Eksperymenty przeprowadzono przy użyciu tego protokołu w celu zbadania wpływu prędkości liniowej na tarcie ultradźwiękowe i redukcję zużycia. Pomiary pokazują, że drgania ultradźwiękowe skutecznie zmniejszają tarcie i zużycie przy trzech prędkościach liniowych. Zgodnie z wcześniejszymi obserwacjami, stopień redukcji tarcia zmniejsza się z 62,2% przy 20,3 mm/s do 29,3% przy 87 mm/s. Redukcja zużycia jest znikoma przy zmianie prędkości liniowej (od 45,8% do 48,6%).

Właściwości materiału, takie j...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy chcieliby podziękować Timowi Krantzowi z NASA, Glennowi i Duane'owi Detwilerowi z działu badań i rozwoju Hondy za ich wsparcie techniczne i wkład rzeczowy. Wsparcia finansowego dla tych badań udzieliły organizacje członkowskie Smart Vehicle Concepts Center (www.SmartVehicleCenter.org), National Science Foundation Industry/University Cooperative Research Center (I/UCRC). S.D. jest wspierany przez stypendium Smart Vehicle Concepts Graduate Fellowship oraz stypendium uniwersyteckie z The Ohio State University Graduate School.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Silnik prądu stałego Minarik SL14
Wzmacniacz elektrycznyAE TechronLVC5050
Kondycjoner sygnału Vishay Measurements Group2310
Generator sygnałuAgilent 33120A
Stos piezoelektrycznyEDO corporationEP200-62
Techniki przetwornikówogniw obciążnikowychMLP-50
Podkładka czujnika obciążeniaFlexiForceA201
Miernik laserowyKeyence corporation LK-G32
Sonda Halla i gausmetrWalker Scientific, Inc.MG-4D
Moduł akwizycji danychFizyka danychQuattro
Oprogramowanie do akwizycji danychFizyka danychSignalCalc Ace
Czytnik termoparOmegaHH22
Profilometr optycznyOprogramowanie operacyjne BrukerContour GT
ProfilometrBruker Wizja 64

Bibliografia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bhushan, B. Introduction to tribology. , John Wiley & Sons. New York. (2002).
  2. Severdenko, V., Klubovich, V., Stepanenko, A. Ultrasonic rolling and drawing of metals. , Consultants Bureau. New York and London. (1972).
  3. Taylor, R., Coy, R. Improved fuel efficiency by lubricant design: a review. Proc. Instit. Mech. Eng., Part J: J Eng. Tribol. 214 (1), 1-15 (2000).
  4. Littmann, W., Storck, H., Wallaschek, J. Sliding friction in the presence of ultrasonic oscillations: superposition of longitudinal oscillations. Arch. Appl. Mech. 71 (8), 549-554 (2001).
  5. Littmann, W., Storck, H., Wallaschek, J. Reduction in friction using piezoelectrically excited ultrasonic vibrations. Proc. SPIE. 4331, (2001).
  6. Bharadwaj, S., Dapino, M. J. Friction control in automotive seat belt systems by piezoelectrically generated ultrasonic vibrations. Proc. SPIE. 7645, 7645E(2010).
  7. Bharadwaj, S., Dapino, M. J. Effect of load on active friction control using ultrasonic vibrations. Proc. SPIE. 7290, 7290G(2010).
  8. Kumar, V., Hutchings, I. Reduction of the sliding friction of metals by the application of longitudinal or transverse ultrasonic vibration. Tribol. Int. 37 (10), 833-840 (2004).
  9. Pohlman, R., Lehfeldt, E. Influence of ultrasonic vibration on metallic friction. Ultrasonics. 4 (4), 178-185 (1966).
  10. Popov, V., Starcevic, J., Filippov, A. Influence of Ultrasonic In-Plane Oscillations on Static and Sliding Friction and Intrinsic Length Scale of Dry Friction Processes. Tribol. Lett. 39 (1), 25-30 (2010).
  11. Dong, S., Dapino, M. J. Piezoelectrically-induced ultrasonic lubrication by way of Poisson effect. Proc. SPIE. 8343, 83430L(2012).
  12. Dong, S., Dapino, M. J. Elastic-plastic cube model for ultrasonic friction reduction via Poisson effect. Ultrasonics. 54 (1), 343-350 (2014).
  13. Dong, S., Dapino, M. J. Wear Reduction Through Piezoelectrically-Assisted Ultrasonic Lubrication. Smart. Mater. Struct. 23 (10), 104005(2014).
  14. Chowdhury, M., Helali, M. The effect of frequency of vibration and humidity on the wear rate. Wear. 262 (1-2), 198-203 (2014).
  15. Bryant, M., Tewari, A., York, D. Effect of Micro (rocking) vibrations and surface waviness on wear and wear debris. Wear. 216 (1), 60-69 (1998).
  16. Bryant, M., York, D. Measurements and correlations of slider vibrations and wear. J. Tribol. 122 (1), 374-380 (2000).
  17. Goto, H., Ashida, M., Terauchi, Y. Effect of ultrasonic vibration on the wear characteristics of a carbon steel: analysis of the wear mechanism. Wear. 94, 13-27 (1984).
  18. Goto, H., Ashida, M., Terauchi, Y. Wear behaviour of a carbon steel subjected to an ultrasonic vibration effect superimposed on a static contact load. Wear. 110 (2), 169-181 (1986).
  19. Robinowicz, E. The friction and wear of materials. , Wiley. New Jersey. (1965).
  20. Bowden, F., Freitag, E. The friction of solids at very high speeds. Proc. R. Soc. A. 248 (1254), 350-367 (1985).
  21. Burwell, J., Rabinowicz, E. The nature of the coefficient of friction. J. Appl. Phys. 24 (2), 136-139 (1953).
  22. Cocks, M. Interaction of sliding metal surfaces. J. Appl. Phys. 33 (7), 2152-2161 (1962).
  23. Rusinko, A. Ultrasound and Irrecoverable Deformation in Metals. , LAP Lambert Academic Publishing. Saarbrücken. (2012).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Tribometr typu pin on discaktuator piezoelektrycznyredukcja si y tarciaubytek obj to ci wskutek zu yciapomiar chropowato ci powierzchniliniowa pr dko po lizguprzy o enie obci enia normalnegocz stotliwo drga 22 kHz

Powiązane artykuły