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

Podsumowanie

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

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

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 wykonywa....

Protokół

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 s....

Wyniki

Reprezentatywne pomiary przedstawione w niniejszym opracowaniu uzyskano za pomocą zmodyfikowanego tribometru pokazanego na Rysunku 1. Aktuator piezoelektryczny generuje wibracje o amplitudzie 2.5 μm przy częstotliwości 22 kHz. Aby zbadać zależność redukcji tarcia i zużycia od prędkości liniowej, zastosowano trzy różne prędkości (20.3, 40.6 i 87 mm/sec) tarczy poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika. Dla wszystkich trzech grup liczbę obrotów tarczy oraz drogę przebycia trzpienia ustalono odpowiednio na.......

Dyskusja

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.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Silnik prądu stałego	Minarik	SL14
Wzmacniacz elektryczny	AE Techron	LVC5050
Kondycjoner sygnału	Vishay Measurements Group	2310
Generator sygnału	Agilent	33120A
Stos piezoelektryczny	EDO corporation	EP200-62
Techniki przetworników	ogniw obciążnikowych	MLP-50
Podkładka czujnika obciążenia	FlexiForce	A201
Miernik laserowy	Keyence corporation	LK-G32
Sonda Halla i gausmetr	Walker Scientific, Inc.	MG-4D
Moduł akwizycji danych	Fizyka danych	Quattro
Oprogramowanie do akwizycji danych	Fizyka danych	SignalCalc Ace
Czytnik termopar	Omega	HH22
Profilometr optyczny	Oprogramowanie operacyjne Bruker	Contour GT
Profilometr	Bruker	Wizja 64