Эксперименты по ультразвуковой смазки Использование пьезоэлектрически содействии Tribometer и оптических профилометром

Трение существует в границе раздела двух контактирующих поверхностей, когда они скользят или рулона относительно друг друга. Трение обычно происходит вместе с абразивным износом или липкой. ¹ Ультразвук является наука за высоких частот явлений, то есть волн, распространяющихся на частотах выше акустическом диапазоне (20 кГц). Поле ультразвука включает два принципиально различных режимов. Один режим включает в себя низкие интенсивности волны, подобные тем, используются в процессах обработки изображений, такие как УЗИ или медицинской неразрушающего контроля конструкций. Другой высокий режим питания, в котором высокоэнергетические волны используются для выполнения или оказания помощи технологических процессов, таких как сварка пластмасс и металлов. Было показано, что применение последнего вида ультразвуковых колебаний на границе раздела двух поверхностей в скользящем контакте уменьшает эффективную силу трения на поверхности раздела. Это явление известно как ультразвуковой смазки.

ДостигатьУльтразвуковой смазки между двумя скользящими объектов, относительные колебания в ультразвуковых частот должна быть установлена ​​между ними. Вибрации, как правило, применяется к одному из двух объектов, либо в продольных, поперечных или перпендикулярном направлении по отношению к скорости скольжения. В этом исследовании ПИН трибометр в снабжен пьезоэлектрического привода так, чтобы его кончик вибрирует в направлении, перпендикулярном к вращающемуся диску Трибометр в. Пьезоэлектрические материалы представляют собой класс "интеллектуальных" материалов, которые искажают при воздействии электрического поля, вибрирует на той же частоте, что и поле возбуждения. Пьезоэлектрические материалы могут вибрировать на частотах хорошо в диапазоне МГц. Накладывается на макроскопической скорости, ультразвуковые колебания имеют эффект изменения направления мгновенной силы трения и контакта между поверхностями, которые в сочетании приводит к снижению эффективной силы трения и износа поверхности. </p>

Снижение трения Ультразвуковой была продемонстрирована в практических производственных систем. Например, эта технология была использована, чтобы уменьшить силу между инструментом и обрабатываемой деталью в механической обработке металлов и формирования процессов, таких как бурение, прессование, прокатка листа, и волочения проволоки. Преимущества включают улучшенную обработку поверхности ^{2 и} уменьшение потребности в дорогих и экологически вредных моющих средств для удаления смазки из конечного продукта. Есть потенциальные применения ультразвуковой смазки и в других областях, а также. Например, ультразвуковой смазки может существенно повысить эффективность работы пользователей в личных медицинских изделий, устраняя необходимость смазки или покрытий. В автомобильных приложений, модуляция трение может повысить производительность шаровых шарниров в то время как снижение трения между сидений транспортных средств и рельсов облегчает движение сиденье, экономя пространство и массу, что в противном случае будет занято традиционных компонентов и mechaniSMS. Ультразвуковой смазки может также помочь улучшить топливную экономичность за счет снижения трения в трансмиссии и подвесок. ³ в пространстве приложений, где традиционные смазочные материалы не могут быть использованы, ультразвуковой смазки могут быть использованы для уменьшения износа и значительно продлить срок службы важнейших компонентов.

Лабораторные демонстрации уменьшения трения через ультразвуковой смазки многочисленны. Уменьшение трения количественно как разность между измеренной силы трения без смазки и ультразвуковой силы трения посредством ультразвуковых колебаний, применяемых. В любом случае, сила трения измеряется непосредственно с датчиков силы. Литтманн др. ^4-5 подключен пьезоэлектрически-приводом привод на слайдер, на котором были установлены датчик силы и рамка для измерения силы трения и применения нормальных нагрузок. Пневматическим приводом была использована, чтобы подтолкнуть ползунок вместе с приводом вдоль направляющей. UltrasoniC колебания были применены в направлении продольной к скорости скольжения. Бхарадвадж и Dapino ^6-7 проведены аналогичные эксперименты с использованием пьезоэлектрическое исполнительное устройство стека, соединенный с конической волновода на обоих концах стопки. Контакты проходила между сферическими краев конусов и поверхностью направляющего рельса. Эффекты параметров системы, таких как контактный жесткости, нормальной нагрузке, и глобальной жесткости были изучены. Кумар и Хатчинс ⁸ установлен штифт на сонотродом который был под напряжением с помощью ультразвукового датчика. Ультразвуковые колебания были получены и переданы штифта, который был помещен в контакте с инструментом стальной поверхности. Нормальное усилие наносили пневматическим цилиндром и измеряется датчиком нагрузки. Относительное движение между штифтом и диском был создан таблице возвратно-поступательного.

Полман и Lehfeldt ^{9 также} реализован эксперимент пин-на-диска. В отличие от других исследований, они использовали magnetostrictив преобразователь, генерирующий ультразвуковые колебания. Для изучения оптимальное направление для уменьшения трения ультразвуковой преобразователь был тщательно выровнены так, что колебательная направление было продольная, поперечная, вертикальная и к макроскопической скорости. Они изучали сокращение ультразвуковой трения на сухой, так и смазанных поверхностей. Попов и др. ¹⁰ использовали привод с коническими волноводов. Привод был помещен в контакте с вращающейся опорной плите. Шишки из девяти материалов с различными твердости были приняты, чтобы изучить влияние твердости материала по сокращению ультразвуковой трения. Dong и Dapino ^11-13 используется пьезоэлектрический преобразователь, чтобы генерировать и передавать ультразвуковые колебания призматического волновода с закругленными краями. Продольная вибрация вызывает вертикальной вибрации из-за эффекта Пуассона. Слайдер с изогнутой верхней был помещен под и в контакте волновода. Кадр был построен, чтобы применить нормальные силы на контактной границе. Тон вытащил слайдер вручную вокруг центральной области волновода; сила трения измеряют с помощью датчика нагрузки, которая была соединена с ползунком.

Ультразвуком, вызванной снижение износа, также была исследована и доказана. Объем потерь, потери веса, и шероховатость поверхности изменяется используются для оценки тяжести wear.Chowdhury и Helali ¹⁴ вибрирует вращающийся диск в установке пин-на-диска. Вибрации были получены с помощью опорной конструкции двумя параллельными пластинами, расположенными под вращающимся диском. Верхняя пластина имеет сферический шарик, установленный со смещением от центра на нижней поверхности, которая скользит в пазу, который был выгравированы на верхней поверхности нижней пластины. Слот был изготовлен с периодически изменяемой глубиной, так что верхняя пластина перемещается вертикально во время вращения. Частоты в диапазоне около 100 Гц в соответствии с частотой вращения.

Брайант и Йорк ^15-16 изучали влияние микро-колебаний на жСнижение уха. Они вставили углерода цилиндр через держатель с одного конца опиралась на вращающийся стальной диск, а другой конец соединен с цилиндрической пружиной. В одном случае, цилиндр плотно установлены в держателе так, чтобы не было никакого места для вибрации. В других случаях, зазоры были оставлены, чтобы позволить микро-вибрации цилиндра, а цилиндр был в контакте с вращающегося диска. Потеря веса цилиндра, чтобы вычислить скорость износа. Было показано, что само генерируемые микро-вибрации помогло снизить износ до 50%.

Гото и Ashida ^17-18 также приняла эксперимент пин-на-диска. Они соединены образцы контактов с преобразователем с помощью конической конуса и рога. Штифт вибрирует в направлении, перпендикулярном к поверхности диска. Масса была связана с преобразователя на его верхней части для применения нормальные нагрузки. Силы трения были переведены с момента, который был применен для вращения диска. Износ был идентифицирован как клей, так как обаконтактный и диск были изготовлены из углеродистой стали. Носить ставки рассчитываются из измерений потерь объем.

Было показано, что линейная скорость играет важную роль в ультразвуковой смазки. Экспериментальная составляющая этого исследования фокусируется на зависимости уменьшения трения и износа на линейной скорости.