Tribometar tipa uzorak-na-disku
CNC tribometar tipa uzorak-na-disku razvijen je za potrebe ispitivanja statičkog i dinamičkog ponašanja koeficijenta trenja u širokom rasponu radnih parametara i za razne frikcijske materijale.
Za danu primjenu vezanu uz trenje suhe dvostruke spojke, frikcijski uzorak (1) pripremljen je izrezivanjem komada dimenzija 20x20x4 mm iz tarne ploče spojke. Uzorak je smješten u nosač (2) povezan s troosnim piezoelektričnim senzorom sile tvrtke Kistler (3), koji mjeri normalnu silu i dvije horizontalne sile. Nosač je izrađen od toplinski izolacijskog materijala kako bi se spriječilo da znatan toplinski tok dosegne senzor sile. Temperature uzorka i senzora sile mjere se termoparovima (4).
Frikcijski uzorak sa senzorom sile može se gibati u okomitom smjeru pogonjen modulom električnog servo motora s navojnim vretenom (5). Gibanje vertikalne osi upravlja se regulatorom okomite sile s ciljem preciznog podešavanja normalne sile uzorka. Kako bi se prigušile oscilacije normalne sile uzrokovane neravninama površine diska, razvijen je sustav lisnatih opruga (6) smješten između sklopa uzorka sa senzorom sile i navojnog vretena.
Ispitni disk (7) izrađen je izrezivanjem potisne ploče prethodno rastavljene spojke na odgovarajuće dimenzije, te je pričvršćen na rotirajući stol (8) koji uključuje električni grijač. U kombinaciji sa PT sondom (9) kao senzorom temperature ugrađenom u disk, omogućeno je brzo i precizno zagrijavanje pričvršćenog ispitnog diska. Termoizolacijski disk (10) smješten je između stola i nosača stola (11) kako bi se spriječilo/minimiziralo zagrijavanje ostatka rotacijske osi. Stol je pogonjen električnim servomotorom (12) preko zupčastog remena (13) koji je upravljan regulatorom brzine vrtnje kako bi se precizno podesila brzina klizanja između uzorka i stola. Precizni enkoder (14) pričvršćen je na osovinu rotacijskog stola za potrebe neposrednog mjerenja brzine klizanja.
Ugrađena su dva zasebna sustava kliznih prstenova: napojni klizni prsten (15) koji spaja grijač u rotirajućem stolu s pretvaračem, te podatkovni klizni prsten (16), tvrtke HBM, koji spaja PT sondu sa sustavom upravljanja. Na ovaj način omogućena je precizna regulacija temperature diska tijekom čitavog testa.
Klima uređaj (17) prigrađen je na komoru tribometra, kako bi se omogućilo izvođenje pokusa na sniženim temperaturama te dulje izvođenje pokusa na povišenim temperaturama.
Tribometar također uključuje izravni linearni servopogon (18), koji u alternativnoj konfiguraciji tribometra omogućuje preciznu regulaciju pravocrtnog gibanja stola u širokom rasponu brzina (za istu vertikalnu os sa frikcijskim uzorkom).
Upravljački i nadzorni sustav izgrađen je na bazi industrijskog PC-a (19).
- 1) Normalnih sila: 6 do 100 N ili 6 do 1000 N (ovisno o odabranom rasponu na pojačalo senzora sile, utječe na preciznost mjerenja)
- 2) Najveća brzina rotacijske osi: 6000 rpm
- 3) Snaga motora rotacijske osi
- Prirodno hlađenje: 1.3 kW (2.1 Nm)
- Vodeno hlađenje: 6.2 kW (9.8 Nm) - 4) Mogući prijenosni odnosi remenice: 1:1 ili 1:3
- 5) Najveća brzina klizanja linearne osi: 2 m/s
- 6) Najveće ubrzanje linearne osi: 56 m/s2
- 7) Raspon temperatura: 0 do 250°C
1 – Frikcijski uzorak
2 – Nosač uzorka
3 – Troosni piezoelektrični senzor sile
4 – Vodovi termoparova
5 – Električni servomotor s navojnim vretenom
6 – Lisnate opruge
7 – Ispitni disk
8 – Rotirajući stol
9 – PT sonda
10 – Termoizolacijski disk
11 – Nosač stola
12 – Električni servomotor pogona stola
13 – Remenski prijenosnik
14 – Enkoder rotirajućeg stola
15 – Napojni klizni prsten
16 – Podatkovni klizni prsten
17 – Klima uređaj
18 – Linearni servomotor
19 – Industrijski PC
Video 1. Kratki video zapis tipičnog pokusa
Publications
-
Kupplungen und Kupplungssysteme in Antrieben 2019, Ettlingen bei Karlsruhe, Germany, 2019. -
Design of a Pin-on-disc-type CNC Tribometer Including an Automotive Dry Clutch Application
Mechatronics, Vol. 40, pp. 220-232, 2016. -
Experimental Characterization and Modeling of Dry Dual Clutch Wear
SAE paper #2014-01-1773, SAE International Journal of Passenger Cars - Mechanical Systems, Vol. 7, No. 1, pp. 326-337, 2014. -
Design of Normal Force Control System for a Pin-on-Disk Tribometer including Active and Passive Suppression of Vertical Vibrations
Automatika , Vol. 54, No. 3, pp. 364-375, 2013. -
Experimental Characterization and Modeling of Dry Dual Clutch Thermal Expansion Effects
SAE paper #2013-01-0818, SAE International Journal of Passenger Cars - Mechanical Systems, Vol. 6, No. 2, pp. 775-785, 2013. -
Normal Force Control for a Pin-On-Disk Tribometer Including Active or Passive Suppression of Vertical Vibrations
Proceedings of 2012 IEEE Multi-Conference on Systems and Control (2012 IEEE MSC), pp. 488-493, Dubrovnik, Croatia, 2012. -
Experimental Identification and Modeling of Dynamic Tire Friction Potential on Slippery Surfaces
XIX IAVSD Symposium, Berkeley, CA, 2007. -
Experimental Identification of Dynamic Tire Friction Potential on Ice Surfaces
XIX IAVSD Symposium, Milan, Italy, Aug/Sep 2005; Aug/Sep 2005; Vehicle System Dynamics, Vol. 44, Supplement 1, pp. 93-103, 2006.