ITPI20120048A1 - EQUIPMENT TO REALIZE A FOOTPRINT IN A TRIBOLOGICAL SYSTEM - Google Patents
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Description
“APPARECCHIATURA PER REALIZZARE UN’IMPRONTA IN UN SISTEMA TRIBOLOGICO†, â € œEQUIPMENT TO MAKE AN IMPRINT IN A TRIBOLOGICAL SYSTEMâ €,
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Ambito dell’invenzione Scope of the invention
La presente invenzione riguarda il campo delle macchine impiegate per lo studio dei sistemi tribologici ed in particolare si riferisce ad un’apparecchiatura per realizzare un’impronta in un sistema tribologico comprendente almeno un primo ed un secondo corpo ed eventualmente misurare il coefficiente di attrito µ e l’usura k del sistema stesso. The present invention relates to the field of machines used for the study of tribological systems and in particular it refers to an apparatus for making an impression in a tribological system comprising at least a first and a second body and possibly measuring the coefficient of friction µ and the wear k of the system itself.
Descrizione della tecnica nota. Description of the prior art.
Come noto, la tribologia à ̈ la scienza che studia le interazioni fra le superfici in moto relativo tra loro. Essa comprende i fenomeni di attrito, lubrificazione, usura ed erosione. Comunemente si definisce tribosistema un sistema in cui sono presenti due corpi a contatto, sotto carico e in moto relativo, con la presenza eventualmente di un corpo interfacciale tra essi interposto. As known, tribology is the science that studies the interactions between surfaces in relative motion. It includes the phenomena of friction, lubrication, wear and erosion. A tribosystem is commonly defined as a system in which there are two bodies in contact, under load and in relative motion, possibly with the presence of an interfacial body interposed between them.
In un tribosistema avviene una dissipazione di energia per attrito e in genere il fenomeno à ̈ accompagnato dalla perdita di materia sottoforma di frammenti che innescano rotture, oppure causano danneggiamenti superficiali (usura). In a tribosystem there is a dissipation of energy by friction and in general the phenomenon is accompanied by the loss of matter in the form of fragments that trigger breakages, or cause surface damage (wear).
L’usura e l’attrito non sono quindi proprietà intrinseche di un materiale ma sono definite per un intero sistema tribologico. Wear and friction are therefore not intrinsic properties of a material but are defined for an entire tribological system.
Quando due corpi sono posti a contatto, le caratteristiche delle loro superfici determinano la natura dell’interazione, sia di tipo meccanico, con la formazione di un campo di sforzi e deformazioni nella regione di contatto, sia di tipo chimico-fisico. When two bodies are placed in contact, the characteristics of their surfaces determine the nature of the interaction, both of a mechanical type, with the formation of a field of stresses and deformations in the contact region, and of a chemical-physical type.
Sono note apparecchiature per realizzare un’impronta in un sistema tribologico comprendenti solitamente un primo corpo, ad esempio sferico, che viene impiegato per realizzare l’impronta su un provino realizzato in un materiale del quale si desiderano studiare i comportamenti in particolari condizioni e per misurare il coefficiente di attrito e l’usura sulla base dei dati rilevati. Apparatus for making an impression in a tribological system are known, usually comprising a first body, for example spherical, which is used to make the impression on a specimen made of a material whose behavior in particular conditions is to be studied and to measure the coefficient of friction and wear on the basis of the data collected.
Una apparecchiatura nota per la realizzazione di un’impronta su un corpo finalizzata alla misurazione del coefficiente di attrito e dell’usura in un sistema tribologico comprende un supporto per un primo corpo ed un supporto per un secondo corpo. A known apparatus for making an impression on a body aimed at measuring the coefficient of friction and wear in a tribological system comprises a support for a first body and a support for a second body.
Solitamente, uno dei due corpi à ̈ ruotato attorno ad un asse di rotazione mentre l’altro corpo à ̈ mantenuto fermo e sono previsti mezzi per mantenere in contatto il primo ed il secondo corpo. Inoltre, à ̈ previsto un dispositivo per applicare una forza ad uno dei suddetti corpi ed un dispositivo per misurare la forza esercitata tra le superfici dei suddetti corpi durante il moto dell’uno rispetto all’altro. Usually, one of the two bodies is rotated around an axis of rotation while the other body is kept still and means are provided to keep the first and second bodies in contact. Furthermore, a device is provided for applying a force to one of the aforesaid bodies and a device for measuring the force exerted between the surfaces of the aforesaid bodies during the motion of one with respect to the other.
Tuttavia, le apparecchiature note consentono di disporre un corpo rispetto all’altro solo in una, o due, posizioni relative e pertanto consentono di simulare e quindi studiare poche condizioni di esercizio di un sistema tribologico. However, the known apparatuses allow to arrange a body with respect to the other only in one or two relative positions and therefore allow to simulate and therefore study a few operating conditions of a tribological system.
Sintesi dell’invenzione Summary of the invention
È, quindi, scopo della presente invenzione fornire una apparecchiatura per realizzare un’impronta in un sistema tribologico che consenta di studiare differenti condizioni di esercizio di un sistema tribologico. Therefore, the aim of the present invention is to provide an apparatus for making an impression in a tribological system which allows to study different operating conditions of a tribological system.
È anche scopo della presente invenzione fornire una apparecchiatura per realizzare un’impronta in un sistema tribologico che consenta di misurare il coefficiente di attrito e l’usura con un elevato grado di precisione. It is also an object of the present invention to provide an apparatus for making an impression in a tribological system which allows to measure the coefficient of friction and wear with a high degree of precision.
È un ulteriore particolare della presente invenzione fornire una apparecchiatura per realizzare un’impronta in un sistema tribologico che consenta di posizionare con un elevato grado di precisione i corpi che compongono il sistema tribologico stesso. It is a further detail of the present invention to provide an apparatus for making an impression in a tribological system that allows the bodies that make up the tribological system to be positioned with a high degree of precision.
Questi ed altri scopi sono ottenuti da una apparecchiatura, secondo la presente invenzione, per realizzare un’impronta in un sistema tribologico comprendente almeno un primo ed un secondo corpo, detta apparecchiatura comprendendo: These and other objects are achieved by an apparatus, according to the present invention, for making an impression in a tribological system comprising at least a first and a second body, said apparatus comprising:
− mezzi di supporto atti a supportare detto primo corpo; ⠒support means adapted to support said first body;
− mezzi per provocare una rotazione di detto primo corpo attorno ad un primo asse di rotazione; means for causing a rotation of said first body around a first axis of rotation;
− mezzi di supporto atti a supportare detto secondo corpo; ⠒support means adapted to support said second body;
− mezzi per mantenere detto primo e detto secondo corpo in una condizione di mutuo contatto nella quale detto primo e detto secondo corpo sono atti ad esercitare una forza di intensità e direzione costante l’uno sull’altro; ⠒means for maintaining said first and said second bodies in a condition of mutual contact in which said first and said second bodies are capable of exerting a force of constant intensity and direction on each other;
la cui caratteristica principale e che sono, inoltre, previsti: whose main feature and which are also provided:
− mezzi per provocare una rotazione di detto secondo corpo attorno ad un secondo asse di rotazione ortogonale a detto primo asse di rotazione; means for causing a rotation of said second body around a second axis of rotation orthogonal to said first axis of rotation;
− mezzi di calibrazione atti a disporre il primo ed il secondo asse in una predeterminata posizione relativa prima di azionare i primi mezzi per provocare la rotazione del primo corpo attorno al primo asse di rotazione ed eventualmente i secondi mezzi per provocare la rotazione del secondo corpo attorno al secondo asse di rotazione. calibration means adapted to arrange the first and second axis in a predetermined relative position before activating the first means to cause the rotation of the first body about the first axis of rotation and possibly the second means to cause the rotation of the second body around the second axis of rotation.
Vantaggiosamente, detti mezzi per mantenere detto primo e detto secondo corpo in una condizione di mutuo contatto sono atti ad esercitare una forza avente intensità costante e diretta lungo una direzione parallela, o coincidente, con detto secondo asse. Advantageously, said means for maintaining said first and said second body in a condition of mutual contact are adapted to exert a force having a constant intensity and directed along a direction parallel to, or coincident with, said second axis.
In particolare, i mezzi per mantenere il primo ed il secondo corpo in una condizione di mutuo contatto comprendono mezzi attuatori atti ad esercitare una forza tra detto primo e detto secondo corpo, detti mezzi attuatori essendo configurati in modo tale da mantenere costante, in particolare uguale ad un valore predeterminato FN*, la componente normale FNdella forza, ossia la componente della forza F agente tra il primo ed il secondo corpo parallela alla direzione del secondo asse. In particular, the means for maintaining the first and second bodies in a condition of mutual contact comprise actuator means adapted to exert a force between said first and said second body, said actuator means being configured in such a way as to keep constant, in particular the same at a predetermined value FN *, the normal component FN of the force, that is the component of the force F acting between the first and the second body parallel to the direction of the second axis.
Vantaggiosamente, i mezzi di calibrazione comprendono mezzi di traslazione del secondo asse rispetto al primo asse. Advantageously, the calibration means comprise means for translating the second axis with respect to the first axis.
In particolare, i mezzi per traslare il secondo asse rispetto al primo asse comprendono almeno uno dei seguenti mezzi per traslare: In particular, the means for translating the second axis with respect to the first axis comprise at least one of the following means for translating:
− mezzi per traslare il secondo asse lungo una direzione sostanzialmente parallela al primo asse; ⠒means for translating the second axis along a direction substantially parallel to the first axis;
− mezzi per traslare il secondo asse lungo una direzione sostanzialmente ortogonale al primo asse e al secondo asse quando quest’ultimo à ̈ in una posizione iniziale. â ’means for translating the second axis along a direction substantially orthogonal to the first axis and to the second axis when the latter is in an initial position.
In una forma realizzativa preferita, i mezzi per traslare comprendono sia i mezzi per traslare il secondo asse lungo una direzione sostanzialmente parallela al primo asse che i mezzi per traslare il secondo asse lungo una direzione sostanzialmente ortogonale al primo asse e ad una posizione iniziale del secondo asse stesso. In a preferred embodiment, the means for translating comprise both the means for translating the second axis along a direction substantially parallel to the first axis and the means for translating the second axis along a direction substantially orthogonal to the first axis and to an initial position of the second. axis itself.
In particolare, i mezzi per mantenere sono atti a mantenere il primo ed il secondo corpo in un mutuo contatto di strisciamento e/o di rotolamento. In particular, the means for holding are adapted to keep the first and second bodies in mutual sliding and / or rolling contact.
Ad esempio, i mezzi per mantenere il primo ed il secondo corpo in una condizione di mutuo contatto possono comprendere: For example, the means for maintaining the first and second bodies in a condition of mutual contact may include:
− una piattaforma di supporto del primo corpo; ∠’a support platform for the first body;
− almeno un attuatore provvisto di uno stelo solidale a detta piattaforma di supporto, detto attuatore essendo atto a provocare una traslazione di detto primo corpo verso detto secondo corpo. - at least one actuator provided with a stem integral with said support platform, said actuator being able to cause a translation of said first body towards said second body.
In particolare, sono, inoltre, previsti mezzi per misurare atti a misurare la profondità (p) dell’impronta. In particular, means are also provided for measuring suitable for measuring the depth (p) of the imprint.
Preferibilmente, i mezzi per misurare sono atti a misurare istantaneamente la profondità dell’impronta. Preferably, the measuring means are adapted to instantaneously measure the depth of the impression.
Vantaggiosamente, i mezzi per misurare la profondità dell’impronta possono essere mezzi per misurare la distanza percorsa dal primo corpo lungo una direzione sostanzialmente parallela al secondo asse, oppure coincidente con essa. Advantageously, the means for measuring the depth of the impression can be means for measuring the distance traveled by the first body along a direction substantially parallel to the second axis, or coincident with it.
In una forma realizzativa prevista, i mezzi per misurare la profondità dell’impronta comprendono almeno un trasduttore di spostamento, in particolare un sensore LVDT. In a foreseen embodiment, the means for measuring the depth of the impression comprise at least one displacement transducer, in particular an LVDT sensor.
Vantaggiosamente, sono, inoltre, previsti mezzi sensori di forza atti a misurare istantaneamente la forza F applicata tra il primo ed il secondo corpo. In particolare, i mezzi sensori sono atti a misurare istantaneamente un segnale di forza associato al valore della forza F applicata tra il primo ed il secondo corpo. Advantageously, force sensing means are also provided for instantaneously measuring the force F applied between the first and second bodies. In particular, the sensor means are adapted to instantaneously measure a force signal associated with the value of the force F applied between the first and the second body.
Vantaggiosamente, sono previsti mezzi a programma atti ad elaborare detto segnale di forza e a comandare detti mezzi per mantenere detto primo e detto secondo corpo in una condizione di mutuo contatto in modo tale che detto segnale di forza sia sostanzialmente costante nel tempo. Più in dettaglio, se il valore misurato istantaneamente della forza, in particolare della componente normale FNdella forza esercitata tra i due corpi, à ̈ diverso, in particolare inferiore, ad un valore predeterminato F*, i mezzi per mantenere in contatto i due corpi sono atti a riportare il valore misurato della forza al valore F*. Ciò viene realizzato dai mezzi attuatori, ad esempio mediante una traslazione di detto primo e/o di detto secondo corpo verso detto secondo e/o detto primo corpo. Advantageously, program means are provided for processing said force signal and controlling said means for maintaining said first and second body in a condition of mutual contact so that said force signal is substantially constant over time. More in detail, if the instantaneously measured value of the force, in particular of the normal component FN of the force exerted between the two bodies, is different, in particular lower than a predetermined value F *, the means for keeping the two bodies in contact are adapted to bring the measured value of the force back to the F * value. This is achieved by the actuator means, for example by translating said first and / or said second body towards said second and / or said first body.
Ad esempio, i mezzi sensori possono comprendere: For example, the sensor means can comprise:
− un primo sensore di forza atto a misurare la forza agente lungo una direzione ortogonale sia al primo che al secondo asse; ∠’a first force sensor designed to measure the force acting along an orthogonal direction to both the first and the second axis;
− un secondo sensore di forza atto a misurare la forza agente lungo il secondo asse. ⠒a second force sensor designed to measure the force acting along the second axis.
In particolare, i mezzi sensori di forza comprendono mezzi sensori atti a misurare istantaneamente la componente normale FNdella forza F agente tra il primo ed il secondo corpo, ossia la componente della forza F disposta lungo una direzione parallela, o coincidente, a quella del secondo asse. In particular, the force sensing means comprise sensing means capable of instantaneously measuring the normal component FN of the force F acting between the first and the second body, i.e. the component of the force F arranged along a direction parallel to, or coincident with, that of the second axis. .
Inoltre, possono essere previsti mezzi sensori atti a misurare istantaneamente la componente tangenziale FTdella forza F agente tra il primo ed il secondo corpo. Furthermore, sensor means can be provided for instantaneously measuring the tangential component FT of the force F acting between the first and second bodies.
I mezzi sensori di forza possono essere mezzi sensori biassiali atti a misurare sia il valore della forza che agisce lungo una prima predeterminata direzione che il valore della forza che agisce lungo una seconda direzione ortogonale alla suddetta prima predeterminata direzione. The force sensing means can be biaxial sensing means adapted to measure both the value of the force acting along a first predetermined direction and the value of the force acting along a second direction orthogonal to the aforesaid first predetermined direction.
In particolare, possono essere previsti almeno: In particular, at least:
− un sensore di forza biassiale atto a misurare la forza esercitata lungo il secondo asse; e ∠’a biaxial force sensor designed to measure the force exerted along the second axis; And
− un sensore di forza biassiale atto a misurare la forza esercitata lungo una direzione ortogonale sia al primo che al secondo asse. ∠’a biaxial force sensor designed to measure the force exerted along an orthogonal direction to both the first and second axes.
In una forma realizzativa preferita, Ã ̈, inoltre, previsto un terzo sensore di forza disposto simmetricamente a detto primo sensore di forza rispetto a detto secondo asse, detto terzo sensore di forza essendo atto a misurare la forza agente sia lungo detto primo asse che lungo detto secondo asse. In tal modo, si ottiene una misurazione ridondante della forza agente lungo il primo asse, ossia della componente tangenziale FTdella forza F agente tra i corpi. In a preferred embodiment, a third force sensor is also provided, arranged symmetrically to said first force sensor with respect to said second axis, said third force sensor being adapted to measure the force acting both along said first axis and along said second axis. In this way, a redundant measurement of the force acting along the first axis is obtained, ie the tangential component FT of the force F acting between the bodies.
Anche il sensore di forza che misura la componente normale FNdella forza può essere di tipo biassiale. The force sensor that measures the normal component FN of the force can also be of the biaxial type.
Vantaggiosamente, l’apparecchiatura à ̈ provvista di una incastellatura ed il primo corpo à ̈ solidale ad una piattaforma di supporto impegnata all’incastellatura mediante mezzi elastici ed i mezzi attuatori sono atti ad esercitare una spinta su detta piattaforma. I mezzi elastici sono atti ad opporsi elasticamente alla spinta esercitata dai mezzi attuatori su detta piattaforma di supporto. Questa soluzione costruttiva consente di realizzare una traslazione della piattaforma di supporto senza strisciamento né rotolamento, e quindi di traslare il primo corpo, di un tratto determinato verso il secondo corpo. Una traslazione del primo corpo verso il secondo corpo ottenuta mediante strisciamento introdurrebbe, infatti, nel sistema un attrito radente e, pertanto, renderebbe difficoltosa la misurazione delle forze in gioco ed in particolar del coefficiente di attrito e dell’usura del sistema tribologico. Advantageously, the apparatus is provided with a frame and the first body is integral with a support platform engaged to the frame by elastic means and the actuator means are able to exert a thrust on said platform. The elastic means are able to elastically oppose the thrust exerted by the actuator means on said support platform. This constructive solution allows to carry out a translation of the support platform without sliding or rolling, and therefore to translate the first body, of a determined section towards the second body. A translation of the first body towards the second body obtained by sliding would in fact introduce sliding friction into the system and, therefore, would make it difficult to measure the forces involved and in particular the coefficient of friction and wear of the tribological system.
Vantaggiosamente, sono, inoltre, previsti mezzi a programma atti ad elaborare il, o ciascun, segnale di forza rilevato da ciascuno dei suddetti mezzi sensori di forza e a comandare detti mezzi per mantenere detto primo e detto secondo corpo in una condizione di mutuo contatto in modo tale che detto segnale di forza, in particolare la componente normale FNdella forza F agente tra il primo ed il secondo corpo, sia sostanzialmente costante nel tempo. Advantageously, program means are also provided which are suitable for processing the or each force signal detected by each of the aforesaid force sensing means and for controlling said means for maintaining said first and said second body in a condition of mutual contact in a manner that such that said force signal, in particular the normal component FN of the force F acting between the first and second bodies, is substantially constant over time.
Più precisamente, il valore del segnale di forza à ̈ considerato costante se la differenza tra il valore della forza rilevato in due diversi istanti à ̈ inferiore ad un predeterminato valore di riferimento F*. More precisely, the force signal value is considered constant if the difference between the force value detected in two different instants is lower than a predetermined reference value F *.
In particolare, i mezzi per mantenere il primo ed il secondo corpo in una condizione di mutuo contatto comprendono: In particular, the means for maintaining the first and second bodies in a condition of mutual contact include:
− un attuatore lineare avente uno stelo solidale a detta piattaforma di supporto di detto primo corpo per provocare una traslazione di detto primo corpo verso detto secondo corpo; ∠’a linear actuator having a stem integral with said support platform of said first body to cause a translation of said first body towards said second body;
− mezzi per misurare istantaneamente la forza esercitata da detto primo corpo su detto secondo corpo con ottenimento di un segnale di forza, detto attuatore essendo atto a causare una predeterminata traslazione di detta piattaforma per mantenere costante detta forza se detto segnale di forza non corrisponde a detto valore predeterminato di forza. Vantaggiosamente, sono previsti: means for instantaneously measuring the force exerted by said first body on said second body with obtaining a force signal, said actuator being able to cause a predetermined translation of said platform to keep said force constant if said force signal does not correspond to said predetermined value of force. Advantageously, the following are provided:
− mezzi di rilevamento atti a rilevare la posizione relativa di detto primo asse rispetto a detto secondo asse con ottenimento di un dato di posizione; ⠒detection means suitable for detecting the relative position of said first axis with respect to said second axis with obtaining a position data;
− mezzi a programma atti ad elaborare detto dato di posizione e ad azionare di conseguenza detti mezzi di calibrazione per spostare detto secondo asse rispetto al primo asse in modo da disporre il secondo asse in una predeterminata posizione rispetto al primo asse. Program means adapted to process said position data and consequently operate said calibration means to move said second axis with respect to the first axis so as to arrange the second axis in a predetermined position with respect to the first axis.
In particolare, sono, inoltre, previsti mezzi di posizionamento atti a posizionare il primo ed il secondo corpo ad una predeterminata distanza. In particular, positioning means are also provided for positioning the first and second bodies at a predetermined distance.
Vantaggiosamente, il primo corpo à ̈ una sfera ed i mezzi di traslazione sono atti a traslare il secondo asse per disporlo ad una predeterminata distanza dal centro della sfera. Advantageously, the first body is a sphere and the translation means are adapted to translate the second axis to place it at a predetermined distance from the center of the sphere.
In particolare, sono previsti mezzi per rilevare la posizione del secondo asse rispetto al centro della sfera. In particular, means are provided for detecting the position of the second axis with respect to the center of the sphere.
Vantaggiosamente, i mezzi per rilevare la posizione del secondo asse rispetto al centro della sfera comprendono: Advantageously, the means for detecting the position of the second axis with respect to the center of the sphere comprise:
− almeno un elemento tastatore atto ad essere messo in contatto con detta sfera; ∠’at least one feeler element able to be put in contact with said sphere;
− mezzi per ruotare detto elemento tastatore attorno a detto secondo asse; means for rotating said feeler element around said second axis;
− mezzi per spingere detto elemento tastatore lungo una direzione di spinta in modo da mantenere detto elemento tastatore in contatto con detta sfera mentre detto elemento tastatore ruota attorno a detto secondo asse movimentato da detti mezzi per ruotare; means for pushing said feeler element along a thrust direction so as to keep said feeler element in contact with said sphere while said feeler element rotates around said second axis moved by said means to rotate;
− mezzi per misurare lo spostamento di detto elemento tastatore lungo detta direzione di spinta durante detta rotazione di detto elemento tastatore attorno a detto secondo asse; means for measuring the displacement of said feeler element along said thrust direction during said rotation of said feeler element around said second axis;
− mezzi per correlare detto spostamento di detto elemento tastatore misurato con detta posizione di detto elemento tastatore rispetto a detto centro di detta sfera. means for correlating said displacement of said measured feeler element with said position of said feeler element with respect to said center of said sphere.
In particolare, l’elemento tastatore à ̈ disposto in una posizione eccentrica rispetto al secondo asse. Pertanto, nel caso in cui il secondo asse sia disposto in corrispondenza del centro della sfera lo spostamento dell’elemento tastatore lungo il secondo asse risulta nullo. In particular, the feeler element is arranged in an eccentric position with respect to the second axis. Therefore, if the second axis is arranged in correspondence with the center of the sphere, the displacement of the feeler element along the second axis is null.
In particolare, i mezzi a programma sono atti ad elaborare detti valori rilevati della forza, in particolare della componente tangenziale della forza (FT) e della componente normale della forza (FN) e a misurare il coefficiente di attrito attraverso equazioni note. In particular, the program means are adapted to process said detected values of the force, in particular of the tangential component of the force (FT) and of the normal component of the force (FN) and to measure the coefficient of friction through known equations.
Il valore dell’usura viene, invece, calcolato, utilizzando equazioni note, dal valore della forza agente tra il primo ed il secondo corpo, dal valore della distanza percorsa dalla sfera e dal volume abraso durante la prova. In particolare, il volume abraso può essere calcolato dall’affondamento della sfera nel secondo corpo. The wear value is, on the other hand, calculated, using known equations, from the value of the force acting between the first and second body, from the value of the distance traveled by the sphere and from the volume abraded during the test. In particular, the abraded volume can be calculated from the sinking of the sphere into the second body.
Vantaggiosamente, il secondo corpo à ̈ impegnato ad un supporto mediante mezzi di mutuo impegno di tipo rimuovibile. In particolare, i mezzi di mutuo impegno sono atti ad impegnare detto secondo corpo a detto supporto in almeno una prima ed una seconda posizione. In questo modo, quando i mezzi di mutuo impegno sono atti ad impegnare detto secondo corpo in detta prima posizione viene realizzata una prima impronta in corrispondenza di una prima area del secondo corpo. Mentre, quando i mezzi di mutuo impegno sono atti ad impegnare detto secondo corpo in detta seconda posizione viene realizzata una seconda impronta in corrispondenza di una seconda area del secondo corpo con la seconda area diversa dalla prima area. Advantageously, the second body is engaged to a support by means of mutual engagement means of the removable type. In particular, the mutual engagement means are adapted to engage said second body to said support in at least a first and a second position. In this way, when the mutual engagement means are able to engage said second body in said first position, a first imprint is made in correspondence with a first area of the second body. While, when the mutual engagement means are able to engage said second body in said second position, a second imprint is made in correspondence with a second area of the second body with the second area different from the first area.
In una possibile forma realizzativa dell’invenzione, sono previsti mezzi per applicare una predeterminata differenza di potenziale elettrico tra detto primo e detto secondo corpo. Più precisamente, sono previsti mezzi di controllo atti a controllare le condizioni di aggressività dell’ambiente nel quale la prova viene eseguita. In tal modo, à ̈ possibile studiare anche il comportamento tribocorrosivo del sistema. In particolare, vengono misurati e controllati predeterminati parametri quali pH, umidità , ecc. In a possible embodiment of the invention, means are provided for applying a predetermined difference in electric potential between said first and said second body. More precisely, control means are provided to control the aggressive conditions of the environment in which the test is carried out. In this way, it is also possible to study the tribocorrosive behavior of the system. In particular, predetermined parameters such as pH, humidity, etc. are measured and controlled.
Vantaggiosamente, le superfici del primo e del secondo corpo a contatto vengono immerse in una soluzione elettrolitica in modo da favorire, in particolare accelerare, i fenomeni di corrosione. Advantageously, the surfaces of the first and second bodies in contact are immersed in an electrolytic solution so as to favor, in particular accelerate, the corrosion phenomena.
In una ulteriore forma realizzativa, sono previsti mezzi per applicare un fluido, in particolare una sospensione lubrificante, tra il primo ed il secondo corpo. In tal caso il sistema tribologico à ̈ costituito dal primo corpo, dal secondo corpo e dalla sospensione lubrificante tra essi compresa. In a further embodiment, means are provided for applying a fluid, in particular a lubricating suspension, between the first and the second body. In this case the tribological system consists of the first body, the second body and the lubricating suspension included between them.
In una variante della presente invenzione sono previsti: In a variant of the present invention the following are provided:
− un primo corpo; ∠’a first body;
− un secondo corpo; ∠’a second body;
− un terzo corpo interposto tra detto primo e detto secondo corpo. ⠒a third body interposed between said first and said second body.
In particolare, il terzo corpo può essere una sospensione abrasiva comprendente un fluido contenente frammenti di una predeterminata dimensione di materiale abrasivo. In tal modo, à ̈ possibile effettuare con l’apparecchiatura secondo la presente invenzione una prova di usura in condizioni di usura abrasiva. In particular, the third body can be an abrasive suspension comprising a fluid containing fragments of a predetermined size of abrasive material. In this way, it is possible to carry out with the apparatus according to the present invention a wear test in conditions of abrasive wear.
Ad esempio, il materiale abrasivo può essere costituito da materiale ad elevata durezza, quali diamanti, o diamantini sinterizzati, in particolare aventi dimensioni medie comprese tra 1 e 3 µm. For example, the abrasive material can be made of material with high hardness, such as diamonds, or sintered diamonds, in particular having an average size between 1 and 3 µm.
Vantaggiosamente, Ã ̈ previsto un sistema di ricircolo del fluido contenente il materiale abrasivo. Advantageously, a recirculation system for the fluid containing the abrasive material is provided.
Il dispositivo di ricircolo può, ad esempio, comprendere: The recirculation device can, for example, include:
− mezzi di erogazione di detta sospensione abrasiva tra detto primo e detto secondo corpo; - means for dispensing said abrasive suspension between said first and said second body;
− un contenitore di raccolta di detta sospensione abrasiva disposta da parte opposta a detti mezzi di erogazione rispetto a detto primo e detto secondo corpo, in particolare al di sotto di detti primo e secondo corpo. ⠒a container for the collection of said abrasive suspension arranged on the opposite side to said dispensing means with respect to said first and said second body, in particular below said first and second body.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, un metodo per realizzare un’impronta in un sistema tribologico comprende le fasi di: According to another aspect of the invention, a method for making an imprint in a tribological system includes the steps of:
− disposizione di un primo e di un secondo corpo in una condizione di mutuo contatto, in particolare una condizione di mutuo contatto di strisciamento e/o di rotolamento; ∠’arrangement of a first and a second body in a condition of mutual contact, in particular a condition of mutual contact of sliding and / or rolling;
− mantenimento di detto primo e di detto secondo corpo in detta condizione di mutuo contatto in modo tale da esercitare una forza F di intensità e direzione costante l’uno sull’altro; ⠒maintenance of said first and said second bodies in said condition of mutual contact in such a way as to exert a force F of constant intensity and direction on each other;
− ed essendo inoltre prevista una fase di calibrazione per disporre detto primo e detto secondo asse in una predeterminata posizione relativa prima di azionare detti primi e detti secondi mezzi per provocare detta rotazione di detto primo e di detto secondo corpo attorno a detto primo e detto asse di rotazione, rispettivamente. and a calibration step being also provided for arranging said first and said second axis in a predetermined relative position before operating said first and said second means to cause said rotation of said first and said second body around said first and said axis of rotation, respectively.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
L’invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: The invention will be illustrated below with the following description of an embodiment thereof, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which:
- la figura 1 mostra schematicamente in una vista prospettica una possibile forma realizzativa di una apparecchiatura, secondo l’invenzione, per realizzare un’impronta in un sistema tribologico; - figure 1 schematically shows in a perspective view a possible embodiment of an apparatus, according to the invention, for making an impression in a tribological system;
- la figura 2 mostra schematicamente l’apparecchiatura di figura 1 in una vista in pianta; - figure 2 schematically shows the apparatus of figure 1 in a plan view;
- la figura 3 mostra schematicamente l’apparecchiatura di figura 1 in una vista in elevazione laterale; - figure 3 schematically shows the apparatus of figure 1 in a side elevation view;
- le figure 4 e 5 mostrano schematicamente, in una vista in elevazione laterale, una forma realizzativa preferita dalla presente invenzione dei mezzi per mantenere in contatto il primo ed il secondo corpo del sistema tribologico; Figures 4 and 5 schematically show, in a side elevation view, a preferred embodiment of the present invention of the means for keeping the first and second bodies of the tribological system in contact;
- le figure dalla 6 alla 10 mostrano schematicamente alcune possibili condizioni di esercizio nelle quali à ̈ possibili disporre il primo ed il secondo corpo del sistema tribologico mediante l’apparecchiatura illustrata in figura 1; - Figures 6 to 10 schematically show some possible operating conditions in which it is possible to arrange the first and second bodies of the tribological system by means of the apparatus illustrated in Figure 1;
- la figura 11 mostra schematicamente una forma realizzativa dell’apparecchiatura secondo la presente invenzione nella quale à ̈ prevista l’applicazione di una differenza di potenziale DV tra i due corpi del sistema tribologico; - figure 11 schematically shows an embodiment of the apparatus according to the present invention in which the application of a potential difference DV between the two bodies of the tribological system is envisaged;
- le figure 12 e 13 mostrano schematicamente una possibile forma realizzativa dei mezzi per misurare la profondità (p) dell’impronta e mantenere in condizioni di contatto il primo ed il secondo corpo del sistema tribologico in modo tale che la forza tra essi esercitata sia costante; - Figures 12 and 13 schematically show a possible embodiment of the means for measuring the depth (p) of the impression and keeping the first and second bodies of the tribological system in contact conditions so that the force exerted between them is constant;
- la figura 14 mostra schematicamente un’ulteriore forma realizzativa prevista per l’apparecchiatura secondo la presente invenzione; - figure 14 schematically shows a further embodiment envisaged for the apparatus according to the present invention;
- la figura 15 mostra schematicamente una possibile forma realizzativa dei mezzi, previsti dall’invenzione, per misurare la posizione relativa del primo e del secondo asse; Figure 15 schematically shows a possible embodiment of the means, provided by the invention, for measuring the relative position of the first and second axis;
- la figura 16 mostra schematicamente una possibile configurazione di lavoro dell’apparecchiatura secondo la presente invenzione, in particolare nel caso in cui si desideri studiare il comportamento di un sistema tribologico in condizioni di usura abrasiva. - figure 16 schematically shows a possible working configuration of the apparatus according to the present invention, in particular in the case in which it is desired to study the behavior of a tribological system in conditions of abrasive wear.
Descrizione dettagliata di alcune forme realizzative In figura 1 à ̈ schematicamente illustrata una apparecchiatura 1, secondo la presente invenzione, per realizzare un’impronta 100 in un sistema tribologico 200 comprendente un primo corpo 10 ed almeno un secondo corpo 20. Detailed description of some embodiments Figure 1 schematically illustrates an apparatus 1, according to the present invention, for making an impression 100 in a tribological system 200 comprising a first body 10 and at least a second body 20.
L’apparecchiatura 1 à ̈ provvista di mezzi 81 per provocare una rotazione del primo corpo 10 attorno ad un primo asse di rotazione 110 e di mezzi di supporto 50 del primo corpo 10 e mezzi di supporto 55 del secondo corpo 20. Inoltre, l’apparecchiatura 1 comprende mezzi 60 per mantenere il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20 in una condizione di mutuo contatto nella quale il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20 sono atti ad esercitare una forza F di intensità e direzione costante l’uno sull’altro. In particolare, i mezzi 60 sono atti a mantenere il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20 in una condizione di mutuo contatto di strisciamento e/o di rotolamento. The apparatus 1 is provided with means 81 for causing a rotation of the first body 10 about a first axis of rotation 110 and with support means 50 for the first body 10 and support means 55 for the second body 20. Furthermore, the The apparatus 1 comprises means 60 for maintaining the first body 10 and the second body 20 in a condition of mutual contact in which the first body 10 and the second body 20 are able to exert a force F of constant intensity and direction. one on top of the other. In particular, the means 60 are adapted to maintain the first body 10 and the second body 20 in a condition of mutual sliding and / or rolling contact.
Secondo quanto previsto dall’invenzione, l’apparecchiatura 1 comprende, inoltre, mezzi 82 per provocare una rotazione del secondo corpo 20 attorno ad un secondo asse 120 ortogonale al primo asse 110 e mezzi di calibrazione 70 atti a disporre il primo asse 110 ed il secondo asse 120 in una predeterminata posizione relativa. According to the provisions of the invention, the apparatus 1 also comprises means 82 for causing a rotation of the second body 20 around a second axis 120 orthogonal to the first axis 110 and calibration means 70 suitable for arranging the first axis 110 and the second axis 120 in a predetermined relative position.
I mezzi 81 e 82 per provocare una rotazione del primo e del secondo corpo 10 e 20 attorno a rispettivi assi di rotazione 110 e 120 possono essere, ad esempio, motoriduttori atti a provocare la rotazione del corpo ad esso solidale in un verso, oppure nel verso opposto. The means 81 and 82 for causing a rotation of the first and second bodies 10 and 20 around respective rotation axes 110 and 120 can be, for example, gearmotors able to cause the rotation of the body integral with it in one direction, or in the direction of rotation. opposite direction.
In una forma realizzativa preferita, i mezzi di calibrazione 70 comprendono mezzi di traslazione del secondo asse 120 rispetto al primo asse 110. I mezzi di calibrazione 70 possono comprendere, ad esempio, mezzi 75 per traslare il secondo asse 120 lungo una direzione x sostanzialmente parallela al primo asse 110, e mezzi 76 per traslare il secondo asse 120 lungo una direzione z sostanzialmente ortogonale al primo asse 110 e ad una posizione iniziale del secondo asse 120 stesso. In a preferred embodiment, the calibration means 70 comprise means for translating the second axis 120 with respect to the first axis 110. The calibration means 70 may comprise, for example, means 75 for translating the second axis 120 along a substantially parallel direction x to the first axis 110, and means 76 for translating the second axis 120 along a direction z substantially orthogonal to the first axis 110 and to an initial position of the second axis 120 itself.
In una forma realizzativa prevista, il primo corpo 10 à ̈ montato su una piattaforma di supporto 90 ed i mezzi per mantenere il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20 in una condizione di mutuo contatto comprendono mezzi attuatori 60 atti a spingere detta piattaforma di supporto 90 verso detto secondo corpo 20. Ad esempio, i mezzi attuatori 60 comprendono un attuatore lineare provvisto di uno stelo 65 solidale alla piattaforma di supporto 90. In particolare, in uso, l’attuatore 60 à ̈ atto a provocare una traslazione del primo corpo 10 verso il secondo corpo 20. In a foreseen embodiment, the first body 10 is mounted on a support platform 90 and the means for maintaining the first body 10 and the second body 20 in a condition of mutual contact comprise actuator means 60 adapted to push said support platform 90 towards said second body 20. For example, the actuator means 60 comprise a linear actuator provided with a stem 65 integral with the support platform 90. In particular, in use, the actuator 60 is able to cause a translation of the first body 10 towards the second body 20.
Più in dettaglio, sono previsti mezzi sensori di forza 85 atti a misurare istantaneamente il valore della forza F agente tra il primo ed il secondo corpo 10, 20. In una forma realizzativa prevista, i mezzi sensori di forza 85 sono atti a misurare istantaneamente la componente tangenziale FTe la componente normale FNdella forza F agente tra il primo ed il secondo corpo 10, 20. More in detail, force sensing means 85 are provided which are adapted to instantaneously measure the value of the force F acting between the first and second body 10, 20. In a foreseen embodiment, the force sensing means 85 are adapted to instantaneously measure the tangential component FTe the normal component FN of the force F acting between the first and second bodies 10, 20.
I mezzi sensori 85 possono, ad esempio, comprendere un primo sensore di forza 85a atto a misurare la componente della forza F agente lungo una direzione ortogonale sia al primo corpo 110 che al secondo asse 120 ed un secondo sensore di forza 85b atto a misurare la forza agente lungo il secondo asse 120, ossia la componente normale FNdella forza F. The sensor means 85 can, for example, comprise a first force sensor 85a adapted to measure the component of the force F acting along an orthogonal direction both to the first body 110 and to the second axis 120 and a second force sensor 85b adapted to measure the force acting along the second axis 120, i.e. the normal component FN of the force F.
In una forma realizzativa preferita, i mezzi sensori di forza 85 sono mezzi sensori di tipo biassiale pertanto sono atti a misurare sia il valore della forza che agisce lungo la suddetta rispettiva direzione che il valore della forza che agisce lungo una direzione ortogonale alla suddetta predeterminata direzione. Ad esempio, può essere previsto almeno un sensore di forza biassiale 85a atto a misurare sia la componente della forza lungo una direzione 110’ ortogonale sia al primo che al secondo asse 110 e 120 che la componente della forza lungo il primo asse 110. Inoltre, può essere previsto un secondo sensore di forza 85b di tipo biassiale atto a misurare sia la forza esercitata lungo il secondo asse 120 che la componente della forza lungo la direzione del primo asse 110. In tal modo, si ottiene la suddetta misurazione ridondante sulla componente della forza lungo la direzione del primo asse 110, ossia la componente tangenziale FT, della forza F con un ridotto numero di sensori di forza. In a preferred embodiment, the force sensor means 85 are sensor means of the biaxial type, therefore they are able to measure both the value of the force acting along the aforementioned respective direction and the value of the force acting along a direction orthogonal to the aforesaid predetermined direction. . For example, at least one biaxial force sensor 85a can be provided to measure both the force component along a direction 110â € ™ orthogonal to both the first and second axes 110 and 120 and the force component along the first axis 110. Furthermore , a second biaxial type force sensor 85b can be provided to measure both the force exerted along the second axis 120 and the component of the force along the direction of the first axis 110. In this way, the aforementioned redundant measurement on the component is obtained. of the force along the direction of the first axis 110, i.e. the tangential component FT, of the force F with a reduced number of force sensors.
Inoltre, può essere previsto un terzo sensore di forza 85c disposto simmetricamente al primo sensore di forza 85a rispetto al secondo asse 120. Il terzo sensore di forza 85c à ̈, in particolare, atto a misurare la forza agente lungo una direzione ortogonale sia al primo che al secondo asse 110 e 120, ed eventualmente nel caso di sensore di forza biassiale della componente lungo il primo asse 110, ma in una posizione simmetrica rispetto alla posizione del primo sensore 85a. Furthermore, a third force sensor 85c can be provided, arranged symmetrically to the first force sensor 85a with respect to the second axis 120. The third force sensor 85c is, in particular, suitable for measuring the force acting along a direction orthogonal to both the first that to the second axis 110 and 120, and possibly in the case of a biaxial force sensor of the component along the first axis 110, but in a symmetrical position with respect to the position of the first sensor 85a.
L’apparecchiatura 1 può, inoltre, prevedere mezzi 150 per misurare, ad esempio istantaneamente, la profondità p dell’impronta, o traccia di usura, realizzata sul secondo corpo 20 dal primo corpo 10. In tal modo, à ̈ possibile costruire delle curve profondità (p)/forza normale FNe profondità /forza tangenziale FT. The apparatus 1 can also provide means 150 for measuring, for example instantaneously, the depth p of the indentation, or trace of wear, made on the second body 20 by the first body 10. In this way, it is possible to build of the curves depth (p) / normal force FN and depth / tangential force FT.
In condizioni di esercizio dell’apparecchiatura 1 il secondo corpo 20 si usura per il contatto con il primo corpo 10. Quindi, perché tra essi sia presente una forza costante F à ̈ necessario provocare una traslazione del primo corpo 10 verso il secondo corpo 20. Pertanto, i mezzi 150 per misurare la profondità p dell’impronta possono essere mezzi per misurare la distanza percorsa dal primo corpo 10 lungo una direzione sostanzialmente parallela al secondo asse 120. In operating conditions of the apparatus 1, the second body 20 wears due to contact with the first body 10. Therefore, for a constant force F to be present between them, it is necessary to cause a translation of the first body 10 towards the second body 20. Therefore, the means 150 for measuring the depth p of the impression can be means for measuring the distance traveled by the first body 10 along a direction substantially parallel to the second axis 120.
Come mostrato, ad esempio, in figura 2, i mezzi 150 per misurare la profondità p dell’impronta comprendono almeno un trasduttore di spostamento, in particolare un sensore LVDT. As shown, for example, in Figure 2, the means 150 for measuring the depth p of the impression comprise at least one displacement transducer, in particular an LVDT sensor.
In una configurazione di esercizio prevista, durante la prova à ̈ possibile mantenere fermo il secondo corpo 20 in modo da poter eseguire un test di usura di tipo tradizionale. In questo caso, i mezzi per provocare la rotazione 82 del secondo corpo 20 attorno al secondo asse 120 non vengono azionati. In a foreseen operating configuration, during the test it is possible to keep the second body 20 stationary so as to be able to carry out a wear test of the traditional type. In this case, the means for causing rotation 82 of the second body 20 about the second axis 120 are not operated.
Come schematicamente illustrato nelle figure dalla 6 alla 8, l’apparecchiatura 1 consente di posizionare il secondo asse 120 lungo due direzioni ortogonale al primo asse 110 e passante per il centro C della sfera 10. In questo caso, si realizza un’impronta di forma sferica. As schematically illustrated in figures 6 to 8, the apparatus 1 allows to position the second axis 120 along two directions orthogonal to the first axis 110 and passing through the center C of the sphere 10. In this case, an impression is made spherical in shape.
L’apparecchiatura 1, tramite i mezzi di calibrazione 70, à ̈ in grado di disporre il secondo asse 120 in una posizione ortogonale al primo asse 110, ma non passante per il centro C della sfera 10. Ciò viene ottenuto provocando, per mezzo dei mezzi di calibrazione 70, una traslazione dell’asse di rotazione 120 lungo la direzione x verso sinistra, oppure verso destra rispetto alla condizione in cui passa per il centro C della sfera 10 (figure 7 e 8). In questo caso, ad esempio, l’impronta avrà forma di settore toroidale. The apparatus 1, by means of the calibration means 70, is able to arrange the second axis 120 in a position orthogonal to the first axis 110, but not passing through the center C of the sphere 10. This is obtained by causing, by means of of the calibration means 70, a translation of the rotation axis 120 along the direction x to the left, or to the right with respect to the condition in which it passes through the center C of the sphere 10 (Figures 7 and 8). In this case, for example, the footprint will have the shape of a toroidal sector.
In aggiunta, l’apparecchiatura 1 à ̈ in grado di disporre il secondo asse 120 lungo una direzione ortogonale ai due assi 110 e 120, ma realizzando un determinato disassamento rispetto ad essi. Ciò viene realizzato azionando i mezzi di calibrazione 70 in modo da provocare una traslazione del corpo 20 verso l’alto, oppure verso il basso, rispetto alla condizione in cui l’asse 120 passa per il centro C della sfera 10 (figure 9 e 10). In questo caso, ad esempio, l’impronta avrà forma di settore toroidale. Per quanto sopra, l’apparecchiatura 1 risulta altamente versatile in quanto à ̈ in grado di simulare molteplici e differenti condizioni di usura. In addition, the apparatus 1 is able to arrange the second axis 120 along a direction orthogonal to the two axes 110 and 120, but realizing a certain offset with respect to them. This is achieved by operating the calibration means 70 so as to cause a translation of the body 20 upwards, or downwards, with respect to the condition in which the axis 120 passes through the center C of the sphere 10 (figure 9 and 10). In this case, for example, the footprint will have the shape of a toroidal sector. For the above, the equipment 1 is highly versatile as it is able to simulate multiple and different wear conditions.
Nella forma realizzativa schematicamente illustrata nelle figure 4 e 5 , l’apparecchiatura 1 à ̈ provvista di una incastellatura 250 alla quale la piattaforma di supporto 90 à ̈ impegnata mediante mezzi elastici 260. Ad esempio, i mezzi elastici 260 possono essere quattro lamine metalliche di piccolo spessore che si oppongono elasticamente alla spinta esercitata dai mezzi attuatori 60 sulla piattaforma di supporto 90. Questa soluzione costruttiva consente di traslare senza strisciamento la piattaforma di supporto 90 di pochi µm, e quindi il primo corpo 10, di un tratto determinato verso il secondo corpo 20. Una traslazione del primo corpo 10 verso il secondo corpo 20 ottenuta mediante uno strisciamento introdurrebbe, infatti, nel sistema un attrito radente e, pertanto, renderebbe difficoltosa la misurazione delle forze in gioco ed in particolare del coefficiente di attrito µ e dell’usura k del sistema tribologico. In the embodiment schematically illustrated in Figures 4 and 5, the apparatus 1 is provided with a frame 250 to which the support platform 90 is engaged by elastic means 260. For example, the elastic means 260 can be four metal sheets of small thickness which elastically oppose the thrust exerted by the actuator means 60 on the support platform 90. This constructive solution allows the support platform 90 to be translated without sliding by a few µm, and therefore the first body 10, by a determined section towards the second body 20. A translation of the first body 10 towards the second body 20 obtained by means of a sliding would in fact introduce sliding friction into the system and, therefore, would make it difficult to measure the forces involved and in particular the friction coefficient µ and the € ™ wear k of the tribological system.
L’apparecchiatura 1 prevede, inoltre, mezzi a programma 300 atti ad elaborare il, o ciascun, segnale di forza rilevato da ciascuno dei suddetti mezzi sensori di forza 85 e a comandare i mezzi 60 per mantenere il primo corpo 10 e il secondo corpo 20 in una condizione di mutuo contatto tale che il segnale di forza, in particolare il segnale della componente normale della forza FN, sia sostanzialmente costante nel tempo. Più precisamente, il valore del segnale di forza à ̈ considerato costante se la differenza DF(t) tra il valore della forza rilevato in due diversi istanti à ̈ inferiore ad un predeterminato valore di riferimento F*. The apparatus 1 also provides program means 300 suitable for processing the or each force signal detected by each of the aforesaid force sensing means 85 and for controlling the means 60 for maintaining the first body 10 and the second body 20 in a condition of mutual contact such that the force signal, in particular the signal of the normal component of the force FN, is substantially constant over time. More precisely, the force signal value is considered constant if the difference DF (t) between the force value detected in two different instants is lower than a predetermined reference value F *.
Nelle figure 4 e 5, i mezzi 60 per mantenere il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20 in una condizione di mutuo contatto comprendono un attuatore lineare 60 avente uno stelo 65 solidale alla piattaforma di supporto 90. L’attuatore lineare 60 à ̈ atto a provocare una traslazione del primo corpo 10 verso il secondo corpo 20. Più in dettaglio, i mezzi 85 misurano istantaneamente il valore della forza F(t) esercitata dal primo corpo 10 sul secondo corpo 20 con ottenimento di un segnale di forza. Questo viene elaborato da mezzi a programma 300 che, quindi, comandano l’attuatore 60 per causare una traslazione della piattaforma 90 nel caso in cui il segnale di forza F(t) non corrisponda ad un predeterminato valore di riferimento F*. Più precisamente, il valore della forza FNà ̈ considerata costante se la differenza tra il valore misurato ed il valore di riferimento rientra in un predeterminato range di tolleranza. In Figures 4 and 5, the means 60 for maintaining the first body 10 and the second body 20 in a condition of mutual contact comprise a linear actuator 60 having a stem 65 integral with the support platform 90. The linear actuator 60 is adapted to cause a translation of the first body 10 towards the second body 20. More in detail, the means 85 instantaneously measure the value of the force F (t) exerted by the first body 10 on the second body 20, obtaining a force signal. This is processed by program means 300 which, therefore, control the actuator 60 to cause a translation of the platform 90 in the event that the force signal F (t) does not correspond to a predetermined reference value F *. More precisely, the value of the force FN is considered constant if the difference between the measured value and the reference value falls within a predetermined tolerance range.
Inoltre, possono essere previsti mezzi di rilevamento 150 atti a rilevare la posizione relativa del primo asse 110 rispetto al secondo asse 120 con ottenimento di un dato di posizione che viene inviato ai mezzi a programma 300. Questi elaborano il dato di posizione ed azionano i mezzi di calibrazione 70 in modo da muovere il secondo asse 120 per disporlo in una predeterminata posizione rispetto al primo asse 110. I mezzi di calibrazione sono, inoltre, atti a rilevare istantaneamente anche la profondità dell’impronta 100, o traccia di usura, generata. Furthermore, detection means 150 can be provided which are able to detect the relative position of the first axis 110 with respect to the second axis 120 with obtaining a position datum which is sent to the program means 300. These process the position datum and operate the means of calibration 70 so as to move the second axis 120 to place it in a predetermined position with respect to the first axis 110. The calibration means are also able to instantly detect the depth of the indent 100, or trace of wear, generated .
L’apparecchiatura 1 à ̈, inoltre, provvista di mezzi 170 di posizionamento atti a posizionare il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20 ad una predeterminata distanza. Ad esempio, i mezzi di posizionamento 170 possono comprendere una slitta 175 sulla quale un carrello 176 à ̈ montato scorrevole lungo una direzione sostanzialmente ortogonale all’asse del primo corpo 110. Più precisamente, il secondo corpo 20 à ̈ solidale al carrello 176 ed à ̈ pertanto possibile disporre il secondo corpo 20 in una posizione desiderata rispetto al primo corpo 10. In una forma realizzativa preferita il primo corpo 10 à ̈ una sfera ed i mezzi di posizionamento 170 sono atti a movimentare il secondo asse 120 per disporlo ad una predeterminata distanza dal centro C della sfera 10. The apparatus 1 is also provided with positioning means 170 suitable for positioning the first body 10 and the second body 20 at a predetermined distance. For example, the positioning means 170 can comprise a slide 175 on which a carriage 176 is mounted sliding along a direction substantially orthogonal to the axis of the first body 110. More precisely, the second body 20 is integral with the carriage 176 and It is therefore possible to arrange the second body 20 in a desired position with respect to the first body 10. In a preferred embodiment, the first body 10 is a sphere and the positioning means 170 are adapted to move the second axis 120 to place it at a predetermined distance from the center C of the sphere 10.
In particolare, i mezzi di calibrazione 70 comprendono mezzi per rilevare la posizione del secondo asse 120 rispetto al centro C della sfera 10. Ad esempio, come mostrato in figura 15, i mezzi per rilevare la posizione del secondo asse 120 rispetto al centro C della sfera 10 possono comprendere almeno un elemento tastatore 160, in particolare un elemento tastatore allungato, disposto in una posizione eccentrica rispetto al secondo asse 120 e ad una distanza s nota da esso. Ad esempio, l’elemento tastatore 160 può essere impegnato in maniera rimuovibile al supporto 55 deputato a supportare il secondo corpo 20. Inoltre, sono previsti mezzi per spingere l’elemento tastatore 160 lungo una direzione di spinta 161, rappresentati schematicamente con un blocco 260 in figura 15, in modo da mantenerlo in contatto con la sfera 10 durante la rotazione dell’elemento tastatore 160 stesso attorno al secondo asse 120. In aggiunta, sono previsti mezzi per misurare lo spostamento dell’elemento tastatore 160 lungo la direzione di spinta 161 durante la rotazione dell’elemento tastatore 160 attorno al secondo asse 120. Sono, poi, previsti mezzi 300 per correlare atti a correlare lo spostamento Î ́ dell’elemento tastatore 160 misurato lungo la direzione 161 durante la rotazione dello stesso attorno all’asse 120 con la posizione dell’elemento tastatore 160, e quindi dell’asse 120, rispetto al centro C della sfera 10. Quando il secondo asse 120 à ̈ disposto in corrispondenza del centro C della sfera 10, lo spostamento dell’elemento tastatore 160 lungo la direzione 161 risulta nullo. In particular, the calibration means 70 comprises means for detecting the position of the second axis 120 with respect to the center C of the sphere 10. For example, as shown in Figure 15, the means for detecting the position of the second axis 120 with respect to the center C of the sphere 10 can comprise at least one feeler element 160, in particular an elongated feeler element, arranged in an eccentric position with respect to the second axis 120 and at a known distance s therefrom. For example, the feeler element 160 can be removably engaged to the support 55 designed to support the second body 20. Furthermore, means are provided for pushing the feeler element 160 along a thrust direction 161, schematically represented with a block 260 in Figure 15, so as to keep it in contact with the sphere 10 during the rotation of the feeler element 160 itself about the second axis 120. In addition, means are provided for measuring the displacement of the feeler element 160 along the thrust direction 161 during the rotation of the feeler element 160 around the second axis 120. There are, then, means 300 for correlating able to correlate the displacement Î ́ of the feeler element 160 measured along the direction 161 during the rotation of the itself around the axis 120 with the position of the feeler element 160, and therefore of the axis 120, with respect to the center C of the sphere 10. When the second axis 120 is arranged i n correspondence with the center C of the sphere 10, the displacement of the feeler element 160 along the direction 161 is null.
I mezzi a programma 300 sono atti ad elaborare i valori della forza rilevati, in particolare della componente tangenziale della forza (FT) e della componente normale della forza (FN) e a misurare il coefficiente di attrito attraverso equazioni note. Il valore dell’usura (k) viene, analogamente, calcolato, utilizzando equazioni note, a partire dal valore della forza F agente tra il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20, dal valore della distanza percorsa dalla sfera, ossia il valore della profondità (p) dell’impronta e dal volume V abraso durante la prova. The program means 300 are adapted to process the detected force values, in particular of the tangential component of the force (FT) and of the normal component of the force (FN) and to measure the coefficient of friction through known equations. The wear value (k) is similarly calculated, using known equations, starting from the value of the force F acting between the first body 10 and the second body 20, from the value of the distance traveled by the sphere, that is the value of the depth (p) of the impression and the volume V abraded during the test.
In una forma prevista dall’invenzione ed illustrata schematicamente in figura 14, il secondo corpo 20 à ̈ impegnato ad un supporto 220 mediante mezzi di mutuo impegno 230 di tipo rimuovibile, ad esempio magnetici. In particolare, i mezzi di mutuo impegno 230 sono atti ad impegnare il secondo corpo 20 al supporto 220 in almeno una prima ed una seconda posizione rispetto all’asse di rotazione 120. In questo modo, quando i mezzi di mutuo impegno 230 impegnano il secondo corpo 20 nella prima posizione 20a illustrata con linea tratteggiata viene realizzata una prima impronta in corrispondenza di una prima area 141. Mentre, quando i mezzi di mutuo 230 impegno 230 impegnano il secondo corpo 20 nella seconda posizione 20b viene realizzata una seconda impronta in corrispondenza di una seconda area 142 del secondo corpo 20. In tal modo, à ̈ possibile realizzare più impronte 141, 142 sul medesimo corpo 20 e quindi studiarne il comportamento in differenti condizioni di esercizio. In a form envisaged by the invention and illustrated schematically in Figure 14, the second body 20 is engaged to a support 220 by means of mutual engagement 230 of the removable type, for example magnetic. In particular, the mutual engagement means 230 are able to engage the second body 20 to the support 220 in at least a first and a second position with respect to the axis of rotation 120. In this way, when the mutual engagement means 230 engage the second body 20 in the first position 20a illustrated with a broken line, a first impression is made in correspondence with a first area 141. While, when the mutual engagement means 230 230 engage the second body 20 in the second position 20b, a second impression is made in correspondence with of a second area 142 of the second body 20. In this way, it is possible to make several impressions 141, 142 on the same body 20 and therefore to study their behavior in different operating conditions.
In una possibile forma realizzativa dell’invenzione schematicamente illustrata in figura 11 sono previsti mezzi per applicare una predeterminata differenza di potenziale elettrico DV, in un determinato ambiente controllato, tra il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20. In tal modo, à ̈ possibile studiare anche il comportamento tribocorrosivo del sistema. In a possible embodiment of the invention schematically illustrated in Figure 11, means are provided for applying a predetermined difference in electrical potential DV, in a determined controlled environment, between the first body 10 and the second body 20. In this way, it is It is also possible to study the tribocorrosive behavior of the system.
Nella forma realizzativa schematicamente illustrata in figura 16 il sistema tribologico comprende un primo corpo 10, un secondo corpo 20 ed un terzo corpo 30 tra essi interposto. Il terzo corpo 30 può essere una sospensione abrasiva comprendente un fluido contenente un materiale abrasivo 31. In tal modo, à ̈ possibile effettuare con l’apparecchiatura 100 secondo la presente invenzione una prova di usura in condizioni di usura abrasiva. Il materiale abrasivo 31 può essere costituito, ad esempio, da una certa quantità di frammenti di materiali ad elevata durezza. In the embodiment schematically illustrated in Figure 16, the tribological system comprises a first body 10, a second body 20 and a third body 30 interposed between them. The third body 30 can be an abrasive suspension comprising a fluid containing an abrasive material 31. In this way, it is possible to carry out with the apparatus 100 according to the present invention a wear test in conditions of abrasive wear. The abrasive material 31 can be constituted, for example, by a certain quantity of fragments of highly hard materials.
L’apparecchiatura può comprende in questo caso un dispositivo 40 di ricircolo della sospensione abrasiva comprendente, ad esempio, mezzi di pompaggio 45 atti a ricircolare la sospensione 30 tra una vaschetta di raccolta 47 disposta al di sotto dei corpi 10 e 20 e mezzi di erogazione 46 atti ad alimentare la sospensione 30 tra il primo corpo 10 ed il secondo corpo 20. I mezzi di pompaggio 45 possono, ad esempio, comprendere una pompa peristaltica atta a ricircolare la sospensione 30 con una portata desiderata. Il fluido 30 contenuto nella vaschetta 47 può essere mantenuto continuamente in rimescolamento attraverso un agitatore magnetico 57, in modo da non consentire ai frammenti di diamante 31 di depositarsi sul fondo e di mantenere una concentrazione degli stessi il più costante possibile. Durante l’erogazione della sospensione 30, il primo ed il secondo corpo 10, 20 sono in condizioni di rotolamento/strisciamento. Una volta terminata la sua azione la sospensione 30 può essere alimentata ad un sistema di raccolta non mostrata in figura per semplicità . Il sistema di raccolta può essere vantaggiosamente provvisto di un dispositivo di filtrazione per separare i detriti di usura generati per poterli successivamente analizzare ottenendo ulteriori dati sperimentali ed aiutare quindi nella comprensione dei fenomeni coinvolti durante la prova. In this case, the apparatus can comprise a device 40 for the recirculation of the abrasive suspension comprising, for example, pumping means 45 suitable for recirculating the suspension 30 between a collection tray 47 arranged below the bodies 10 and 20 and means for dispensing 46 adapted to feed the suspension 30 between the first body 10 and the second body 20. The pumping means 45 can, for example, comprise a peristaltic pump able to recirculate the suspension 30 with a desired flow rate. The fluid 30 contained in the tank 47 can be kept continuously stirring by means of a magnetic stirrer 57, so as not to allow the diamond fragments 31 to deposit on the bottom and to maintain a concentration of the same as constant as possible. During the delivery of the suspension 30, the first and second bodies 10, 20 are in rolling / sliding conditions. Once its action has ended, the suspension 30 can be fed to a collection system not shown in the figure for simplicity. The collection system can advantageously be equipped with a filtration device to separate the wear debris generated in order to subsequently analyze them, obtaining further experimental data and thus help in understanding the phenomena involved during the test.
Sebbene sia stato fatto riferimento ad una sospensione abrasiva à ̈ prevista anche la possibilità di impiegare come terzo corpo 30 un fluido privo di materiale abrasivo, ad esempio una sospensione lubrificante. In tal caso, à ̈ possibile valutare gli effetti di differenti lubrificanti nei fenomeni di attrito volvente, in condizioni di lubrificazione completa, mista, o limite. Although reference has been made to an abrasive suspension, it is also possible to use a fluid free of abrasive material, for example a lubricating suspension, as a third body 30. In this case, it is possible to evaluate the effects of different lubricants on rolling friction phenomena, under conditions of complete, mixed, or boundary lubrication.
La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica à ̈ in grado di mostrare l'invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo. The above description of a specific embodiment is able to show the invention from a conceptual point of view so that others, using the known technique, will be able to modify and / or adapt this specific embodiment in various applications without further research. and without departing from the inventive concept, and, therefore, it is understood that such adaptations and modifications will be considered as equivalent to the specific embodiment. The means and materials for carrying out the various functions described may be of various nature without thereby departing from the scope of the invention. It is understood that the expressions or terminology used have a purely descriptive purpose and therefore not limitative.
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| IT000048A ITPI20120048A1 (en) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | EQUIPMENT TO REALIZE A FOOTPRINT IN A TRIBOLOGICAL SYSTEM |
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2012
- 2012-04-19 IT IT000048A patent/ITPI20120048A1/en unknown
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