摩擦材料粘贴方式对超声电机摩擦驱动特性的影响

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1、摩擦材料粘贴方式对超声电机摩擦驱动特性的影响曲建俊，王彦利，孙凤艳(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)摘要：摩擦材料粘贴方式的变化会导致超声电机接触驱动性能发生较大改变。本文借助于圆盘形行波超声电机，研究了一种摩擦材料分别与同种材质的定子和转子粘贴时的接触摩擦磨损特性。建立了超声电机摩擦磨损简化模型，并利用模型对实验结果进行了分析。结果表明：在本文实验条件下，摩擦材料粘贴到定子面时比粘贴到转子面时的堵转力矩和功率略低，磨损机制以粘着磨损和疲劳磨损为主。关键词：超声电机；摩擦磨损：粘贴方式超声电机依靠定子与转子接触面间的摩擦力驱动转子转动，接触面间的摩擦磨损性能

2、将直接影响其转换效率、使用寿命、运行噪声及传动稳定性等指标。因此对摩擦接触面的接触状态进行研究，具有十分重要的理论与现实意义。多年来国内外学者对超声电机接触界面摩擦学行为进行了大量研究，得出一些重要结论flo】，但是他们的研究主要集中在转子摩擦材料与定子组合【4'5]时的超声电机摩擦驱动特性及磨损特性[6-8]。近年来，一些学者将摩擦材料粘贴到定子齿面，用以改善超声电机的接触和驱动特性。2005年，朱涛涛等【9j研究了摩擦材料粘贴到定子上与几种转子镀层的摩擦匹配关系。2005年，韩国学者Hyun—PhillKo等¨叫研究了GET、TiAlN、TiN、DLC和Si—DL

3、C五种定子表面涂层的磨损特性，并得出Si．DLC镀层的定子显示出较好的动态特性。2007年，丁庆军⋯】等制作了一种定子摩擦材料，研究显示摩擦材料制作在定子上时可以使电机工作频率变宽，电机堵转力矩比摩擦材料在转子上时略有增加。然而以上学者的研究是在不同的摩擦副间进行的，不能确切的说明摩擦材料的粘贴方式对超声电机驱动性能及摩擦磨损特性的优劣。此种新的摩擦材料粘贴方式，与传统的粘贴到转子上的驱动情况明显不同，然而对新的粘贴方式下的超声电机驱动机理及摩擦材料的摩擦磨损特性研究还未见报道，急需开展在新的粘贴方式下，超声电机接触界面摩擦学，驱动性能的研究。因此，以40型圆盘行波型

4、超声电机为对象，研究了一种摩擦材料在不同粘贴方式下超声电机的驱动性能及接触界面摩擦学特性。建立了超声电机摩擦磨损简化模型对实验结果进行了分析，为超声电机摩擦材料的选择及应用方式提供理论指导。1实验部分1．1实验材料选择了哈工大摩擦学实验室自行研制的以聚苯酯为基体，以聚四氟乙烯、开芙拉纤维等为填料，制得的聚苯酯基高分子复合摩擦材料，代号EK。摩擦材料在M．200磨损试验机与45钢环对摩，测得的摩擦系数为0．35，磨损量0．17(10。12m3／N×min)，硬度为80．6(HD)，杨氏模量为1930．9(N／ram2)，冲击强度为3．05(kJ／m2)。定子与转子基体材

5、料都为LYl2CZ硬铝。．321．1．2实验装置及实验条件定子为哈工大研制的40型圆盘结构，定子齿分布圆为中28×巾22mm，摩擦材料厚度为0．5mm，定、转子问的预压力由弹簧提供，预压力为15N。将摩擦材料分别粘贴到定子和转子上，与转子和定子组合成超声电机。试验台示意图见图1，在空载情况下控制超声电机转速为200ffmin，通过测量系统测试超声电机堵转摩擦力矩。连续运行1h后，利用SEM观察摩擦材料表面磨损形貌。1．3性能测试图1试验装置示意图利用图1装置测试超声电机负载特性，电机的负载由一个磁滞制动器施加，再通过扭矩转速测量装置测量电机转速和转矩，并计算输出功率。

6、2实验结果2．1不同粘贴方式下的摩擦驱动性能不同粘贴方式下的超声电机负载特性和输出功率如图2所示。，。，，．I。⋯幺。0：≥■j．I’‘。，。-一——————一一～一f=。!∥，：二’(a)负载特性(b)输出功率图2不同粘贴方式时电机负载特性由图2可以看出，摩擦材料粘贴到定子齿面时，超声电机获得的负载特性和输出功率均略低于摩擦材料粘贴到转子表面时的情况。2．2不同粘贴方式下的摩擦材料磨损图3为空载情况下连续运行1h后，摩擦材料接触表面的磨损形貌的SEM照片。尹博·了皇。参≯(a)EK粘贴到Al转子(b)EK粘贴到Al定子图3摩擦材料磨损表面形貌SEM照片．．322．．

7、麟图3-a为摩擦材料粘贴在转子表面时的SEM照片，由图可见，表面有一些微缺陷和裂纹，这主要是由于复合材料存在缺陷造成的，磨损表面有轻微的犁沟磨损与疲劳磨损。图3-b为摩擦材料粘贴到定子表面时的SEM照片，由图可见，磨损表面具有比较严重的粘着磨损和疲劳磨损。3实验结果分析将定子与转子的接触过程等效为一个作椭圆运动的单个齿对转子的驱动，建立了图4所示的超声电机接触界面摩擦磨损简化模型，图4．a为摩擦接触材料粘贴在转子面时的接触过程，图4-b为摩擦接触材料粘贴在定子齿面时的接触过程。(a)转子接触层(b)定子接触层图4超声电机接触界面摩擦磨损简化模型3．1