超声马达转子摩擦材料厚度对驱动性能的影响研究

制备了一系列不同厚度的摩擦材料 ,利用超声马达摩擦特性模拟试验装置 ,研究了摩擦材料厚度对超声马达空载转速和堵转力矩的影响 .基于一个简化的行波超声马达定子和转子接触模型 ,用有限元法计算了定子和转子接触变形随摩擦材料厚度的变化规律 ,提出了定子和转子具有合理接触变形的摩擦材料厚度范围 .根据试验和理论计算结果确定了摩擦材料最佳厚度 ,为超声马达摩擦材料厚度设计提供了理论依据     

基于行波型超声马达的超声波振动减摩试验研究

提出了行波型超声马达振动减摩的几何模型,采用电磁电机驱动、电磁电机结合一路驻波振动驱动及行波型超声马达驱动3种驱动方式模拟行波型超声马达摩擦驱动特点,借助超声马达摩擦特性模拟试验装置,引入摩擦系数降低率的概念,研究了电机转速、预压力、超声波激励电压和摩擦材料等对定、转子摩擦副摩擦系数的影响.结果表明:在较高相对滑动速度、小预压力及大振幅条件下,超声波振动减摩现象显著.     

超声马达摩擦学及其摩擦材料研究进展

超声马达是一种新型原动机，与普通电磁马达不同，这是一种摩擦驱动马达．为了促进超声马达的发展，对其研究中关于定子与转子界面接触驱动特性和摩擦磨损特性，超声波振动对定子和转子接触界面摩擦学特性的影响，转子摩擦材料的选择及其寿命预测等，从摩擦学角度对国内外的研究进展进行了综合归纳与评述，并且针对超声马达摩擦驱动的特点，提出了当前值得重视的一些研究内容．     

摩擦材料应用方式对超声波电机驱动特性的影响

摩擦材料是超声波电机的关键零件,其应用方式直接影响超声波电机的驱动特性.以行波超声波电机为研究对象,将摩擦材料分别应用到转子和定子上,与相应的定子和转子组合,模拟超声波电机的接触方式,研究了超声波电机的负载和磨损特性随摩擦材料应用方式的变化规律.借助于阻抗仪测试了摩擦材料应用到定子齿面前后的阻抗特性,采用精密粗糙度仪和金相显微镜评价了超声波电机定子和转子接触界面磨损前后的形貌变化及其磨损模式.结果表明:当摩擦材料应用到定子齿面时,定子的谐振频率略微降低;当2台超声波电机空载转速相同时,摩擦材料应用到定子齿面与金属转子配副时可获得较大的堵转力矩,定子摩擦材料表面呈现抛光的磨损特征,而当摩擦材料应用到转子表面与金属定子配副时,转子摩擦材料表面呈现较严重的犁沟磨损.     

超声马达转子摩擦材料磨损特性研究

利用MPX－200型销－盘摩擦磨损试验机和自制的超声马达摩擦特性模拟试验台,考察了摩擦材料在普通滑动试验和超声马达试验条件下的磨损性能,研究了接触预压紧力和负载力矩对转子摩擦材料磨损状态的影响,并借助于扫描电子显微镜和光学显微镜对摩擦材料磨损机理进行分析,指出可用绝对转差率Sf描述超声马达定子和转子相对滑动摩擦磨损程度。结果表明,摩擦材料在超声马达试验条件下的磨损状态与普通滑动试验条件下的不同,普通滑动试验时摩擦材料磨损表面形成了层状覆盖膜,而超声马达转子摩擦材料磨损表面无覆盖膜,其表面呈现犁沟磨损和疲劳剥层磨损特征,这种磨损特征随预压紧力和负载力矩变化而变化,与绝对转差率Sf有关,且存在2个临界转变区。     

超声马达梯度涂层摩擦材料研究

超声马达摩擦材料应同时具有良好的摩擦学特性和一定的接触变形要求,目前所用单一均质结构摩擦材料较难满足这一要求,需要研制新型摩擦材料.本文从摩擦学的减摩结构模型反推出一种增摩结构模型,针对超声马达对摩擦材料的要求,提出梯度涂层摩擦材料的设计思想,采用表面黏涂法研制了一种具有梯度结构的涂层摩擦材料.利用超声马达模拟试验装置考察了涂层厚度对超声马达性能的影响,初步验证了模型的正确性.在本文的试验条件下,当涂层材料表层厚度为1mm,底层厚度为0.7mm左右时,超声马达具有较好的性能.与其它种类的摩擦材料相比较,梯度涂层摩擦材料可以满足超声马达的使用要求,可望提升超声马达的性能,具有良好的发展前景.     

行波型超声波电机摩擦特性的实验研究

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等.     

定子表面织构对超声电机性能的影响

针对超声电机摩擦材料磨损严重和温升高的问题，采用在定子表面加工微织构的方法，提高了电机机械特性并降低了摩擦材料磨损. 首先，用显微镜测量超声电机定子表面摩擦材料黏着区域，设计出三种不同密度的凹坑织构，采用激光的方法加工在定子表面；然后，测试超声电机负载特性、效率特性和温升特性并观察定子表面. 结果表明:3-凹坑织构定子电机空载转速最高，相比光滑定子电机高出12.1%，5-凹坑织构定子电机堵转转矩和最大效率最高，分别高于光滑定子电机13.04%和17.1%，同时电机的温升也有所降低. 通过观察定子表面发现，凹坑织构有大幅降低摩擦材料黏着的作用，这种作用可以增加电机接触界面能量转换效率，提高了电机的性能并降低了摩擦材料的磨损.      

基于声流的非接触超声电机理论分析与试验研究

针对传统超声电机存在严重的摩擦磨损及难以长时间连续工作的问题,本文中基于声流原理设计了1种新型的非接触式超声电机.建立电机定子谐响应有限元分析模型,获得其工作频率及结构振型,并对悬浮间隙内的声流场进行建模,采用雷诺应力法求解声流场驱动力,分析不同激励电压下转子转速以及驱动力的变化规律.为验证模型的合理性,搭建试验测试系统并进行性能测试对比分析.结果表明,该电机在声流驱动下能够稳定地运转,转速随着电压的升高而单调上升,驱动电压为1 430 V时,转子转速可以达到28 r/min.理论结果与试验结果具有较好的一致性,验证了模型的合理性.     

低温环境下矿井提升钢丝绳摩擦磨损特性研究

为探究低温环境下矿井缠绕提升钢丝绳之间的滑动摩擦磨损特性,使用自制的低温环境钢丝绳摩擦磨损试验装置,以6×19+FC钢丝绳为研究对象,探究低温环境下干摩擦和水油润滑状态下钢丝绳的摩擦磨损特性. 研究结果表明:干摩擦时,摩擦系数随环境温度的降低小幅增大,在?25 ℃时达到最大值,约0.85. 油水润滑状态时,摩擦系数、磨损面积和磨损深度均明显小于干摩擦状态,平均磨损面积减小了约3倍,平均磨损深度减小了约7倍,平均摩擦系数随环境温度的降低先增大后减小,在?15 ℃时达到最大值,约0.35. 此外,随着温度的降低,干摩擦状态时钢丝绳的磨损机理由氧化磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和黏着磨损;油水润滑状态时,钢丝绳的氧化磨损减弱,黏着磨损先加重后减弱.      

三轴转台执行机构起动摩擦特性的测试与研究

本文以液压马达作为研究对象,对其起动摩擦特性进行了测试与分析。实时获得了驱动扭矩、被测马达转角的变化过程。通过建模分析,准确估计出了起动时动、静摩擦特性的变化规律。得出了液压马达在起动的瞬间不存在摩擦力瞬态突变的结论,并据此对摩擦振动的产生机理加以分析,推导了产生爬行的各种临界条件。     

柔性转子弹性对行波旋转超声电机接触特性的影响

转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩擦应力驱动和阻碍子区等空间分布角度,研究了柔性转子弹性对TRUM摩擦界面的动态接触行为和摩擦损耗的影响.结果表明：柔性转子在轴向、径向和切向均呈现出一定的振动速度,且在接触界面沿圆周方向与定子各向速度形成一定的相位关系,显著影响界面动态接触特性、摩擦特性和摩擦损耗;柔性转子与定子轴向位移分布的相位一致性表明,定子与摩擦层的接触界面具有类齿轮啮合机制;与以往中间驱动两端阻碍的分布结果不同,考虑转/定子动力学耦合的接触区摩擦应力分布为一端驱动和一端阻碍的新机制.计算结果表明在建模过程中忽略柔性转子弹性得到的界面摩擦损耗要比考虑柔性转子弹性获得的摩擦损耗大得多,主要原因：(1)柔性转子径向刚度小,摩擦力作用下接触区的运动方向与定子相同,从而减小了径向速度差和径向摩擦损耗;(2)柔性转子界面的切向振动特性,改变了接触界面黏-滑子区分布,使得行波远离端的摩擦应力阻碍子区消失...     

行波型超声电机定子摩擦材料的研制及其摩擦磨损性能研究

针对超声电机的工作特性,以环氧树脂为基体,石墨、三氧化二铝和聚四氟乙烯等为填料,采用粘涂法研制出行波型超声电机定子用摩擦材料,与同种转子摩擦材料进行了对比试验研究.结果表明:所研制的定子摩擦材料在Φ60超声电机中具有良好的机械特性,工作频率明显变宽,半峰宽提高2倍左右,可以提高电机的工作稳定性;随着预压力增加,定子摩擦材料在超声振动条件下的摩擦系数降幅变小,其磨损机制主要为粘着磨损和疲劳磨损.     

MoS2基复合薄膜润滑球轴承在真空环境下的摩擦性能研究

分析了MoS2基复合薄膜润滑球轴承的润滑机制,研究了MoS2基复合薄膜润滑深沟球轴承在不同真空度下的摩擦力矩,在真空度4×10^-4Pa条件下,对空间光学调制器支撑轴承进行1 a的工程试验,并采用扫描电子显微镜和能量色散谱仪分析轴承表面及工作区的形貌及其成分.结果表明：在4×10^-4Pa下,轴承的摩擦力矩随转速增加而趋于稳定;空间光学调制器中MoS2基复合薄膜润滑球轴承在工作区内生成了转移膜,使得轴承的摩擦力矩变小,并实现了108量级的转动圈数.由此证明MoS2基复合薄膜润滑球轴承适用于真空环境中.     

氯苯基硅油润滑球轴承在真空环境下摩擦性能与泄漏量研究

阐明氯苯基硅油润滑球轴承的润滑机理,对不同真空度和转速下的轴承摩擦力矩进行研究.在真空度3×10 ^-5Pa条件下,选用FY-3卫星“紫外臭氧垂直探测仪”光学调制器电机样机和进口电机进行8个月工程试验后,利用高倍显微镜分析试验轴承表观状态,并分析氯苯基硅油的泄漏量.结果表明:在3×10^-5Pa下,所用试验轴承的摩擦力矩值随着转速的增大而趋向稳定;氯苯基硅油润滑球轴承摩擦力矩的变化量为9.8×10^-4Nm,小于采用Maplub101润滑的进口电机轴承摩擦力矩变化量;试验期间氯苯基硅油的泄漏量为1.92mg,证明采用氯苯基硅油润滑适合光学调制器在真空环境下长期运转     

陀螺电机用H型动压气体轴承启动摩擦特性分析

为减小陀螺电机用H型动压气体轴承启动过程中的摩擦与磨损,建立了考虑表面粗糙接触与润滑的H型动压气体轴承模型,对其启动摩擦特性进行研究。首先,通过求解轴粗糙表面在转子重力作用下的弹性变形,确定启动前转子启动位置和启动力矩。然后,对表面粗糙接触与润滑方程、转子五自由度运动方程进行联立求解,得到启动过程中轴承承载力、运动轨迹、接触面积等特性,并通过接触面积减为0来判断转子的浮起时间和浮起转速。最后,研究轴承表面粗糙度和腔型结构等参数对轴承启动摩擦特性的影响。分析结果表明:减小粗糙表面峰顶标准差可降低浮起转速、减小磨损范围;随着腔宽比的增大,浮起转速增大、磨损范围减小;而随着腔深的增大,浮起转速和磨损范围均先减小后增大,腔深为1.0μm和2.0μm时浮起转速和磨损范围分别最小。     

钛硅碳衍生碳涂层在真空中的摩擦与磨损行为研究

采用高温氯化法(800℃,5%Cl2+Ar)制备了钛硅碳衍生碳涂层(CDC@Ti_3SiC_2).通过真空浸渍处理,将1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(LP106)浸渍到多孔层状结构的CDC@Ti_3SiC_2涂层中,得到固-液复合润滑涂层(CDC@Ti_3SiC_2-LP106).以Si_3N_4球为摩擦配副,分别考察了Ti_3SiC_2、CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层在两种真空模式下的摩擦磨损性能.这两种真空模式分别为固定真空度(10–4Pa)和改变真空度(由105Pa逐渐减小至10–4Pa).随着真空度的增大,CDC@Ti_3SiC_2涂层的摩擦系数呈现先减小后增大的趋势.相比较而言,CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层的摩擦系数低且对真空度变化不敏感.在两种真空模式下,CDC@Ti_3SiC_2和CDC@Ti_3SiC_2-LP106涂层均显著减小了Ti_3SiC_2的摩擦系数,但其抗磨损性能并没有明显提高.     

聚四氟乙烯在真空条件下的摩擦特性

本文描述了一台专用的真空摩擦试验装置,并给出了真空度为10~(-3)托下,PTFE-花岗石、PTFE—镀铬铜和PTFE—钢球三种摩擦副材料的f-v实验曲线;给出了接触压力为不同数值时PTFE—花岗石的动、静摩擦系数,并比较了它们在大气和真空下的f—v曲线。试验结果表明,PTFE—花岗石的动、静摩擦系数之差是三种摩擦副中最低的,仅为0.02。而PTFE—镀铬铜的动摩擦系数最低(0.067),但其动、静摩擦系数之差最大。故选用PTF正-花岗石作为真空中低速、低负荷工作台导轨面材料有可能收到减小低速爬行的效果。     

WC-Ni-PbO高温自润滑金属陶瓷材料的研究

作者考察了热压烧结WC-Ni-PbO金属陶瓷材料的高温摩擦学性能,发现其在400～600℃的温度范围内具有较高的机械强度和良好的自润滑性,而且在比较高的滑动速度和负荷条件下的摩擦磨损性能更优。X-射线衍射分析表明,这种材料的主要成分是Ni、WC和PbWO_4。随着环境温度的升高,材料摩擦轨迹上PbWO_4的含量逐渐增多,摩擦系数逐渐下降,表明PbWO_4具有高温润滑性。WC-Ni-PbO材料的摩擦温度特性与PbO的不同,无论是未经摩擦的材料,还是在其摩擦轨迹上,均未发现PbO的存在。     

预压力对超声电机输出特性影响的实验研究

 利用实验方法研究了预压力对行波超声电机摩擦界面输出特性 诸如空载转速、堵转扭矩等等的影响；对实验结果进行了详细的分 析，得出了一些规律性的结论，指出预压力存在一优值范围，可通过 预压力的调节来调整超声电机的输出特性；对现有摩擦驱动模型的仿 真结果进行了验证，提出了对现有模型的改进意见，为行波超声电机 摩擦界面的设计提供了依据.