超聲波電機(jī)用摩擦材料的研究進(jìn)展
摘要：超聲波電機(jī)是種依靠摩擦為驅(qū)動(dòng)力的新型驅(qū)動(dòng)器。摩擦材料作為超聲波電機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其性能的優(yōu)劣在很大程度上影響和制約著超聲波電機(jī)的發(fā)腱與應(yīng)用。歸納并探|寸了超聲波電機(jī)摩擦材料的基本要求與國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展�；谛胁ㄐ统暡姍C(jī)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)及運(yùn)行規(guī)律，從摩擦學(xué)、接觸力學(xué)和材料學(xué)三個(gè)方面對(duì)超聲波電機(jī)用摩擦材判的特殊要求進(jìn)行了探討，初步得出了超聲波電機(jī)摩擦材料應(yīng)具有優(yōu)良的摩擦學(xué)、一定的接觸變形和一定的結(jié)構(gòu)特性三個(gè)方面的特殊要求。最后，針對(duì)超聲波電機(jī)用摩擦材料研究中存在的問(wèn)題，提出了一些值得重視的研究?jī)?nèi)容。
關(guān)鍵詞：超聲波電機(jī)；摩擦材料；研究進(jìn)展；特殊要求
0引言 超聲波電機(jī)是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的新型驅(qū)動(dòng)器，其工作原理如圖1所示。它主要由定子壓電陶瓷和轉(zhuǎn)子摩擦材料等組成，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，使定子表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生超聲頻域的橢圓形振動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)子和定子的接觸摩擦驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。與電磁電機(jī)相比具有以下一些特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，低速大力矩，響應(yīng)快速，控制精度高，無(wú)磁場(chǎng)干擾，體積小重量輕，適合劣
工作環(huán)境等�；谏鲜鎏攸c(diǎn)，超聲波電機(jī)受到國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的關(guān)注，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，已在航空航天、武器裝備、微型機(jī)器人、精密定位等領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。
國(guó)1超聲波電機(jī)工作原理
由圖1可知，超聲波電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子組成一對(duì)特殊的摩擦副，涉及到聲學(xué)、摩擦學(xué)、材料學(xué)和接觸力學(xué)等多學(xué)科的交叉。接觸表面高頻振動(dòng)的存在，使摩擦副的摩擦變得復(fù)雜，給摩擦學(xué)
研究帶來(lái)許多新問(wèn)題，形成了超聲波電機(jī)摩擦學(xué)新領(lǐng)域。摩擦材料作為超聲波電機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其磨損及設(shè)計(jì)一直是研究人員致力于研究的熱點(diǎn)課題。超聲波電機(jī)的摩擦驅(qū)動(dòng)原理決定了其接觸界面的磨損和疲勞是不可避免的，而摩擦材料通常是主要的易磨損部件，由于磨損的不可控性，使超聲波電機(jī)的性能壽命難于控制，限制了其優(yōu)越性能的發(fā)揮及應(yīng)用。因此，近年來(lái)，摩擦界面、摩擦材料的動(dòng)態(tài)性能演變及超聲波電機(jī)的壽命預(yù)測(cè)等引起了人們的重視”。世界各國(guó)都在研究新型摩擦材料，期望提高超聲波電機(jī)的使用壽命和可靠性。
本文對(duì)國(guó)內(nèi)外超聲波電機(jī)摩擦材料研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題進(jìn)行歸納與探討；針對(duì)行波型超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)律，從摩擦學(xué)、接觸力學(xué)和材料學(xué)三個(gè)方面對(duì)摩擦材料的特殊要求進(jìn)行分析，并討論超聲波電機(jī)摩擦學(xué)及摩擦材料等若干值得重視的研究課題。
1摩擦材料研究現(xiàn)狀
1 1摩擦材料基本要求
超聲波電機(jī)是靠摩擦傳遞動(dòng)力的，定轉(zhuǎn)子摩擦副的磨損是不可避免的，為了保護(hù)定子，通常將摩擦材料作為主要的被磨損對(duì)象，一旦超聲波電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子材料選定，摩擦材料設(shè)計(jì)就成
為改善超聲波電機(jī)性能的關(guān)鍵因素，它對(duì)超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率、輸出性能和使用壽命具有至關(guān)重要的作用。一般超聲波電機(jī)摩擦材料應(yīng)滿足以下基本要求：
(I)適合的摩擦系數(shù)，以便將振動(dòng)能高效地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能；
f2)耐磨性高且對(duì)偶件的磨損也很輕微；
(3)接觸摩擦噪聲低；
(4)摩擦性能穩(wěn)定，能長(zhǎng)=期穩(wěn)定地工作：
(5)有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，特別是適當(dāng)?shù)挠捕龋?BR> (6)動(dòng)、靜摩擦系數(shù)接近，低速無(wú)蠕動(dòng)、爬行現(xiàn)象：
(7)接觸時(shí)不引起定子和轉(zhuǎn)子問(wèn)的附加振動(dòng)，特別是要求不吸收定子的切向振動(dòng)；
(8)可進(jìn)行精密加工，耐高、低溫及物理化學(xué)性能穩(wěn)定等。
自從超聲波電機(jī)出現(xiàn)，摩擦材料就成為電機(jī)設(shè)計(jì)者和摩擦學(xué)家十分關(guān)心的問(wèn)題�；诔暡姍C(jī)對(duì)摩擦材料的基本要求，縱觀國(guó)內(nèi)外發(fā)展，已研制出幾種性能、多個(gè)品種的超聲波電機(jī)摩擦材料，歸納起來(lái)可分為：
f1)橡膠基摩擦材料；
(2)樹(shù)脂基摩擦材料“4
(3)涂、鍍層基摩擦材料㈣
f4)陶瓷材料，含油粉末冶金材料。
盡管品種繁多，性能各異，但超聲波電機(jī)使用壽命仍然不長(zhǎng)，據(jù)報(bào)道使用國(guó)外摩擦材料的行波超聲波電機(jī)負(fù)載壽命不超過(guò)．3000小時(shí)，用國(guó)內(nèi)摩擦材料的電機(jī)使用壽命2000小時(shí)左右，并且轉(zhuǎn)換效率不超過(guò)40。特別是隨著摩擦材料的磨損，超聲波電機(jī)接觸狀態(tài)的改變，導(dǎo)致超聲波電機(jī)的性能壽命逐漸衰退，嚴(yán)重限制了超聲波電機(jī)特有的高性能的發(fā)揮。因此，如何提高超聲波電機(jī)的性能壽命，成為各國(guó)學(xué)者和電機(jī)制造商努力研究的熱點(diǎn)問(wèn)題““。以日本shinsei公司超聲波電機(jī)為例，近十年來(lái)
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