面向真空低溫下超聲波電機(jī)的振動(dòng)摩擦與懸浮特性研究.pdf

1、高頻振動(dòng)存在于許多機(jī)械系統(tǒng)中，通常它是不希望存在的。然而，在超聲波電機(jī)中，高頻振動(dòng)得到了恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用。超聲波電機(jī)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型驅(qū)動(dòng)器，其工作原理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲波振動(dòng)，通過(guò)摩擦進(jìn)行能量傳輸?；谄洫?dú)特的工作原理，超聲波電機(jī)被認(rèn)為是適合太空環(huán)境的理想驅(qū)動(dòng)器。然而，超聲波電機(jī)在真空低溫等極端環(huán)境的適應(yīng)性以及摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)理的研究較少，制約了超聲波電機(jī)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，本文針對(duì)以上問(wèn)題，進(jìn)行了系統(tǒng)的研

2、究。
　　在真空低溫環(huán)境下，研究了超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性。以60行波型超聲波電機(jī)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究了不同真空度和環(huán)境溫度下，超聲波電機(jī)的負(fù)載特性、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性、定子摩擦材料的磨損等。從超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和超聲波振動(dòng)減摩的角度，對(duì)真空低溫下超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行了初步分析。提出了真空低溫下超聲波電機(jī)摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)理的研究方法。
　　為了揭示真空低溫下超聲波電機(jī)的摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)理，將電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間的

3、橢圓形超聲波振動(dòng)，分解成水平方向的超聲波振動(dòng)和垂直方向的超聲波振動(dòng)，分別建立了普通滑動(dòng)下，水平超聲波振動(dòng)和垂直超聲波振動(dòng)的減摩模型。指出，普通滑動(dòng)下，水平超聲波振動(dòng)的減摩越大、垂直超聲波振動(dòng)的減摩越小，相同超聲波振動(dòng)條件下，超聲波電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩越高。分析了水平超聲波振動(dòng)和垂直超聲波振動(dòng)對(duì)摩擦材料磨損的影響。
　　針對(duì)超聲波振動(dòng)減摩實(shí)驗(yàn)研究的需要，設(shè)計(jì)了真空低溫超聲波振動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由超聲波振動(dòng)部分、滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、壓力加

4、載部分、摩擦力測(cè)量部分、降溫部分和機(jī)械支撐部分等六部分組成，為研究真空低溫下超聲波電機(jī)的摩擦驅(qū)動(dòng)特性提供了可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　在真空低溫環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)研究了超聲波振動(dòng)的減摩特性，并與理論預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較。得出了水平超聲波振動(dòng)的減摩特性和垂直超聲波振動(dòng)的減摩特性隨影響因素的變化規(guī)律，從摩擦的角度，揭示了真空低溫下超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性改變的原因。從提高超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和穩(wěn)定性的角度，歸納了降低超聲波電機(jī)中超聲減摩作用的措施。

5、>　　在常壓與真空下，實(shí)驗(yàn)研究了超聲波振動(dòng)對(duì)定轉(zhuǎn)子摩擦副材料磨損特性的影響。對(duì)比分析了不同超聲波振動(dòng)形式下、不同摩擦副組合以及常壓與真空下，定轉(zhuǎn)子摩擦副材料的磨損特性，得出了超聲波振動(dòng)條件下，材料的磨損機(jī)理。
　　利用電接觸法，研究了垂直超聲波振動(dòng)下兩接觸表面的接觸狀態(tài)。得出了兩表面的接觸時(shí)間隨振幅、預(yù)緊力和環(huán)境壓強(qiáng)的變化規(guī)律。搭建了超聲懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在不同環(huán)境壓強(qiáng)下實(shí)驗(yàn)研究了超聲懸浮特性，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較和分