几个影响行波型超声电机真空低温性能的因素

《几个影响行波型超声电机真空低温性能的因素》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、几个影响行波型超声电机真空低温性能的因素田秀，曲建俊，周宁宁(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)摘要：在真空低温的苛刻环境下，测试了盘形行波型超声电机的机械特性和负载稳定性。引入输出总功率的概念，来分析在真空低温下超声电机性能的变化情况。针对超声电机结构的特点，探讨了几个影响非常态下超声电机性能的因素，如胶粘剂、摩擦材料、压电陶瓷等，以指导非常态下的超声电机设计。结果表明，采用低温胶制作定子时，超声电机在低真空和低温．80℃环境下仍能运行。Ekonol基复合材料的摩擦性能受温度的影响较小，适合低温使用。关键词：行波型超声电机；真空；低温；摩擦材料0引言超声电机是借助摩擦

2、传递弹性超声波振动以获得动力的驱动机构【l】。与传统的电磁式电机相比，它具有【J低速大转矩、结构简单重量轻、无电磁干扰、高分辨率、摩擦自锁以及耐真空低温等优点，这与太空环境驱动器的要求相吻合。目前，真空、高／低温、湿热交变以及辐射等非常态极限环境下的超声电机应用，已逐渐成为国内外的研究热点。九十年代，真空低温下的超声电机应用研究机构主要有美国的MIT[引、JpL[4巧J、NASA和日本的东京工业大学【6j。近年，NewScaleTech公司与NASA联合开发出一种商用低温超声电机，可工作在．269。C[71。Dong等【8母J利用新型耐低温压电单晶体PMN．PT取代传统压电陶瓷

3、，研制出一种可工作在．196℃下的直线型超声电机。然而，对影响超声电机设计制作的因素，研究报道较少。在行波型超声电机的结构中，摩擦材料、压电陶瓷、粘结压电陶瓷与定子间的胶粘剂和轴承等因素，均可能受真空低温环境的影响。因此，本文针对上述因素，对超声电机的结构进行了考察。本文在低真空5Pa下，逐渐降低环境温度到低温．80℃而后逐渐升高至常温，研究了B13模态盘形行波型超声电机的负载特性和负载稳定性随环境温度的变化情况。并针对低温真空环境，考察了压电陶瓷与定子基体间的胶粘剂，PTFE、Ekonol、PF为基体的摩擦材料，压电陶瓷等因素对超声电机性能的影响，进而改进了超声电机的结构。此

4、后，利用改进的超声电机，测试了其在真空低温下的性能。旨在探索超声电机及其摩擦材料在真空低温下的性能，为真空低温下的电机的设计提供试验依据。1实验部分1．1试验装置试验采用的超声电机特性测试台的结构组成如图1所示。图l中间部分为超声电机加载结构，它采用40盘形行波型超声电机，其定子的内圆固定，振动模态为Bl3模态，该结构导热性良好。压电陶瓷粘于定子基体上，厚度为lmm。摩擦材料粘．．356．．在转子上，由下端的弹簧给定、转子加载预压力。试验台上方装有磁滞制动器，通过弹性联轴器与转子轴连接，给超声电机提供负载，并由接近传感器和压力传感器测试超声电机的转速和转矩。试验台下板缠有铜管，

5、利用液氮为整个试验台降温。定子底座上布置温度传感器测试定子温度，将试验台放入真空低温腔内。真空低温测试系统如图2所示，它由真空腔、真空控制部分、超声电机控制部分和低温控制部分组成。真空控制柜可使真空腔内实现从常态到高真空状态5×10。Pa的连续变化。低温控制部分可使真空腔内实现由常态到低温．192℃的连续变化。二者共同作用可使真空腔内获得真空低温的特殊环境。1．弹性联轴器；2．转予：3．摩擦材料；4．定子5．压电陶瓷；6一弹簧；7．轴承；8．压力传感器9．接近传感器：10．磁滞制动器图l超声电机特性测试台示意图图2超声电机真空低温测试系统1．2实验方法试验采用B13模态40盘形

6、行波型超声电机。在低真空5Pa环境下，将环境温度从室温降至一80℃。在试验中，超声电机的激励频率均选在高于该温度下的共振频率0．2KHz处，激励电压300V，预压力17．4N。①当考察胶粘剂对电机性能的影响时，用爱牢达胶(Araldite2011)和低温胶(DW-3)2种胶粘剂，粘定子金属体和压电陶瓷，并采用Ekonol基摩擦材料，测试了超声电机的机械特性；②当考察摩擦材料对电机性能的影响时，使用以PTFE、Ekonol和PF为基体的摩擦材料，测试超声电机的机械特性和-804C时的空载转速稳定性。③最后，使用低温胶和Ekonol摩擦材料，测试了改进后的超声电机的机械特性和在负载

7、13N．mm下的转速稳定性(其中一80。C时的转速为空载转速)。1．3超声电机性能试验分析方法一般的，超声电机的机械特性曲线走势有3种情况，如图3所示。当机械特性呈下凹的斜线时，称为超声电机：?的软特性；当机械特性曲线呈上凸的斜线时，称为超声电。机的硬特性。将坐标轴与机械特性曲线下方所围成的面积定义为MdP=』N·dM，(1)0这里，P称为输出总功率，Ⅳ、No、吩蚴分别为超声电机的转速、空载转速、转矩和堵转力矩。P表征了超oMdMf图3摩擦材料对应的机械特性特征声电机从空载到堵转的输出功率总