超声电机抗老化摩擦材料研究.pdf

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1、硕士学位论文超声电机抗老化摩擦材料研究RESEARCHONANTIAGINGFRICTIONMATERIALOFULTRASONICMOTOR魏仁煌哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH117.1学校代码：10213国际图书分类号：621.8密级：公开工学硕士学位论文超声电机抗老化摩擦材料研究(学术型)硕士研究生：魏仁煌导师：曲建俊教授申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TH117.1U.D.C：621.8Dissertati

2、onfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONANTIAGINGFRICTIONMATERIALOFULTRASONICMOTOR(AcademicType)Candidate：WeiRenhuangSupervisor：Prof.QuJianjunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofD

3、efence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要超声电机是一种基于压电效应的新型电机。与传统电磁电机相比，超声电机具有结构紧凑、响应速度快、不受外界磁场干扰等独特的优点，使其在精密装备制造中具有广阔的应用前景。目前超声电机在长时间静置存储以后，超声电机摩擦材料容易发生老化与蠕变，使得超声电机运转稳定性变差，甚至出现超声电机在原有频率下无法正常启动的问题，这严重制约了超声电机的推广应用。因此，探明超声电机启动退化机理，研制综合性能优良且耐存

4、储的超声电机摩擦材料具有非常重要的意义。本文从分析旋转行波型超声电机特殊的驱动方式入手，研究了超声电机摩擦材料的弹性模量、接触包角、以及接触界面间的摩擦系数对超声电机驱动性能的影响；根据超声电机定子表面质点运动方程和转子运动方程以及能量守恒的原理，建立了超声电机接触界面能量传递模型；基于所建立的模型，分析了摩擦材料老化与蠕变对超声电机性能的影响，为超声电机摩擦材料组分选择以及配方设计提供了理论基础。为制备出满足课题要求的超声电机摩擦材料，对实验室原有摩擦材料进行加速老化与蠕变实验，得出了超声电机接触界面启动退化的主要原因是摩擦材料老化导致摩擦

5、材料力学性能下降，电机定、转子接触界面间摩擦系数发生变化，且材料蠕变使摩擦材料表面凹凸不平，增大了超声电机运转过程中的能量损失。摩擦材料蠕变严重时，超声电机定子将与摩擦材料表面相互嵌合，导致超声电机启动阻力增大，电机在原有频率下无法正常启动。根据所建立的超声电机接触界面能量传递模型，以及摩擦材料老化与蠕变对电机性能的影响规律。选择以聚四氟乙烯和聚酰亚胺作为摩擦材料主要基体组分，利用均匀试验设计的方法，研究摩擦材料各填料组分含量对摩擦材料性能的影响规律，得出各填料的合理用量范围。利用回归分析的方法对所设计的摩擦材料配方进行进一步优化，研制出了一

6、种综合性能优良且耐存储的超声电机摩擦材料。关键词：超声电机；能量传递模型；摩擦材料；老化；蠕变-I-AbstractAbstractUltrasonicmotorisanewtypeofmotorbasedonpiezoelectriceffect.Comparedwiththetraditionalelectromagneticmotor,theultrasonicmotorhassomeuniqueadvantagesinitsstructureanddrivingcharacteristics,suchascompactstructur

7、e,fastresponsespeed,andfreefromexternalmagneticfieldinterference.Ithasabroadapplicationprospectinprecisionequipmentmanufacturing.Afterlongtimestationarystorage,thefrictionmaterialsofultrasonicmotorsarepronetoagingandcreepwear,whichmakestheoperationstabilityoftheultrasonicmo

8、torworse,eventhephenomenonthattheultrasonicmotorcannotstartnormally,whichseriously