基于超声悬浮轴承的微扭矩测量系统.pdf

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1、134传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第7期基于超声悬浮轴承的微扭矩测量系统潘松，王冬，黄卫清(南京航空航天大学精密驱动研究所，江苏南京210016)摘要：基于兰杰文一阶纵振设计了一种新型超声悬浮轴承和一种微扭矩测量系统，该系统可以减小输出轴上的摩擦，增加输出扭矩；搭建了实验平台，在超声悬浮轴承工作和未工作条件下进行对比实验，实验结果表明，该超声悬浮轴承在工作状态下可以将机械摩擦损耗减小80％左右。关键词：超声振动；扭矩测量；轴承中图分

2、类号：TH133．3文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)07-0134-03AkindofmicrotorquetestingsystembasedonultrasoniclevitationbearingPANSong，WANGDong，HUANGWei—qing(PrecisionDrivingLaboratory，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：BasedonLangev

3、in—typefirstlongitudinalvibration，anewtypeofultrasoniclevitationbearingisproposed，andamicrotorquetestingsystemwhichcanreducethefrictionispresented．Anexperimentalplatformwasconstructed，comparativeexperimentsweremadeundertheworkingandthenon—workingconditionoft

4、hepiezoelectricultrasoniclevitationbearing．Theexperimentstestifythattheuhrasoniclevitationbearingcanreduce8O％ofthefrictionlossofshaftundertheworkingcondition．Keywords：ultrasonicvibration；torquetesting；bearing0引言1微扭矩测试系统的结构和工作原理微电机在微机械、微机构中应用广泛，其输出特性一本文提出的基于超

5、声悬浮轴承的微扭矩测量系统结构如图1所示，它由安装在微电机输出轴上的薄铝盘、超声悬输出扭矩同转速的关系是重要的机电参数之一。由于结构浮轴承、非接触制动组件(包括制动磁极和绕于其上的励尺寸(一般输出轴直径小于1mm)等原因，大多数微电机的磁线圈)、微力天平、砝码、用于控制天平平衡的配重、支扭矩是通过设计计算得到的，但实际值与设计差别较大。架、基座和杠杆组成。通过光电测速传感器测量铝盘的转本研究所研制的一系列微小超声电机输出力矩小，测试困速，并把它送人计算机采集系统。难，摩擦损失功率对输出测试结果影响比较大，为此，

6、本文提出了基于超声悬浮轴承的微扭矩测量系统。超声轴承是将超声振动用于轴颈的悬浮支承与动态润滑而构造的滑动轴承⋯，是超声技术在机械领域的一项较新的应用。超声轴承具有减摩性能好、旋转精度高、润滑简单、能保持良好的对中性等优点，与其他种类轴承相比具有独特的优势。本文根据超声减摩的原理，提出了一种新型的超声悬浮轴承，它能够将电机输出的小扭矩有效地传递到负载，减少摩擦和机械摩擦损耗，基于该轴承设计微扭矩测试图1微扭矩测试系统结构系统，验证本文所提出的超声轴承的减摩效果。Fig1Microtorquet~tingsyste

7、m收稿日期：2009-11_09基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50735002)；教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目；江苏省333高层次人才培养工程基金资助项目第7期潘松，等：基于超声悬浮轴承的微扭矩测量系统l35当电流流过励磁线圈时，两制动磁极缝隙中产生一定为强度的磁场。铝盘在被测微电机的带动下旋转，在磁场中M-2w(NI)ZL2n2．2，2，(3)rDrm切割磁力线，其内部产生电涡流，电涡流在磁场的作用下使式中Ⅳ为励磁线圈的匝数；￡为制动半径，m；r为铝盘导铝盘受到一个与运动方向相反的力。同时，

8、制动磁极将受电系数，n·m；6为磁极端面宽度，m；rm为磁路磁阻，1／H。到一个大小相等、方向相反的反作用力。该力通过放大杠通过1中的分析可以知道，该力通过杠杆后可以在微杆改变加在天平上的重力，通过微力天平的示数可精确测力天平上读出，根据天平的示数、杠杆比例和制动力中心到出该力的大小。此力与制动磁极到微电机轴心的距离的乘铝盘中心的距离可以得到作用于铝盘的制动力矩。积即为微电机的此转速下