曲建俊，王彥利，曲焱炎，毛慶波
(哈爾濱工業人學，黑龍江哈爾濱150001)
摘 要：超盧電機摩擦材料應同時具有良好的摩擦學特性和一定的接觸變形要求，目前所用單一均質結構摩擦材料較難滿足，需要研制新型摩擦材料。本文從摩擦學的減摩結構模型反推出一種增摩結構模型，采用表面粘涂法研制了一種具有增摩結構的涂層摩擦材料。利用超聲電機模擬試驗裝置考察了涂層厚度對超聲電機性能的影響，初步驗證了模型的正確性。在本文的試驗條件下，當涂層材料表層厚度為1mm，底層厚度為0 7mm左右時，超聲電機具有較好的性能。與其他種類的摩擦材料比較表明：具有增摩結構的摩擦材料可以滿足超聲電機的使用要求，可望提升超聲電機的性能，具有良好的發展前景。
關鍵詞：超聲電機；摩擦材料；涂層；增摩
摩擦材料的性能直接影響超聲電機的驅動特性和使用壽命[1]。超聲電機對摩擦材料的要求可分為兩方面，其一是摩擦材料的摩擦學特性，具有較大的摩擦系數、低磨損、對偶件磨傷小，抗熱衰退強；其二是摩擦材料的接觸變形特性，需要摩擦材料具有一定的變形能力，以利于有效地傳遞能量；此外，具有較好的聲學特性和合適的硬度，噪音小，熱穩定性好，以及良好的精密加工性也是必要的。
近年來，國內外已研制出了多種超聲電機摩擦材料[2-9]，不僅如此，在摩擦材料的性能，如硬度、彈性模量、尺寸厚度[2，10-12]以及各向異性結構[13,14]等對超聲電機輸出特性的影響也進行了實驗和仿真研究。然而，多數研究單位或學者在實驗分析過程中采用的是單一均質片狀結構的摩擦材料，此種摩擦材料要同時滿足摩擦學和接觸變形要求存在一定的限制，較難進一步提升超聲電機的性能。
目前，人們一方面在研究改進現有摩擦材料問題，以提高其性能；另一方面也在探索研制新型超聲電機摩擦材料。針對超聲電機對摩擦材料的特殊要求，建立具有指導意義的摩擦材料設計模型。因此，本文首先提出一種具有增摩結構的摩擦材料設計模型，然后采用表面粘涂法研制一種具有增摩結構的涂層摩擦材料[15]，考查了表、底涂層厚度變化對超聲電機性能的影啊。同時與其他摩擦材料進行超聲電機性能對比，期望研制一種具有增摩結構的超聲電機涂層摩擦材料。
1 增摩結構涂層設計原理
1 1超聲電機接觸模型
圖l所示為在半個波長上行波超聲電機定轉子的接觸情況，h為摩擦材度，w為在預壓力FN作用下摩擦材料的法向接觸變形量，2L為定轉子的接觸區域。
式中，μd為摩擦系數，P（χ）為接觸區域單位長度上的預壓力。
從驅動力公式可以看出，摩擦材料的摩擦系數和接觸區域對驅動具有重要影響。
1 2增摩模型的建立
根據粘著理論[16]摩擦的材料，一種減摩模型如圖2所示，它是在剛度大的硬基體表面設置一薄層剛度較小的軟表面膜的復合結構，當與對偶件摩擦時，可獲得較小的摩擦力。摩擦力F=Ar×τ，Ar 是接觸面積，τ是材料的剪切強度極限。
考慮材料是一種大摩擦特性材料，可以反向應用減摩模型。將剛度大的硬薄膜層置于表層，在其利硬基體之間增加一層剛度小的軟捌料層，結構如圖3所示，以軟材料層為整體材料的底層，硬材料層為整體材料的表層。接觸變形量在一定程度上由剛度小的軟底層材料決定，在預壓力一定時，摩擦副可以獲得較大的接觸面積。由粘著理論可知，表層材料硬度大，剪切強度極限大，因此，在接觸面間可以獲得較大的摩擦力，此種結構就構成了增摩模型，同時這種結構還
可以使摩擦材料獲得較好的耐磨性。
2涂層摩擦材料的制備
2 .1涂層組成及表層摩擦性能
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