超聲波電機用摩擦材料的研究進展
摘要：超聲波電機是種依靠摩擦為驅動力的新型驅動器。摩擦材料作為超聲波電機的關鍵部件之一，其性能的優劣在很大程度上影響和制約著超聲波電機的發腱與應用。歸納并探|寸了超聲波電機摩擦材料的基本要求與國內外研究進展。基于行波型超聲波電機驅動特點及運行規律，從摩擦學、接觸力學和材料學三個方面對超聲波電機用摩擦材判的特殊要求進行了探討，初步得出了超聲波電機摩擦材料應具有優良的摩擦學、一定的接觸變形和一定的結構特性三個方面的特殊要求。最后，針對超聲波電機用摩擦材料研究中存在的問題，提出了一些值得重視的研究內容。
關鍵詞：超聲波電機；摩擦材料；研究進展；特殊要求
0引言 超聲波電機是20世紀80年代末發展起來的新型驅動器，其工作原理如圖1所示。它主要由定子壓電陶瓷和轉子摩擦材料等組成，利用壓電陶瓷的逆壓電效應，使定子表面質點產生超聲頻域的橢圓形振動，通過轉子和定子的接觸摩擦驅動轉子轉動。與電磁電機相比具有以下一些特點：結構緊湊，低速大力矩，響應快速，控制精度高，無磁場干擾，體積小重量輕，適合劣
工作環境等。基于上述特點，超聲波電機受到國內外越來越多的關注，具有廣泛的應用領域，已在航空航天、武器裝備、微型機器人、精密定位等領域得到了成功應用。
國1超聲波電機工作原理
由圖1可知，超聲波電機的定子和轉子組成一對特殊的摩擦副，涉及到聲學、摩擦學、材料學和接觸力學等多學科的交叉。接觸表面高頻振動的存在，使摩擦副的摩擦變得復雜，給摩擦學
研究帶來許多新問題，形成了超聲波電機摩擦學新領域。摩擦材料作為超聲波電機的關鍵部件之一，其磨損及設計一直是研究人員致力于研究的熱點課題。超聲波電機的摩擦驅動原理決定了其接觸界面的磨損和疲勞是不可避免的，而摩擦材料通常是主要的易磨損部件，由于磨損的不可控性，使超聲波電機的性能壽命難于控制，限制了其優越性能的發揮及應用。因此，近年來，摩擦界面、摩擦材料的動態性能演變及超聲波電機的壽命預測等引起了人們的重視”。世界各國都在研究新型摩擦材料，期望提高超聲波電機的使用壽命和可靠性。
本文對國內外超聲波電機摩擦材料研究現狀及存在問題進行歸納與探討；針對行波型超聲波電機的驅動特點和運行規律，從摩擦學、接觸力學和材料學三個方面對摩擦材料的特殊要求進行分析，并討論超聲波電機摩擦學及摩擦材料等若干值得重視的研究課題。
1摩擦材料研究現狀
1 1摩擦材料基本要求
超聲波電機是靠摩擦傳遞動力的，定轉子摩擦副的磨損是不可避免的，為了保護定子，通常將摩擦材料作為主要的被磨損對象，一旦超聲波電機的定子和轉子材料選定，摩擦材料設計就成
為改善超聲波電機性能的關鍵因素，它對超聲波電機的轉換效率、輸出性能和使用壽命具有至關重要的作用。一般超聲波電機摩擦材料應滿足以下基本要求：
(I)適合的摩擦系數，以便將振動能高效地轉化成機械能；
f2)耐磨性高且對偶件的磨損也很輕微；
(3)接觸摩擦噪聲低；
(4)摩擦性能穩定，能長=期穩定地工作：
(5)有適當的機械性能，特別是適當的硬度；
(6)動、靜摩擦系數接近，低速無蠕動、爬行現象：
(7)接觸時不引起定子和轉子問的附加振動，特別是要求不吸收定子的切向振動；
(8)可進行精密加工，耐高、低溫及物理化學性能穩定等。
自從超聲波電機出現，摩擦材料就成為電機設計者和摩擦學家十分關心的問題�；诔暡姍C對摩擦材料的基本要求，縱觀國內外發展，已研制出幾種性能、多個品種的超聲波電機摩擦材料，歸納起來可分為：
f1)橡膠基摩擦材料；
(2)樹脂基摩擦材料“4
(3)涂、鍍層基摩擦材料㈣
f4)陶瓷材料，含油粉末冶金材料。
盡管品種繁多，性能各異，但超聲波電機使用壽命仍然不長，據報道使用國外摩擦材料的行波超聲波電機負載壽命不超過．3000小時，用國內摩擦材料的電機使用壽命2000小時左右，并且轉換效率不超過40。特別是隨著摩擦材料的磨損，超聲波電機接觸狀態的改變，導致超聲波電機的性能壽命逐漸衰退，嚴重限制了超聲波電機特有的高性能的發揮。因此，如何提高超聲波電機的性能壽命，成為各國學者和電機制造商努力研究的熱點問題““。以日本shinsei公司超聲波電機為例，近十年來
|
