摘要：透過(guò)環(huán)型超聲波電機(jī)定轉(zhuǎn)子接觸機(jī)理分析得到接觸表面應(yīng)力分布，利用摩擦學(xué)二項(xiàng)式定理，借助等效預(yù)壓力分析了接觸表面等效摩擦系數(shù)的變化，給出了計(jì)算定轉(zhuǎn)子接觸表面實(shí)際摩擦系數(shù)的理論模型。別單個(gè)波長(zhǎng)接觸區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力及等效摩擦系數(shù)分布進(jìn)行了計(jì)算，得到[甜定預(yù)壓力變振幅以及陶定振幅變預(yù)壓力情況摩擦系數(shù)的

變化。結(jié)果表明定予表面質(zhì)點(diǎn)超聲振動(dòng)的垂直方向位移是摩擦系數(shù)降低的根本原因，這為超聲波電機(jī)摩擦材料的選擇和使用提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：摩擦學(xué)一項(xiàng)式定理；超聲波電機(jī)；接觸模型；超聲振動(dòng)減摩

中圖分類號(hào)：tm351; tm36十1    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a    文章編號(hào)：1001-6848(2010)06-0039-04

    與傳統(tǒng)的電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式不同，超聲波電機(jī)通過(guò)摩擦驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，定轉(zhuǎn)子間的摩擦驅(qū)動(dòng)是其能量轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率及其工作壽命都具有決定作用，因此超聲波電機(jī)的摩擦特性研究受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。

    為了得到更大的摩擦輸出和較小的摩擦磨損，超聲波電機(jī)需要增摩減磨，通常選用不同的摩擦材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。朱濤濤等人對(duì)多種不同摩擦副間的摩擦特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，以得到更大的摩擦驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出和更持久的穩(wěn)定工作時(shí)間，為摩擦材料的選擇提供r一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。超聲減摩現(xiàn)象就是對(duì)于已定的摩擦材料在超聲波電機(jī)超聲振動(dòng)狀態(tài)定轉(zhuǎn)子間摩擦系數(shù)將低于普通狀態(tài)下摩擦面間的摩擦系數(shù)，日本的maeno博士首先發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象；國(guó)內(nèi)程光明教授和黃明軍教授等分別提出了轉(zhuǎn)子“騰空”和定轉(zhuǎn)子接觸時(shí)間減少觀點(diǎn)，但其振動(dòng)狀態(tài)與超聲波電機(jī)行波運(yùn)動(dòng)不完全相同；曲建俊教授及dr. storck等通過(guò)分析超聲振動(dòng)狀況下定轉(zhuǎn)子問(wèn)幾何接觸狀態(tài)，并考慮r定轉(zhuǎn)子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變化，認(rèn)為定子垂直方向的振動(dòng)所引起的定轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度變化是超聲振動(dòng)減摩的原因。雖然定子表面質(zhì)點(diǎn)垂直振動(dòng)是超聲振動(dòng)減摩現(xiàn)象根本原因的論點(diǎn)已得到基本認(rèn)同，但基于純駐波作用的“騰夸”與接觸時(shí)間減少理論和超聲波電機(jī)定轉(zhuǎn)子間的摩擦驅(qū)動(dòng)仍有差別；定子接觸區(qū)域表面質(zhì)點(diǎn)的垂直振動(dòng)還會(huì)引起轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)區(qū)域質(zhì)點(diǎn)速度相同的實(shí)時(shí)垂直微電機(jī)移動(dòng)，不會(huì)使定轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度顯著變化，因此相對(duì)滑動(dòng)速度造成超聲振動(dòng)減摩的論點(diǎn)還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

  本文從超聲振動(dòng)帶來(lái)的預(yù)壓力分布不均出發(fā)，對(duì)超聲振動(dòng)減摩現(xiàn)象給出了說(shuō)明。摩擦學(xué)研究表明，預(yù)壓力是影響摩擦系數(shù)的一個(gè)很重要的因素，超聲振動(dòng)時(shí)定轉(zhuǎn)子表面應(yīng)力分布與普通（無(wú)超聲振動(dòng)）情況下有著很大的差別，這就可能是超聲振動(dòng)減摩的一個(gè)重要原因，本文以環(huán)型行波超聲波電機(jī)為研究對(duì)象，著眼于分析摩擦系數(shù)與預(yù)壓力的關(guān)系，通過(guò)分析定轉(zhuǎn)子接觸面上應(yīng)力分布不同，得到接觸界面上等效摩擦系數(shù)分布，從理論上解釋了定轉(zhuǎn)子接觸界面平均摩擦系數(shù)變化的一個(gè)重要原因，從另一角度給摩擦層材料的選擇提供了一個(gè)指標(biāo)。

    摩擦學(xué)理論認(rèn)為，滑動(dòng)摩擦是克服表面粗糙峰的機(jī)械嚙合和分子吸引力的過(guò)程，摩擦力就是機(jī)械作用和分子作用阻力的總和，即：

式中，ffn為摩擦力；so和sm分別為分子作用和機(jī)械作用面積；τ0和τm為單位面積上分子作用和機(jī)械作用產(chǎn)生的摩擦力，實(shí)際接觸面積s=s0+sm。而摩擦力：

式中α、β是與材料有關(guān)的常數(shù)。摩擦系數(shù)為：

即摩擦學(xué)二項(xiàng)式定理。

從式中可以看出摩擦系數(shù)并不是一個(gè)常量，會(huì)隨變化而變化。對(duì)于塑性摩擦副材料，實(shí)際接觸面積s與摩擦副間的預(yù)壓力成正比，于是p為常數(shù)；而對(duì)于組成超聲波電機(jī)摩擦層的彈性材料，摩擦副間的實(shí)際接觸面積s與摩擦副間預(yù)壓力的f的2/