真空下超声波驱动接触状态研究
摘要：超声马达接触界面的状态直接影响超声马达的驱动特性。采用自制的模拟超声马达定子表面一质点椭圆振动的超声波驱动模拟实验装置，研究了接触预压力、激励电压和真空度对超声波驱动摩擦驱动头与摩擦片接触状态的影啊。结果表明：随着接触预压力和真空度的增加，摩擦驱动头和摩擦片的接触时间变长；激励电压对摩擦驱动头和摩擦片的接触效果影响较小。出真空卜粘结力的增加及声悬浮力的减小是引起摩擦驱动头和摩擦片的接触时间变长的主要原凶。
关键词：超声波；摩擦驱动；接触状态
O引言
行波型超声马达定子表而某一质点在微观状态下做周期性高频椭圆振动，而不同的质点在同一时刻处于椭圆振动轨迹的不同位置，且各点位置连续，在定子表面形成了高频正弦行波，靠接触摩擦力驱动转子转动…。对超声马达定子表面一个质点在一个周期内的微观摩擦驱动状态的研究，将有助于深入理解行波型超声马达的宏观摩擦驱动机理。
在1988年Kurosawa和ueha就分析了超声马达定、转子的接触界面特性，在转子的法向建立线弹性接触模型P J。Maen0等用有限元方法研究了超声马达定、转予间接触状态和相互作用指出只有把比普通摩擦试验测得的更低的动、静摩擦系数代入理论公式中，才能得到与超声波驱动试验结果一致的结论”0。Adachi等从实验和理论的两个方面研究了超声波驱动r的摩擦微机理”0。storck和wallaschek等研究I=r超声马达疋、转子之间接触层的切向弹性对超声马达特性的影响，刘超声马达的设计具有重要的指导意义0 J。罗云霞等研究了接触预压紧力和两相超声波振动的激励电压峰峰值之比对超声波驱动r的摩擦特性的影啊_6J。作者在前期工作中，对超声波驱动中的垂直超声波振动的减摩作用进行1r理论研究，得出垂直方向超声波振动是导致超声波驱动动摩擦系数降低的原凶l|J。周铁英等测试了大气与真空下行波超声马达定转r接触状态，认为大气F存在的声悬浮力使定、转子间分离时间比真空下的长Ⅸj。日前对真空下超声波驱动接触状态研究报道较少，凶此，在真空下对超声波驱动接触状态进行系统深入的研究显得尤为重要。
本义采用文献9提出的电接触法，研制超声波驱动模拟实验装置，间接测量超声波驱动摩擦驱动头与摩擦片的实际接触状态，结合测得的接触界面的接触波形图，分析接触预压力、激励电
压和真空度对超声波驱动特性的影响，为建立超声马达摩擦界面的驱动模型和分析超声马达摩擦磨损规律提供试验依据和理论指导。
1试验部分
1 1实验装置
为了模拟定予表面某点的椭圆振动效果，采用了文献10提出的复合超声波振动体，如图1a1所示。该复合超声波振动体的水平振动和垂直振动分别是利用两组压电陶瓷片产生。当向两组
压电陶瓷片分别施加同一频率、相位相差90。的驱动电压激振时，该超声波振动体的摩擦驱动头的前端点做高频椭圆运动。将图1a)所示超声波振动体安装在自制的模拟超声波驱动摩擦试验台(图1b)上，用压电晶体式动态力传感器测量接触界面的动态接触压力和驱动力，通过测量R2两端的电压波形，间接测量接触界面的接触状态。实验装置能够方便地更换摩擦副、改变工作电压和预压力。其中，预压力由振动体自重和试验装置顶端的砝码提供。测量数据用计算机采集和处理。试验中用的摩擦驱动头和摩擦片材料均为紫铜，将试验台放入真空腔内。真空测试系统由真率腔、真空控制系统、超声马达控制系统等组成。通过调节真窄控制系统，可使真空室内的真空度达到试验要求的范围。
图1超声波驱动模拟实验台示意同
1 2试验
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