摘  要：摩擦界面对超声电机的性能有至关重要的影响。文章针对一种基于面内振动的直线驻波超声电机，结合电机的工作振型，对电机的定、转子的接触过程进行了详尽的论述，建立了堵转情况下的****输出力模型；并进行了仿真研究。通过仿真可以得出超声电机的堵转推力受定、转装配间隙的影响****。在电机已完成制造的情况下。如要得到较大的堵转推力，可适当调整定转子的装配间隙。

关键词：超声电机；摩擦界面；仿真模型

中国分类号：tm359.9    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010)05-0019-03

    依据驱动原理不同，超声电机可分为行波型和驻波行两大类。就目前来看，有关超声电机负载特性及摩擦界面的文献报道主要是关于行波型旋转超声电机。直线驻波型超声电机是一种较新的产品，本文针对一种基于面内振动的直线驻波型超声电机的接触过程进行了细致的研究，并建立了该型电机的堵转推力模型。

  本文所设计的电机是基于面内振动，通过合理的结构设计使电机定子产生同频的一阶纵振和二阶弯振，在电机定子上表面（驱动面）上合成相应的椭圆运动，通过定转子之间的接触界面利用摩擦作用，以摩擦力的形式对外输出。一般在定、转子间施加一定的预压力，再利用二者接触

设纵振振幅为a；弯振振幅为b，则纵振振型函数和弯振振型函数如下：

 

纵向伸缩振动位移函数为：

  

横向弯曲振动位移函数为：

从式(2)，式(3)中消去时间参数可得：

可以看出，当β-α=π/2时，式(5)变为一椭圆：

即当纵振和弯振的相位差为90度时，驱动面上每一点的运动轨迹为一椭圆。这时纵向伸缩振动位移函数和横向弯曲振动位移函数变为：

则定子各点的水平速度为：

    一般在超声电机的定子和转子之间有一层材质相对较软的摩擦材料，超声电机工作时，定子表面的轮廓线可近似为正弦波形状。当预压力相对较小时，可假定，定、转子本身不产生接触形变，只有摩擦层产生相应的变形。即在定转子接触界面上，摩擦层的变形与定子表面的轮廓线一致。设时刻电机定子由于二阶弯振的作用与摩擦层临界接触。t2时刻电机定子由于二阶弯振的作用与摩擦层临界脱离接触。to则是介于t1，t2两个时刻之间的某一时刻。则t0，tl，t2时刻的电机定转子的接触状态如图l所示。

   

  间距e表示摩擦材料自由表面（t表面）未发生变形时距定子表面波型中线（x轴）的距离。x1，x2是to时刻定子与摩擦材料的临界接触点。可以看出定子总是在x= l/4处首先与摩擦材料先接触，分析前半个波形，即x属于（o，1/2）时，定子接触面始终关于x= l/4对称。把x=l/4代人式(7)中，令y =c，可以求得当coswt1= c/b时（临界接触时刻t1），定子与摩擦层相切。结合式(6)，以cos(t)为变量分析在一个周期里定子与摩擦层的接触状况。