《直線超聲電機的摩擦磨損、微觀接觸分析和建模》是依託南京航空航天大學，由姚志遠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：直線超聲電機的摩擦磨損、微觀接觸分析和建模
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚志遠
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
直線超聲電機利用定、動子在接觸界面上的摩擦作用驅動動子作直線運動。接觸界面的特性（表面微觀形貌、分形維、粗糙度、材料硬度和彈性模量等）直接影響直線電機的輸出特性和摩擦磨損特性。現有的理論和方法基於理想光滑接觸表面建立超聲電機定、動子的接觸模型，研究其輸出特性和摩擦磨損特性，尚未有能夠有效用於超聲電機最佳化設計和控制的動力學理論模型和摩擦磨損的估計方法。本項目通過實驗研究直線超聲電機定、動子接觸層的表面特性以及研究摩擦材料的磨損率隨表面特性和運行條件的變化規律；利用分形幾何給出粗糙表面的形貌模擬；結合微觀接觸（力學）理論，提出反映接觸界面特性的定、動子相互接觸的微觀接觸模型；探索定、動子在粗糙接觸面上相互作用的機理；分析定、動子在接觸界面上的相互作用的方式和受力狀態；以便建立直線超聲電機動力學模型，提出直線超聲電機摩擦磨損的估計方法。
結題摘要
開展直線超聲電機的摩擦磨損、微觀接觸分析和建模研究。研究內容有，通過實驗研究接觸層的表面特性以及研究摩擦材料的磨損率隨表面特性和運行條件的變化規律；建立粗糙表面的形貌模擬；結合微觀接觸（力學）理論，提出反映接觸界面特性的定、動子相互接觸的微觀接觸模型；探索定、動子在粗糙接觸面上相互作用的機理；分析定、動子在接觸界面上的相互作用的方式和受力狀態；建立其動力學模型。取得成果如下： （1）提出並研製了直線超聲電機摩擦磨損試驗系統，包含設計了數據採集和環境可控功能。利用該裝置研究了不同的溫度濕度環境下，磨損量隨運行條件的變化規律，研究了環境溫度和濕度對其摩擦係數的影響規律；研究了不同材料的定子表面微結構對摩擦係數、磨損量和輸出特性的影響規律。實驗得到磨損量隨時間的變化規律；摩擦係數和磨損量在各種運行環境、運行條件下的變化規律。試驗也表明，定子表面微結構有利於保持摩擦係數的穩定性。 （2）提出並研製了基於虛擬儀器技術的直線超聲電機測試系統，該系統能夠測試和分析直線超聲電機性能的瞬態特性和機械特性。所研製的直線超聲電機測試系統對電機的瞬態特性和機械特性實驗結果表明，測試系統能夠用於電機的機械特性測試和分析。 （3）給出定/動子接觸表面的模擬模型，再利用赫茲微觀接觸模型建立其微觀力學模型。通過該微觀力學模型得到定/動子的預壓力和接觸變形量和真實接觸面積之間的關係。 （4）提出了一種新的直線超聲電機，它由兩個壓電振子組成。兩振子在預壓力的作用下相互接觸，且僅分別利用一項振動模態，作同頻、相位相差π/2、相互垂直的振動，共同驅動滑塊作直線運動。該電機在峰峰值電壓為200V、預壓力為70N的條件下，最大輸出力達到94.2N；而當預壓力為30N時，最大輸出速度達到732mm/s。 （5）建立了駐波型直線超聲電機的整機動力學模型，並給出解析解。利用該模型得到了電機輸出力，輸出速度等機械特性與電機的幾何結構以及預壓力、電壓等的關係。 發表論文14篇，申請專利5項，授權專利7項。培養研究生11名，參加國內外會議7屆。 在本項研究的推動下，其電機結構設計方面也取得進展，設計了一系列的直線超聲電機。其中，60LumV型電機經過中國計量科學院檢測，其定位精度分別為±0.18微米，重複精度分別為±0.1微米。成果獲得2012年（教育部）高等學校科學研究優秀成果獎技術發明一等獎。
