超聲馬達梯度摩擦材料設計及其控制接觸摩擦機理研究

《超聲馬達梯度摩擦材料設計及其控制接觸摩擦機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由曲建俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超聲馬達梯度摩擦材料設計及其控制接觸摩擦機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曲建俊

項目摘要

針對制約超聲馬達性能壽命關鍵材料因素，凝練出設計科學問題，將梯度概念引入超聲馬達摩擦材料中，提出基於梯度摩擦材料控制超聲馬達性能的學術構想。以建立梯度摩擦材料設計基礎理論為目標，研究超音波振動下摩擦材料摩擦磨損行為演變規律，得出梯度摩擦材料摩擦學性能設計依據。建立接觸界面摩擦驅動和磨損模型，研究摩擦材料磨損對接觸狀態，以及接觸狀態對馬達性能的影響，得出摩擦材料梯度層結構設計參數。採用多參數組合仿真和試驗，研究多層耦合對摩擦材料力學和摩擦學性能影響，得出梯度摩擦材料層間性能組合規律。分別建立定子和轉子摩擦材料層接觸模型，通過模擬仿真和試驗，搞清摩擦材料與定子或轉子匹配規律，為高性能梯度摩擦材料研製和摩擦副最佳化設計提供理論指導。項目突破傳統的超聲馬達摩擦材料研究模式，賦予超聲馬達摩擦材料結構特性要求，創新出超聲馬達摩擦材料設計新理論和研究新方向，為提升超聲馬達性能提供關鍵摩擦材料基礎技術支撐。

結題摘要

該項目針對制約超聲馬達性能壽命關鍵材料因素，凝練出設計科學問題，將梯度概念引入超聲馬達摩擦材料中，提出了基於梯度摩擦材料控制超聲馬達性能的學術構想。提出了一種等效磨損實驗方法，定義了摩擦材料等效磨損剩餘厚度的概念。建立了計及磨損的超聲馬達簡化接觸模型，研究了超聲馬達接觸參數隨磨損的演變規律，揭示了磨損是導致超聲馬達接觸狀態改變的根本原因，以及接觸狀態反過來影響磨損的耦合規律，得出磨損與超聲馬達性能之間的聯繫，提出了超聲馬達摩擦材料的特殊設計原則，得出超聲馬達摩擦材料是一種具有梯度性能的特殊功能摩擦材料。建立了計及磨損的超聲馬達摩擦材料梯度設計模型，依據摩擦材料不同部分在整個壽命期間內的作用，設計摩擦材料的梯度結構形式。在法向上，設計摩擦材料彈性模量梯度變化，控制接觸寬度不變。在切向上，設計摩擦材料摩擦係數的梯度變化，保證接觸界面摩擦輸出力不變。在使用壽命上，設計摩擦材料硬度的梯度變化，達到接觸界面磨損率不變，得出摩擦材料梯度層結構設計參數，建立了超聲馬達摩擦材料梯度設計理論，為超聲馬達高性能摩擦材料設計提供了理論基礎。以環氧樹脂為基體，採用粘塗法製備出三層複合梯度塗層摩擦材料並表征了其性能，實驗研究了梯度層間耦合對摩擦材料的力學和摩擦性能的影響，得出層間組合規律，結果表明，採用梯度摩擦材料的超聲馬達可以獲得較穩定的接觸和輸出特性，驗證了梯度摩擦材料設計理論。將超聲馬達接觸模型、磨損等效方法和摩擦材料磨損預測模型相結合，建立了超聲馬達性能預測模型，該模型可預測超聲馬達的接觸狀態、負載特性及使用壽命隨運行時間的變化,研究梯度摩擦材料對超聲馬達接觸、驅動和磨損特性的控制原理，為超聲馬達性能主動控制提供了理論依據。建立了不同定轉子摩擦材料層的接觸模型，研究了摩擦材料匹配方式對超聲馬達負載和摩擦磨損特性的影響，提出了摩擦材料在定子和轉子上的匹配原則，為梯度摩擦材料套用提供了指導。本項目突破了傳統的超聲馬達摩擦材料的研究模式，賦予了超聲馬達摩擦材料的結構特性要求，創新出超聲馬達摩擦材料設計新理論和研究新方向，為提升超聲馬達性能提供了關鍵摩擦材料基礎技術支撐。