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《哈尔滨工业大学》 2011年
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面向真空低温下超声波电机的振动摩擦与悬浮特性研究

周宁宁  
【摘要】:高频振动存在于许多机械系统中,通常它是不希望存在的。然而,在超声波电机中,高频振动得到了恰当的应用。超声波电机是20世纪90年代发展起来的一种新型驱动器,其工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声波振动,通过摩擦进行能量传输。基于其独特的工作原理,超声波电机被认为是适合太空环境的理想驱动器。然而,超声波电机在真空低温等极端环境的适应性以及摩擦驱动机理的研究较少,制约了超声波电机在航空航天领域的应用。因此,本文针对以上问题,进行了系统的研究。 在真空低温环境下,研究了超声波电机的驱动特性。以60行波型超声波电机为研究对象,设计了超声波电机驱动特性模拟实验台,实验研究了不同真空度和环境温度下,超声波电机的负载特性、转速稳定性、定子摩擦材料的磨损等。从超声波电机的结构组成和超声波振动减摩的角度,对真空低温下超声波电机的驱动特性进行了初步分析。提出了真空低温下超声波电机摩擦驱动机理的研究方法。 为了揭示真空低温下超声波电机的摩擦驱动机理,将电机定转子之间的椭圆形超声波振动,分解成水平方向的超声波振动和垂直方向的超声波振动,分别建立了普通滑动下,水平超声波振动和垂直超声波振动的减摩模型。指出,普通滑动下,水平超声波振动的减摩越大、垂直超声波振动的减摩越小,相同超声波振动条件下,超声波电机的输出转矩越高。分析了水平超声波振动和垂直超声波振动对摩擦材料磨损的影响。 针对超声波振动减摩实验研究的需要,设计了真空低温超声波振动摩擦实验台。该实验台主要由超声波振动部分、滑动驱动部分、压力加载部分、摩擦力测量部分、降温部分和机械支撑部分等六部分组成,为研究真空低温下超声波电机的摩擦驱动特性提供了可靠的实验平台。 在真空低温环境下,实验研究了超声波振动的减摩特性,并与理论预测结果进行了比较。得出了水平超声波振动的减摩特性和垂直超声波振动的减摩特性随影响因素的变化规律,从摩擦的角度,揭示了真空低温下超声波电机驱动特性改变的原因。从提高超声波电机的转矩输出和稳定性的角度,归纳了降低超声波电机中超声减摩作用的措施。 在常压与真空下,实验研究了超声波振动对定转子摩擦副材料磨损特性的影响。对比分析了不同超声波振动形式下、不同摩擦副组合以及常压与真空下,定转子摩擦副材料的磨损特性,得出了超声波振动条件下,材料的磨损机理。 利用电接触法,研究了垂直超声波振动下两接触表面的接触状态。得出了两表面的接触时间随振幅、预紧力和环境压强的变化规律。搭建了超声悬浮实验系统,在不同环境压强下实验研究了超声悬浮特性,并将实验结果与理论预测结果进行了比较和分析。实验结果为分析真空下超声波电机定转子的接触特性提供了实验数据。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM359.9

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【参考文献】
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