摘要：透過環型超聲波電機定轉子接觸機理分析得到接觸表面應力分布，利用摩擦學二項式定理，借助等效預壓力分析了接觸表面等效摩擦系數的變化，給出了計算定轉子接觸表面實際摩擦系數的理論模型。別單個波長接觸區域內的應力及等效摩擦系數分布進行了計算，得到[甜定預壓力變振幅以及陶定振幅變預壓力情況摩擦系數的

變化。結果表明定予表面質點超聲振動的垂直方向位移是摩擦系數降低的根本原因，這為超聲波電機摩擦材料的選擇和使用提供了理論依據。

關鍵詞：摩擦學一項式定理；超聲波電機；接觸模型；超聲振動減摩

中圖分類號：tm351; tm36十1    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848(2010)06-0039-04

    與傳統的電磁電機驅動方式不同，超聲波電機通過摩擦驅動轉子，定轉子間的摩擦驅動是其能量轉換的重要環節，它對電機的能量轉換效率及其工作壽命都具有決定作用，因此超聲波電機的摩擦特性研究受到了國內外學者廣泛關注。

    為了得到更大的摩擦輸出和較小的摩擦磨損，超聲波電機需要增摩減磨，通常選用不同的摩擦材料進行實驗比較。朱濤濤等人對多種不同摩擦副間的摩擦特性進行了實驗研究，以得到更大的摩擦驅動轉矩輸出和更持久的穩定工作時間，為摩擦材料的選擇提供r一定的實驗依據。超聲減摩現象就是對于已定的摩擦材料在超聲波電機超聲振動狀態定轉子間摩擦系數將低于普通狀態下摩擦面間的摩擦系數，日本的maeno博士首先發現了這一現象；國內程光明教授和黃明軍教授等分別提出了轉子“騰空”和定轉子接觸時間減少觀點，但其振動狀態與超聲波電機行波運動不完全相同；曲建俊教授及dr. storck等通過分析超聲振動狀況下定轉子問幾何接觸狀態，并考慮r定轉子間相對運動的變化，認為定子垂直方向的振動所引起的定轉子相對運動速度變化是超聲振動減摩的原因。雖然定子表面質點垂直振動是超聲振動減摩現象根本原因的論點已得到基本認同，但基于純駐波作用的“騰夸”與接觸時間減少理論和超聲波電機定轉子間的摩擦驅動仍有差別；定子接觸區域表面質點的垂直振動還會引起轉子對應區域質點速度相同的實時垂直微電機移動，不會使定轉子相對運動速度顯著變化，因此相對滑動速度造成超聲振動減摩的論點還需進一步實驗驗證。

  本文從超聲振動帶來的預壓力分布不均出發，對超聲振動減摩現象給出了說明。摩擦學研究表明，預壓力是影響摩擦系數的一個很重要的因素，超聲振動時定轉子表面應力分布與普通（無超聲振動）情況下有著很大的差別，這就可能是超聲振動減摩的一個重要原因，本文以環型行波超聲波電機為研究對象，著眼于分析摩擦系數與預壓力的關系，通過分析定轉子接觸面上應力分布不同，得到接觸界面上等效摩擦系數分布，從理論上解釋了定轉子接觸界面平均摩擦系數變化的一個重要原因，從另一角度給摩擦層材料的選擇提供了一個指標。

    摩擦學理論認為，滑動摩擦是克服表面粗糙峰的機械嚙合和分子吸引力的過程，摩擦力就是機械作用和分子作用阻力的總和，即：

式中，ffn為摩擦力；so和sm分別為分子作用和機械作用面積；τ0和τm為單位面積上分子作用和機械作用產生的摩擦力，實際接觸面積s=s0+sm。而摩擦力：

式中α、β是與材料有關的常數。摩擦系數為：

即摩擦學二項式定理。

從式中可以看出摩擦系數并不是一個常量，會隨變化而變化。對于塑性摩擦副材料，實際接觸面積s與摩擦副間的預壓力成正比，于是p為常數；而對于組成超聲波電機摩擦層的彈性材料，摩擦副間的實際接觸面積s與摩擦副間預壓力的f的2/