CN107086814A - 超声电机摩擦副表面织构化的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声电机摩擦副表面织构化的设计方法，属于超声电机技术领域。为了提高超声电机摩擦界面运动转换效率、稳定性及使用寿命，本发明在超声电机定转子表面设计了不同特征参数的微结构，具体参数如下：微坑直径50‑200μm，深度5‑20μm，面积密度10‑30%，微坑呈阵列分布；沟槽宽度50‑200μm，深度5‑20μm。本设计方案可以用于超声电机定子表面，亦可用于转子表面，目的在于改变超声电机的干摩擦状态，微坑中可以储存磨屑和润滑油，能够降低三体磨损，在超声电机运行过程中能够在摩擦界面形成持续稳定的油膜，降低摩擦材料的磨损，从而大大延长超声电机的使用寿命与输出稳定性。

Description

超声电机摩擦副表面织构化的设计方法

技术领域

本发明涉及一种超声电机摩擦副表面织构化设计，具体讲是一种超声电机定转子表面微结构的设计，属于超声电机技术领域。

背景技术

超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微电机，由于超声电机通过摩擦界面输送动力，因而界面的摩擦特性对超声电机的整体性能的发挥至关重要。目前超声电机摩擦驱动模式为定子与转子间的干摩擦，材料的磨损不可避免，由于磨损造成超声电机使用寿命缩短以及预压力发生变化，从而导致超声电机输出转速不稳定。因此，改进超声电机摩擦界面是急需解决的瓶颈问题。

目前无论是旋转型超声电机还是直线型超声电机均采用原始粗糙表面直接接触，均没有对超声电机摩擦界面进行特殊化处理，在摩擦过程中由于表面微凸体相互齿合，在电机初始磨合阶段磨损非常严重，并且磨屑进入摩擦界面引起三体磨损，进一步加剧了磨损，并且材料表面容易出现犁沟，严重影响超声电机摩擦界面稳定性。因此，急需一种表面技术提高超声电机摩擦界面的稳定性和使用寿命。

发明内容

本发明设计了一种超声电机摩擦界面微结构，目的在于通过改善超声电机摩擦界面运行状态，降低摩擦副的磨损问题，进一步提高超声电机的运行稳定性及使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明分别对超声电机定转子表面设计了不同参数的表面微结构，转子表面以微坑结构为主，主要特征参数为：微坑直径50-200 μm，深度5-20 μm，面积密度10-30%，微坑呈阵列分布；定子表面以微坑和沟槽混合织构为主，微坑特征参数与转子表面结构特征参数一致，沟槽特征参数为：宽度50-200μm，深度5-20μm，与微坑呈阵列相间分布。

本发明的有益效果在于：(1)本发明设计的表面微结构能够储存一定的磨屑从而降低三体磨损，能够进一步提高超声电机摩擦界面的稳定性和使用寿命。(2)本发明设计的表面微结构在实际加工生产中非常容易实现，超声电机定子主要采用磷青铜或不锈钢材料，对于该类金属可以利用电化学或激光刻蚀来构筑表面微结构；对于转子摩擦材料（高分子基复合材料）可以采用超声加工或激光刻蚀大面积一次性构筑。（3）本发明设计的表面微结构在含油润滑条件下具有独特优势，非常适合于供油困难和避免润滑油污染的场合，表面微结构能够储存一定的润滑油，持续润滑能够大大降低超声电机定转子间的磨损，从而为超长使用寿命的超声电机提供设计依据和理论基础。

附图说明

图1为采用本发明方法的转子结构示意图；

图2为采用本发明方法的定子结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明设计了一种超声电机摩擦副表面微结构，转子材料为聚合物复合材料，在其表面利用激光刻蚀构筑微坑，特征尺寸为：微坑直径50-200 μm，深度5-20 μm，面积密度10-30%，微坑呈阵列分布；定子材料为磷青铜，在其表面利用电化学加工微坑和沟槽相间分布结构，微坑特征尺寸与定子表面结构一致，沟槽宽度50-200μm，深度5-20μm。

实施例1

根据超声电机定转子材料特性以及摩擦界面运动特性，优化摩擦副表面微结构特征参数，具体特征参数如下：

1.转子材料采用聚酰亚胺复合材料，原始表面利用金相砂纸打磨至粗糙度小于0.1微米，然后利用激光刻蚀构筑微坑结构，直径为50μm，深度5μm，面积密度10%，微坑呈阵列分布；

2.定子材料选用磷青铜，在其表面利用电化学加工微坑和沟槽相间分布结构，微坑特征尺寸与定子表面结构一致，沟槽宽度50μm，深度5μm。

实施例2

根据超声电机定转子材料特性以及摩擦界面运动特性，优化摩擦副表面微结构特征参数，具体特征参数如下：

1.转子材料采用聚酰亚胺复合材料，原始表面利用金相砂纸打磨至粗糙度小于0.1微米，然后利用激光刻蚀构筑微坑结构，直径为100μm，深度10μm，面积密度15%，微坑呈阵列分布；

2.定子材料选用磷青铜，在其表面利用电化学加工微坑和沟槽相间分布结构，微坑特征尺寸与定子表面结构一致，沟槽宽度100μm，深度10μm。

实施例3

根据超声电机定转子材料特性以及摩擦界面运动特性，优化摩擦副表面微结构特征参数，具体特征参数如下：

1.转子材料采用聚酰亚胺复合材料，原始表面利用金相砂纸打磨至粗糙度小于0.1微米，然后利用激光刻蚀构筑微坑结构，直径为150μm，深度15μm，面积密度20%，微坑呈阵列分布；

2.定子材料选用磷青铜，在其表面利用电化学加工微坑和沟槽相间分布结构，微坑特征尺寸与定子表面结构一致，沟槽宽度150μm，深度15μm。

实施例4

根据超声电机定转子材料特性以及摩擦界面运动特性，优化摩擦副表面微结构特征参数，具体特征参数如下：

1.转子材料采用聚酰亚胺复合材料，原始表面利用金相砂纸打磨至粗糙度小于0.1微米，然后利用激光刻蚀构筑微坑结构，直径为200μm，深度20μm，面积密度30%，微坑呈阵列分布；

2.定子材料选用磷青铜，在其表面利用电化学加工微坑和沟槽相间分布结构，微坑特征尺寸与定子表面结构一致，沟槽宽度200μm，深度20μm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以设计出若干不同特征尺寸参数的表面微结构，但目的均在于改进超声电机摩擦副运行状态，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.超声电机摩擦副表面织构化的设计方法，其特征在于，该方法在为在电机不同结构参数的摩擦副表面设计微结构，所述微结构类型包括有圆形、方形、菱形、椭圆形。

2.根据权利要求1所述的超声电机摩擦副表面织构化的设计方法，其特征在于，该方法用于转子表面或定子表面。

3.根据权利要求2所述的超声电机摩擦副表面织构化的设计方法，其特征在于，将该方法用于转子表面时，设计成微坑结构，所述微坑直径50-200 μm，深度5-20 μm，面积密度10-30%，微坑呈阵列分布。

4.根据权利要求2所述的超声电机摩擦副表面织构化的设计方法，其特征在于，将该方法用于定子表面时，采用微坑与沟槽混合织构形式，微坑尺寸与转子摩擦副表面结构一致，沟槽宽度50-200μm，深度5-20μm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的超声电机摩擦副表面织构化的设计方法，其特征在于，该方法采用激光刻蚀构筑所述微结构。