CN111189423A - 一种行波超声电机磨损厚度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种行波超声电机磨损厚度测试装置及方法，属于超声电机测试技术应用领域。行波超声电机内部设有与电机定子座相接触的碟簧，碟簧外侧设有环形垫片，环形垫片一端与预压台之间紧贴着环形应变片，预压台另一端与螺旋测微头间隙配合。螺旋测微头螺旋进给，给电机施加预压力，行波超声电机工作时，定转子表面摩擦材料发生磨损，使其厚度降低，作用在环形应变片的压力降低，由压力差和碟簧的刚度系数计算出定转子表面摩擦材料的磨损厚度。本发明可为行波超声电机的寿命预测提供了参考方案，也为行波超声电机的磨损补偿控制提供了技术支撑。

Description

一种行波超声电机磨损厚度测量装置及方法
技术领域
本发明属于超声电机测试技术应用领域，具体涉及一种行波超声电机磨损厚度测试装置及方法。
背景技术
近年来，行波超声电机得到了较大的发展，与传统电磁电机相比，行波超声电机不依靠电磁介质来传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应，具有低速大力矩、响应快、断电自锁等优点。研究发现，行波超声电机的输出性能不仅与定子、转子结构及振动模式有关，因定转子接触表面的材料磨损，导致电机定转子接触界面的输出性能大大降低。因此，检测运行过程中行波超声电机定转子的磨损厚度，对于行波超声电机的控制和寿命预测具有很重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种行波超声电机磨损厚度测试装置及方法，检测行波超声电机在运行过程中定转子的磨损厚度。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种行波超声电机磨损厚度的测量装置，包括行波超声电机、碟簧、环形垫片、环形应变片、预压台和螺旋测微头，行波超声电机内部设有与电机定子座相接触的碟簧，碟簧外侧设有环形垫片，预压台一端通过环形应变片与环形垫片接触，另一端与螺旋测微头间隙配合；行波超声电机的定子和转子接触处均涂覆摩擦材料。
上述技术方案中，所述碟簧、环形垫片、环形应变片、预压台的中心线在同一条直线上。
上述技术方案中，所述碟簧为环状且中间内凹结构。
上述技术方案中，还包括左支撑架和右支撑架，左支撑架上固定行波超声电机，右支撑架上固定螺旋测微头。
上述技术方案中，所述预压台一端为中空圆柱体，另一端设有盲孔。
上述技术方案中，所述环形应变片采用电阻式应变片。
一种行波超声电机磨损厚度的测量方法，给定转子摩擦材料、定子摩擦材料，旋拧螺旋测微头，给行波超声电机施加预压力F1，经过时间t，获取行波超声电机上施加的压力F2，由压力差值ΔF计算出时间t内定转子表面摩擦材料的磨损厚度h。
进一步，在行波超声电机施加预压力F1时，由螺旋测微头的前进距离，也能获取定转子表面摩擦材料的磨损厚度。
更进一步，所述磨损厚度h＝ΔF/k，其中定值k为碟簧的刚度系数。
更进一步，所述定转子摩擦材料、定子摩擦材料采用相同的材料或者不同的材料，当材料相同时，磨损厚度为定转子摩擦材料和定子摩擦材料的磨损量之和，当材料不同时，磨损厚度为耐磨性低的摩擦材料磨损量。
本发明的有益效果为：
本发明通过行波超声电机在运行中受到的两次压力差值与碟簧的刚度系数，求出电机运行过程中定转子接触表面摩擦材料的磨损厚度；还可通过计算螺旋测微头的前进距离，求出电机运行过程中定转子接触表面摩擦材料的磨损厚度。本发明采用开放式磨损检测方式，无需对电机内部进行拆卸改动，根据多种不同方案，在行波超声电机运行中真实的测出定转子接触表面摩擦材料的磨损厚度，为行波超声电机的寿命预测提供了参考，也为行波超声电机的磨损补偿控制提供技术支撑。
附图说明
图1为本发明行波超声电机磨损厚度测试装置的装配示意图；
图2为本发明底座结构示意图；
图3为本发明定转子摩擦副示意图；
图4为本发明碟簧、环形垫片以及环形应变片的装配示意图；
图5为本发明碟簧结构正视图；
图6为本发明碟簧结构侧视图；
图7为本发明预压台剖面结构示意图；
图8为本发明环形应变片结构示意图；
图中：1-底座，2-左支撑架，3-电机转子，4-转子摩擦材料，5-定子摩擦材料，6-电机定子，7-定子座，8-碟簧，9-环形垫片，10-环形应变片，11-预压台，12-螺母，13-右支撑架，14-螺旋测微头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。示例实施例可以以许多不同的形式实施，并不能解释为局限于在这里提出的实施例。附图仅为说明本实施例，并不是按照比例绘制。
如图1所示，一种行波超声电机磨损厚度的测量装置，包括底座1、左支撑架2、右支撑架13、行波超声电机、碟簧8、环形垫片9、环形应变片10、预压台11和螺旋测微头14；如图2所示，底座1上设有螺纹通孔，用于对称固定左支撑架2和右支撑架13，加工时，底座1、左支撑架2和右支撑架13的加工精度要求较高，保证左支撑架2和右支撑架13之间有较高的平面度和平行度；左支撑架2上设有定位孔，通过螺栓螺母固定行波超声电机，如图3所示，行波超声电机由定子6和转子3组成，定子6和转子3接触处的转子3上涂覆转子摩擦材料4、定子6上涂覆定子摩擦材料5，摩擦材料可以选用聚卤乙烯聚合物或聚苯酯基复合材料或聚四氟乙烯或高分子量聚乙烯等；如图4所示，行波超声电机内部设有与电机定子座7相接触的碟簧8，碟簧8外侧设有环形垫片9，保证碟簧8所受压力分布均匀；如图5、6所示，碟簧8为环状且中间内凹结构；如图7所示，预压台11左端为中空圆柱体，右端设有盲孔，预压台11左端通过均匀接触的环形应变片10与环形垫片9接触，预压台11右端与螺旋测微头14间隙配合，螺旋测微头14通过螺母12固定在右支撑架13上；且碟簧8、环形垫片9、环形应变片10、预压台11的中心线在同一条直线上。环形应变片10采用电阻式应变片(图8)，外接电阻表，通过读取的电阻，找出对应的压力值(压力值与电阻之间的关系是通过实验室标定获取)；环形应变片10的内环直径、预压台11左端中空圆柱体直径均大于行波超声电机的转轴，使得环形应变片10和预压台11均不与行波超声电机的转轴接触。预压台11可采用45钢材料，保证在施加预压力时不会变形。
一种行波超声电机磨损厚度的测量装置的使用方法为：
实施例1
给定转子摩擦材料4、定子摩擦材料5，且转子摩擦材料4和定子摩擦材料5相同；通过手动旋拧螺旋测微头14，螺旋进给给行波超声电机施加适当的预压力，碟簧8发生一定形变，通过环形应变片10准确读出所施加的预压力值F1。行波超声电机运行时，定转子接触，表面的摩擦材料产生不可避免的磨耗，使摩擦层厚度降低，这时作用在环形应变片10的压力也将降低，设为F2，由于碟簧8刚度系数为定值k，由两次环形应变片10上的压力差值(ΔF＝F1-F2)除以碟簧8的刚度系数，便可准确的计算出施加压力这段时间t内行波超声电机运行过程中定转子表面摩擦材料的磨损厚度h。
该过程中，还可以通过环形应变片10的预压力值为F1时，读出螺旋测微头14旋拧的格数a，便求出螺旋测微头14的前进距离(由格数a乘以格数长度)，即为磨损厚度h。
实施例2
给定转子摩擦材料4、定子摩擦材料5，且转子摩擦材料4比定子摩擦材料5具有相对耐磨性，通过螺旋测微头14给行波超声电机施加预压力使其运行，电机运行中的磨损量认为来自定子摩擦材料5的磨耗。根据实施例1中测量装置的使用方法，求出行波超声电机在运行时间内定子摩擦材料5的磨损厚度。
实施例3
给定转子摩擦材料4、定子摩擦材料5，且定子摩擦材料5比转子摩擦材料4具有相对耐磨性，通过螺旋测微头14给行波超声电机施加预压力使其运行，电机运行中的磨损量认为来自转子摩擦材料4的磨耗。根据实施例1中测量装置的使用方法，求出行波超声电机在运行时间内转子摩擦材料4的磨损厚度。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种行波超声电机磨损厚度的测量装置，其特征在于，包括行波超声电机、碟簧(8)、环形垫片(9)、环形应变片(10)、预压台(11)和螺旋测微头(14)，行波超声电机内部设有与电机定子座(7)相接触的碟簧(8)，碟簧(8)外侧设有环形垫片(9)，预压台(11)一端通过环形应变片(10)与环形垫片(9)接触，另一端与螺旋测微头(14)间隙配合；行波超声电机的定子(6)和转子(3)接触处均涂覆摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的行波超声电机磨损厚度的测量装置，其特征在于，所述碟簧(8)、环形垫片(9)、环形应变片(10)、预压台(11)的中心线在同一条直线上。
3.根据权利要求2所述的行波超声电机磨损厚度的测量装置，其特征在于，所述碟簧(8)为环状且中间内凹结构。
4.根据权利要求1所述的行波超声电机磨损厚度的测量装置，其特征在于，还包括左支撑架(2)和右支撑架(13)，左支撑架(2)上固定行波超声电机，右支撑架(13)上固定螺旋测微头(14)。
5.根据权利要求2所述的行波超声电机磨损厚度的测量装置，其特征在于，所述预压台(11)一端为中空圆柱体，另一端设有盲孔。
6.根据权利要求2所述的行波超声电机磨损厚度的测量装置，其特征在于，所述环形应变片(10)采用电阻式应变片。
7.一种根据权利要求1-6任一所述的行波超声电机磨损厚度的测量方法，其特征在于，给定转子摩擦材料(4)、定子摩擦材料(5)，旋拧螺旋测微头(14)，给行波超声电机施加预压力F1，经过时间t，获取行波超声电机上施加的压力F2，由压力差值ΔF计算出时间t内定转子表面摩擦材料的磨损厚度h。
8.根据权利要求7所述的行波超声电机磨损厚度的测量方法，其特征在于，在行波超声电机施加预压力F1时，由螺旋测微头(14)的前进距离，也能获取定转子表面摩擦材料的磨损厚度。
9.根据权利要求8所述的行波超声电机磨损厚度的测量方法，其特征在于，所述磨损厚度h＝ΔF/k，其中定值k为碟簧(8)的刚度系数。
10.根据权利要求7-9任一所述的行波超声电机磨损厚度的测量方法，其特征在于，所述定转子摩擦材料(4)、定子摩擦材料(5)采用相同的材料或者不同的材料，当材料相同时，磨损厚度为定转子摩擦材料(4)和定子摩擦材料(5)的磨损量之和，当材料不同时，磨损厚度为耐磨性低的摩擦材料磨损量。
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